CN103998831A - 静液压的驱动设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于发电机(2)的静液压的驱动设备(1)，具有伺服传动液压泵(6)以用于产生工作介质的体积流；由工作介质的体积流所驱动的定量液压马达(9)以用于驱动发电机，具有流量孔板(8)的排送流量调节器(7)以用于调节伺服传动液压泵的体积流。本发明的特征在于，围绕定量液压马达布置具有调节阀(17)的旁路(16)以用于经过旁路的体积流。

Description

静液压的驱动设备

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分中详细限定的类型的用于发电机的静液压的驱动设备。本发明还涉及一种用于运行这种静液压的驱动设备的方法。此外，本发明涉及一种静液压的驱动设备或用于其运行的方法的应用。

背景技术

静液压的驱动设备从普遍的现有技术中已知。其例如用于驱动辅助机器。静液压的驱动设备的典型的应用实例例如是发电机的驱动器、尤其是同步发电机的驱动器，发电机用于产生车载电网、例如轨道车辆的车载电网中的电功率。因此，轨道车辆典型地经由内燃机驱动。内燃机经由辅助驱动器例如直接地或经由连接在内燃机下游的变速器驱动静液压的驱动设备的伺服传动液压泵(Verstellpumpe)，以便产生工作介质的体积流。伺服传动液压泵通常经由具有流量孔板的排送流量调节器来配置，使得尽管内燃机的、进而伺服传动液压泵的驱动器转速可能出现波动的情况下，恒定的体积流是可以实现的。之后通过由工作介质的体积流驱动的定量液压马达实现内燃机的驱动。这种结构例如在DE4304403A1中描述。

现在的问题在于：通过具有流量孔板的排送流量调节器对所需的体积流进行调节是相对耗费的，因为例如流量孔板的大量部件、构件之间的配管、液压马达、发电机本身等等是共同作用的。因为通过体积流和转速相应地影响发电机的电压和频率，所以在此需要对体积流进行良好地调节，以便在由发电机所产生的功率中得到特别小的频率波动，频率波动在由发电机所馈电的电网中可能引起问题。此外，电网的其他的规定、例如连接同样使静液压的驱动器负荷载的、较大的感应负载必须能够在没有明显地改变发电机转速的情况下来进行控制。

全部上述问题表示比较大的要求，从而在如今的实际操作中，在每个单独的静液压的驱动器上测试各个部件的协作并且各个部件的协作匹配于每个单独的静液压的驱动器，以便实现发电机的转速的最佳的调节。这是耗费的且是昂贵的。

发明内容

本发明的目的现在在于提供一种静液压的驱动设备，驱动设备避免上述问题并且该驱动设备实现对所驱动的发电机的转速进行快速地、简单地且有效地进行调节。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征部分中的特征的静液压的驱动设备来实现。此外，具有权利要求6的特征部分中的特征的用于这种静液压的驱动设备运行的方法实现所述目的。其他有利的设计方案由从属于其的从属权利要求中和该静液压的驱动设备或用于其运行的方法的应用中得到。

根据本发明的静液压的驱动设备对从现有技术中已知的、具有调节阀的用于体积流的旁路的结构进行扩展，旁路围绕用于驱动发电机的定量液压马达(Konstantmotor)来布置。因此。除了现有的通过具有流量孔板的排送流量调节器进行的调节之外，通过围绕定量液压马达来布置具有调节阀的旁路来设计附加的调节可能性。该调节阀因此例如能够在本发明的一个优选的实施形式中设计比例阀，比例阀非常快速的且有效地对定量液压马达的或发电机的转速中的可能的波动做出反应。因此，能够极其简单且有效地改进发电机的转速恒定性进而稳定在由发电机所馈电的电网中的频率和电压。在此特别的是，将调节阀作为比例阀的设计方案是尤其有利的，因为这种比例阀具有小于200ms的极其快速的反应时间并且还能够在较小的压力损失的情况下确保与压力无关的功能。

按照根据本发明的静液压的驱动设备的一个尤其适宜和有利的设计方案，能够在此设置调节电子装置，调节电子装置设置用于检测发电机的转速，并且调节电子装置设计为用于根据转速操控调节阀。尤其通过检测发电机转速本身和检测旁路中的调节阀的相应的影响能够极其快速且有效地将发电机本身的转速调节成恒定值。总系统之内的偏差和调节振荡进而极其有效地且快速地被调节。静液压的驱动设备的区域中的可能的油泄漏、老化现象等也能够通过该调节机制被极其有效地且简单地进行控制。这同样适用于用于不同的温度或与温度相关的不同的油粘性引起的不同的工作介质的体积。此外，也能够理想地控制系统之内的波动和老化现象。

在此，提出一种用于运行这种静液压的驱动设备的方法，即首先通过借助于排送流量调节器的粗略调节来实现发电机的转速的调节，其中将体积流调节成由额定值和过量组成的数值，其中此后通过旁路中的调节阀进行精细调节。特别地将具有流量孔板的、至今为止已知的且常见的排送流量调节器用于影响伺服传动液压泵以便粗略地调整体积流并且更确切地说以优选小于额定值的10％的数量级的一定的体积流的的过量运动的这种运行能够被理想地使用，以便以期望的方式和方法确保功率的粗略的传递，而没有产生显著的功率损失，如其在唯一的旁路调节中是不可避免的。更确切地说，根据本发明的静液压的驱动设备的结构能够以有利的方式运行，使得仅将在排送流量调节器处调整的过量被用于通过旁路中的调节阀对发电机的转速进行精细调节。因此能够在所传递的功率高的情况下实现极其精确地、有效地和快速地调节并且通过调节实现最小的功率损失。

该方法的另一优点在于，通过根据本发明调节的附加的过量形成更可靠的系统。如果在此某部件故障，那么根据本发明的调节的情况下工作的常规的调节还如之前那样可供使用，使得形成具有理想的紧急运行功能的、可靠的且冗余的系统。

因此，根据本发明的静液压的驱动设备以及用于其运行的方法是同样高效率的，并且尽管在驱动机组的转速的波动情况下，对于伺服传动液压泵而言允许发电机的极其恒定的转速，进而允许由发电机所馈电的电网中的极其恒定的电参量。静液压的驱动设备以及用于其运行的方法因此尤其适合于应用在轨道车辆中，在轨道车辆中其用于车载供电装置。静液压的驱动设备的经由牵引电动机或牵引电动机的辅助驱动器驱动的典型的伺服传动液压泵不可避免地以波动的转速驱动。通过流量孔板和排送流量调节器对体积流进行粗略调节已经将该波动的转速极其良好地转换成恒定的体积流。该恒定的体积流允许发电机的近似恒定的转速，发电机重新经由定量液压马达驱动。通过根据本发明的附加的精细调节现在能够理想地调控最终的不精确性、系统中的波动、与老化和温度相关的波动、最小的油泄漏等，使得例如在这些问题极其频繁出现在轨道车辆中的困难情况下，发电机的极其恒定的运行也是能实现的。

附图说明

根据本发明的驱动设备和/或用于该驱动设备运行的方法的其他的有利的设计方案从其余的从属权利要求中得出并且根据下面参考附图详细描述的实施例而变得明确。

唯一的所附的附图示出示例的根据本发明的静液压的驱动设备。

具体实施方式

在附图中能够识别用于发电机2、尤其是同步发电机2的静液压的驱动设备1。在此，同步发电机2应当对仅表示为车厢的轨道车辆4的表明原理性的车载电网3供给电功率。在此，驱动马达、例如柴油马达5用于驱动轨道车辆4，驱动马达至少还间接地驱动静液压的驱动设备1的伺服传动液压泵6。在此，柴油马达5的功率和转速在重心中根据需要用于驱动轨道车辆4。伺服传动液压泵6的驱动通常由辅助驱动器实现。因此，伺服传动液压泵6不可避免地以波动的柴油马达5的转速驱动。但是因为对于车载电网3的稳定性而言并且在此尤其对于同步发电机2的频率和电压而言同步发电机2的转速具有决定性的意义，所以在静液压的驱动设备1中经由具有流量孔板8的排送流量调节器7对工作介质的体积流进行调节进而用于工作介质的近似恒定的体积流。然后，工作介质的该体积流驱动定量液压马达9，定量液压马达就其而言相应地驱动同步发电机2。因此，定量液压马达9的范围中的恒定的转速用于同步发电机2的范围中的恒定的转速。这在至今为止已知的且常见的结构中单独地经由供应流调节装置7和伺服传动液压泵6的影响来实现。在静液压的驱动设备1的在此示出的结构中还围绕定量液压马达9设置具有旁通阀11的旁路10。旁通阀11在正常运行中保持闭合并且为了关断恒定马达9或者为了快速地切断同步发电机2而相应地被断开。静液压的驱动设备1的另外的部件是油冷却器12以及具有油过滤器14和注射器15的油容器13。在此，至此所描述的机构是普遍已知的和常见的。

现在，困难在于，对于例如液压马达的或定量液压马达9的和同步发电机2的配管的流量孔板8的协作而言在每个单独的驱动设备1中存在不同的给定条件，给定条件相应地影响体积流的调节进而对于同步发电机2的电压和频率具有影响。为了在全部给定条件下能够实现同步发电机2以恒定的转速实现安全的和可靠的运行，因此通常需要相应地协调各个静液压的驱动设备1，以便将调节设定成使得同步发电机2的电压和频率保留在预定的极限内。此外，能够引起干扰变量形式的波动，例如变化的温度形式的波动，温度相应地影响体积和油粘度。此外，静液压的驱动设备1中的油泄漏和老化现象是干扰变量，干扰变量不利地影响调节。系统之内的波动、尤其调整体积流时的调节波动能够起到不利的作用并且使静液压的驱动设备1“起振(aufschaukeln)”。全部这些能够导致同步发电机2的转速的波动，波动在一定的界限之内还是可容忍的，但是其极其快速地变大至使得能够造成车载电网3中的同步发电机2的电压和频率方面的问题。

静液压的驱动设备1的在此描述的结构因此具有围绕定量液压马达9的另一旁路16，旁路具有调节阀17。尤其能够设计为比例阀的调节阀17能够极其快速地调整相应的通流量。在此，该比例阀经由调节电子装置18驱控。调节电子装置18在此应用PID调节器。调节根据同步发电机2的转速来进行，转速在此处示出的实施例中经由转速传感器19来检测并且报告给控制电子装置18。在此尤其高分辨率的测量齿轮适合作为转速传感器，测量齿轮确保快速且精确地识别转速波动。然后经由调节电子装置18的区域中的微控制器能够通过快速地的PID调节器实时地对转速波动做出反应。

例如经由所产生的电功率的频率间接地检测转速显然是可行的。

因此，在此描述的静液压的驱动设备1的结构允许将同步发电机2的转速极其精确地调节成预定的典型的恒定值。这在此以理想的方式进行，使得通过排送流量调节器7调整预定的体积流。在此，该体积流具有超过预定的额定值的一定的过量，当体积流的额定大小例如为200l/min时，体积流例如能够位于225l/min的数量级中。之后25l/min的过量能够通过另一旁路16和调节阀17影响，使得在定量液压马达9的区域中根据同步发电机2的转速施加200至225l/min数量级的体积流。在此，能够经由调节阀17对经由同步发电机2的经由传感器19检测的转速进行极其快速的控制。因此，能够将电网3中的期望的电参量、例如电压和频率保持得极其恒定。在此，仅经由调节阀17和旁路16传导工作介质的体积流的相对小的部分，使得通过这种类型的调节形成的功率损失相对小。将调节设计成，使得其典型地以额定值的2-10％的数量级的旁路电流作为过量是够用的。显然地，也存在其中需要还更小的或小的过量的调节情况。

由于极其快速的响应性能的能够无问题地使用在小于100ms的范围中的比例阀，调节是极其快速的。其仅引起极其小的压强损失并且相对于工作介质中的压强波动或压强阶跃是不灵敏的。能在此良好应用的比例阀的可能的类型是所谓的压强补偿的流量调节阀，其中阀的比例位置在压强波动时通过调节机制无需改变，因为阀自动地补偿该压强波动。对此的一个替选方案是单纯的比例节流阀，比例节流阀不以上述方式进行压强补偿，比例节流阀然而在此同样能够提供极其良好的功能。

比例阀的驱控优选能够经由脉宽调制信号进行。由此引起比例阀的持续小的位置移动，实际上引起比例阀在期望的额定位置附近的波动。由此，防止从静摩擦到滑动摩擦的现有的调节环节的过渡，因为该调节环节持续地移动。因此，通过避免粘滑效应能够在调节中实现比例阀的极其快速的反应。

因此，经由排送流量调节器对体积流进行粗略调节叠加经由调节阀17和另一旁路16进行精细调节。由此显著地改进调节性能，尤其能够控制老化现象、波动、由于油粘度和/或温度引起的影响或工作介质的轻微的泄漏，而这对于同步发电机的转速可能不具有负面影响。

在此，该结构是极其简单且有效的。所述结构尤其整体地构成在具有用于断开定量液压马达9的旁路10和旁通阀11的构件中。对此，潘通阀11和调节阀17安装在壳体中，使得还形成极其紧凑的结构。

通过在此不再调节成静液压的变量，即恒定的体积流，而是根据原本的目标参量、即直接地调节同步发电机2的转速直接地调节静液压的参量，能够容易地控制在静液压的驱动系统1或其部件本身中出现的不充分、公差、老化现象等。

Claims (9)

1.一种用于发电机(2)的静液压的驱动设备(1)，具有：

1.1伺服传动液压泵(6)，以用于产生工作介质的体积流；

1.2由所述工作介质的所述体积流所驱动的定量液压马达(9)，以驱动所述发电机(2)，

1.3具有流量孔板(8)的排送流量调节器(7)，以用于调节所述伺服传动液压泵(6)的所述体积流，

其特征在于，

1.4围绕所述定量液压马达(9)布置有旁路(16)，所述旁路具有用于经过所述旁路(16)的体积流的调节阀(17)。

2.根据权利要求1所述的静液压的驱动设备，其特征在于，所述调节阀(17)设计为比例阀。

3.根据权利要求1或2所述的静液压的驱动设备，其特征在于，设置有围绕所述定量液压马达(9)的第二旁路(10)，所述第二旁路具有二通阀(11)，其中所述调节阀(17)和所述二通阀(11)集成地构造在一个结构单元中。

4.根据权利要求1，2或3所述的静液压的驱动设备，其特征在于，设置有用于检测所述发电机(2)的转速的调节电子装置(18)，所述调节电子装置设计为用于根据所述转速操控所述调节阀(17)。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的静液压的驱动设备，其特征在于，所述发电机(2)设计为同步发电机。

6.一种用于运行根据权利要求1至5中的任一项所述的静液压的驱动设备(1)的方法，其特征在于，所述发电机(2)的转速调节首先通过借助于所述排送流量调节器(7)的粗略调节来实现，其中将所述体积流调节到由额定值和过量组成的数值，其中在之后通过所述旁路(16)中的调节阀(17)进行精细调节。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述过量调节成小于所述额定值的20％、优选小于所述额定值的10％。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，检测所述发电机(2)的当前的转速，并且所述调节阀(17)调节到预定的转速。

9.一种根据权利要求1至5中的任一项所述的静液压的驱动设备(1)的应用和/或根据权利要求6至8所述的、用于运行所述静液压的驱动设备(1)的方法的应用，以用于对轨道车辆(4)中的车载电网(3)供给电功率。