lpumpen fr Verbrennungsmotoren und Getriebe Konventionell, variabel und elektrisch

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lpumpen fr Verbrennungsmotoren konventionell und variabel

Die lpumpen von Pierburg Pump Technology werden von fast allen Motorenherstellern eingesetzt. Kunden sind die Automobil- und Nutzfahrzeugindustrie weltweit. Die lpum-pe des Verbrennungsmotors ist einer der Motorbauteile, die bereits bei der Erstellung des Motorkonstruktionskonzepts festgelegt werden. Die Qualitt der Pumpenauslegung und ihrer Ausfhrung trgt entscheidend dazu bei, die Ausbau-fhigkeit des Motorgrundkonzepts ber viele Jahre der Seri-enfertigung hinweg aufrecht zu erhalten.

In den leistungsfhigen Entwicklungszentren in Italien, Frankreich und Deutschland stehen Motorprfstnde, Fahr-zeugrollenprfstnde sowie produktspezifische Dauerlauf- und Funktionsprfstnde in groer Anzahl zur Verfgung. Konstruktion und Berechnung werden auf kundenspezifi-scher CAD-Software und mit modernsten Programmen fr die Berechnung von Pumpen und Bauteilen durchgefhrt.

Die Pierburg Pump Technology fertigt lpumpen mit Auen-verzahnung, Innenverzahnung fr Kurbelwellendirektantrieb oder Nebentriebe sowie nach Kundenspezifikation. Der l-volumenstrom wird blicherweise mit integrierten Druckbe-grenzungsventilen in Kolbenbauart abgeregelt.

Abb. 1: Kurbelgetriebene VOP mit Magnetventil

Abb. 2: Kettengetriebene VOP mit hydraulischer Steuerung Abb. 3: VOP mit hydraulischer Steuerung

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durch neue Pumpentypen ersetzt, die Frdermenge und -druck ohne Energieverluste regeln. Flgelpumpen haben den Vorteil, dass sie ber einen breiten Einstellbereich mit konstantem Wirkungsgrad einfach und kontinuierlich gere-gelt werden knnen. Auerdem knnen sie sowohl an der Kurbelwelle als auch in der lwanne angeordnet werden. Die von Pierburg Pump Technology gewhlte Lsung erlaubt die Anwendung von verschiedenen passiven und aktiven Regel-formen. Bei dem eingesetzten Regelsystem kann selbst bei hoher Drehzahl und einer groen im l gelsten Wasserluft-menge eine genaue und konstante Druckeinstellung erreicht werden. Die Exzentrizitt des Rotors und folglich sein Ver-satz werden durch den Druckunterschied zwischen den zwei begrenzenden Kammern angepasst. Diese nderung erfolgt mittels eines hydraulischen Ventils und kann durch Einsatz eines Thermostaten oder eines Elektroventils zur Anpassung an die Temperatur oder zahlreiche anderen Betriebsparame-ter justiert werden. Um ein optimales Ergebnis zu erreichen, ist eine variable Druckregelung erforderlich, wie der NEFZ zeigt. Hier wird der Druck im niedrigen Drehzahlbereich und bei Temperaturen, die von den blichen Betriebstempera-turen abweichen, begrenzt. Je nach angewandter Strategie

Innovative lpumpen

Mit den zum Teil neuen lhydraulischen Aufgaben, wie bei-spielsweise dem hydraulischen Ventilspielausgleich, der Kol- benkhlung und Aluminium-Motorblcken bentigen mo-derne Motoren gerade im unteren Drehzahlbereich ber-proportional groe lvolumenstrme. Bei konventionellen, ungeregelten Pumpen fhrt dies zu erheblichen Verlustleis-tungen (Abb. 4) durch die direkte Kopplung an die Motor-drehzahlen in hheren Drehzahlbereichen.

Die Pierburg Pump Technology entwickelt hierzu verschiede-ne Konzepte, um die sichere Schmierung und zuverlssige Regelung des lversorgungssystems unter allen Betriebsbe-dingungen sicherzustellen. Ziel ist es, Pumpen anzubieten, die alle Funktionsanforderungen erfllen, jedoch unter der Prmisse von optimalem Wirkungsgrad und mglichst gerin-ger Verlustleistung.

Angesichts der Forderung nach verbesserten Wirkungsgra-den zur Emissionsminderung werden konventionelle Zahn-radpumpen mit Ableitungssystemregelung zunehmend

Abb. 4: Vorteil eines geregelten lpumpenkonzeptes

Bentigte Leistung (B.L.)

Verlorene Leistung

Antriebsleistung [kW]

Alt = 100 % B.L.

Neu = 600 % B.L.

500 800 6.000

Volu

men

stro

m [l

/min

]

lpumpe, theoretische

Frderleistung

Neuer Motorbedarf

Bisheriger Motorbedarf

Motordrehzahl [min-1]

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knnen gute Ergebnisse mit elektronischer Regelung ber zwei verschiedene Druckstufen erreicht werden. Darber hi-naus gestattet die kontinuierliche Druckregelung eine wei-tergehende Verbesserung der Ergebnisse selbst auerhalb des Prfzyklus. In Bezug auf den NEFZ kann die Leistungs-aufnahme der lpumpe durch Einsatz dieser Technologie um bis zu 70 % verringert werden. Die Auswirkung auf den Kraftstoffverbrauch fhrt zu einer Einsparung von bis zu 3 %.

Variable lpumpen knnen in Module integriert werden un-ter Einbeziehung von Vakuumpumpen, Wasserpumpen und Ausgleichswellen.

Die Konstruktionsabteilung von Pierburg Pump Technology verfgt ber die modernsten Konstruktions- und Simulati-onstools sowie umfassende Sachkenntnis und Erfahrung bei der Strukturanalyse der finiten Elemente (statisch, mo-dal, spektral und dauerfestigkeitsbezogen), numerische Strmungssimulation (CFD) sowie Mehrkrpersimulationen. Mehrkrperanalysen wurden eingefhrt, um genaue Infor-mationen ber die Faktoren zu erhalten, die bewegliche Tei-le beeinflussen. Mit Simulationen kann die Auswirkung des

Abb. 5: Kettengetriebene VOP mit thermohydraulischer Steuerung Abb. 6: Kettengetriebene VOP mit elektrohydraulischer Steuerung

Antriebs auf die dynamischen Bedingungen des Motors ana-lysiert werden, wie z.B. das Drehschwingungsverhalten der Kurbel- und Nockenwelle. Um die hydraulische Wechselwir-kung zwischen der Pumpe und dem Schmiersystem zu beur-teilen, hat Pierburg Pump Technology ein Simulationsmodell entwickelt, das auf einer Systemanalysenplattform basiert, die die spezifischen Pumpeneigenschaften mithilfe eines eindimensionalen Modells nachbildet. Der Einsatz von CFD-Simulationen ist von grundlegender Bedeutung fr die Opti-mierung der Strmungsdynamik in der Pumpe und die Ein-schrnkung von Druckschwankungen, insbesondere wenn das gefrderte l groe Mengen Luft enthlt. Die Physik der mehrphasigen Frderung (l, Luft und ldmpfe) wird in das Berechnungsmodell integriert. Schlsselergebnisse dieser Simulationen sind die Gre, Intensitt und Position der anfallenden Druckspitzen sowie der prozentuale Anteil von Luft und ldmpfen in den verschiedenen Bereichen der Pumpe. Die herausragende Fachkompetenz von Pierburg Pump Technology auf diesem Gebiet ist das Ergebnis enger Zusammenarbeit mit renommierten Forschungsinstituten und Hochschulen.

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Elektrische lpumpen

Fr Hybridantriebe und Motoren mit automatischer Start-Stopp-Funktion ist der Einsatz von elektrischen Zahnradl-pumpen unerlsslich, wenn der hydraulische Druck in den Nebensystemen nach Abschalten des Verbrennungsmotors aufrechterhalten werden muss. Elektrische lpumpen kn-nen auch in Kombination mit der mechanischen lpumpe des Motors als Boosterpumpe eingesetzt werden oder oder in einem jeden Fall, in dem ldruck erforderlich ist, um Bau-teile unabhngig von den Verbrennungsmotoren zu betrei-ben.

Zur Entwicklung neuer lpumpen bedient sich Pierburg Pump Technology der Synergieeffekte mit den elektrischen Wasserpumpen und spart so Kosten und Entwicklungszeit bei gleichzeitiger Verbesserung der Betriebssicherheit. Durch Integration von Elektromotor und Hydraulik ist es ge-

lungen, Baugre, Gewicht und Komplexitt zu verringern. Auf diese Weise ist Pierburg Pump Technology in der Lage, integrierte elektrische lpumpen basierend auf Motoren von 50 W bis zu mehr als 400 W zu realisieren. In Abb. 7. ist beispielhaft die bereits in Serie befindliche X20 lpumpe mit einem 200 W-Motor dargestellt. Je nach Erfordernis kann die Elektronik, die in erster Linie die sensorlose Kommutie-rung des brstenlosen Gleichstrommotors sicherstellt, als getrennte Regeleinheit ausgefhrt oder in das Pumpenge-huse integriert werden. Wie die sensorlose Rotorlageer-fassung erfolgt die Erzeugung der Motorsteuersignale durch die Software im von Pierburg Pump Technology entwickelten ASIC (= anwenderspezifischer integrierter Schaltkreis). Da der tatschlichen Motornennstrom Werte bis 40 A erreichen kann, erfordert die Auslegung der Halbleiter-Ausgangsstu-fen besondere Aufmerksamkeit in Bezug auf elektromagne-tische Vereinbarkeit und Khlung. An dieser Stelle ist eine frhzeitige Prognose des thermischen Verhaltens der Pumpe erforderlich, gepaart mit dem interdisziplinren Fachwissen, das Pierburg Pump Technology sich ber viele Jahre ange-eignet hat.

Abb. 7: X20 elektrische lpumpe Abb. 8: Bsp. der neuen Generation elektrischer lpumpen

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