DE102004017980A1

DE102004017980A1 - Lastabhängig förderndes Hydraulikaggregat

Info

Publication number: DE102004017980A1
Application number: DE200410017980
Authority: DE
Inventors: Ulf Sittig; Günter Andres; Bernd Thelen; P. H. Wagner
Original assignee: Individual
Current assignee: Wagner Vermoegensverwaltungs GmbH and Co KG
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2005-11-03

Abstract

Ein Hydraulikaggregat (16) zur Erzeugung des Versorgungsdrucks für einen Kraftschrauber (10) enthält eine Verdrängerpumpe (17), die von einem Steuergerät (21) in ihrer Drehzahl gesteuert wird. In der Druckleitung (18) des Hydraulikaggregates (16) befindet sich ein Drucksensor (22), der ein dem Druck entsprechendes Signal an das Steuergerät (21) liefert. In dem Steuergerät (21) ist eine Kurve hinterlegt, die den Volumenstrom bzw. die Drehzahl in Abhängigkeit von dem Druck angibt. Je niedriger der Druck ist, umso größer ist der Volumenstrom. Auf diese Weise wird ein effektiver Schraubvorgang durchgeführt, weil stets damit der optimale Volumenstrom erreicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein lastabhängig förderndes Hydraulikaggregat, insbesondere für Kraftschrauber.
Ein Hydraulikaggregat enthält einen Motor und eine Pumpe. Die von dem Motor angetriebene Pumpe fördert Hydrauliköl zu einem Verbraucher. Je größer die hydraulische Last ist, die der Verbraucher bildet, umso größer ist der von der Pumpe erzeugte Druck. Die bekannten Hydraulikaggregate für Kraftschrauber enthalten mehrere Pumpen, die in Abhängigkeit von dem Druck einzeln zugeschaltet oder abgeschaltet werden können. Bei niedrigem Druck laufen sämtliche Pumpen, um einen hohen Volumenstrom zu erzeugen. Bei höherem Druck werden immer mehr Pumpen abgeschaltet, so dass von einem bestimmten Grenzdruck an nur noch eine Pumpe fördert, wodurch ein hoher Druck bei geringem Volumenstrom erzeugt wird. Dabei erfolgt eine relativ schlechte Anpassung des Volumenstromes an den Bedarf des Verbrauchers, so dass der Arbeitsvorgang länger dauert als nötig.
Bekannt sind auch Hydraulikaggregate, die eine einzige Pumpe enthalten. Hierbei besteht die Schwierigkeit, dass die Auslegung bezüglich des Volumenstromes sich am maximalen Druck orientiert. An der Stelle des maximalen Drucks wird die höchste Antriebsleistung benötigt. Demzufolge wird die Motorleistung bei niedrigem Druck nicht vollständig genutzt. Anders ausgedrückt: Bei niedrigem Druck steht nur ein geringer Volumenstrom zur Verfügung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein lastabhängig förderndes Hydraulikaggregat zu schaffen, das eine sehr gute Abstimmung zwischen der Last und dem geförderten Volumenstrom ermöglicht, so dass Arbeitsvorgänge unter guter Ausnutzung des Hydraulikaggregates in kurzer Zeit durchgeführt werden können.

Das lastabhängig fördernde Hydraulikaggregat nach der vorliegenden Erfindung ist durch den Anspruch 1 definiert. Das Hydraulikaggregat weist eine rotatorische Verdrängerpumpe auf, deren Drehzahl durch ein Steuergerät bestimmt wird. Der von der Pumpe erzeugte Druck oder eine andere lastabhängige Kenngröße wird von einem Sensor gemessen. Die Drehzahl der Pumpe wird in Abhängigkeit von der gemessenen Kenngröße nach einer vorgegebenen Kurve bestimmt.

Die Erfindung bietet den Vorteil, dass die vorgegebene Kurve, die in dem Steuergerät gespeichert ist, entsprechend der Charakteristik des Hydraulikaggregates und der angeschlossenen Last geformt werden kann, um ein geeigneten Kurvenverlauf zu erzeugen. Die Kurve kann in dem Steuergerät beispielsweise durch Gleichungen hinterlegt sein oder in Form einer Tabelle. Erforderlich ist lediglich ein Sensor zur Messung der lastabhängigen Kenngröße. In Abhängigkeit von der gemessenen Kenngröße wird die Drehzahl der Verdrängerpumpe eingestellt. Die Verdrängerpumpe ist eine volumetrische Pumpe, deren Volumenstrom proportional zur Drehzahl ist, beispielsweise eine Zahnradpumpe. Der Verrechnungsalgorithmus der gemessenen Kenngröße zur Motordrehzahl ist wählbar oder kann den Anforderungen des Verbrauchers angepasst werden.

Die Erfindung ist insbesondere für den Antrieb eines hydraulischen Kraftschraubers bestimmt, der eine Kolbenzylindereinheit aufweist, welche über eine Ratsche auf den Kopf einer Schraube drehend einwirkt. Je größer das Schraubenmoment ist, umso höher wird der Druck, der erforderlich ist, um den Kolben der Kolbenzylindereinheit zu bewegen. Ist die Schraube locker, so ist der Druck im Hydrauliksystem niedrig. Mit zunehmendem Schraubenmoment erhöht sich auch der Druck. Die Steuergerät hinterlegte Kurve ist so ausgebildet, dass der Volumenstrom in der Tendenz geringer wird, je größer der Druck ist. Dadurch wird erreicht, dass die Pumpenkapazität gut ausgenutzt wird, so dass das Drehen der Schraube mit der vorhandenen Leistung in kurzer Zeit durchgeführt werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kurve bei niedrigen Drücken eine konstante Drehzahl und ab Erreichen eines Grenzdrucks eine mit zunehmendem Druck abfallende Drehzahl vorgibt. Eine solche Kurve ist mathematisch sehr einfach zu definieren. Sie erfüllt die Anforderungen, die an den Betrieb eines Kraftschraubers gestellt werden sehr gut.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, wobei diese Erläuterungen dem Verständnis dienen und den Schutzbereich der Erfindung nicht beschränken. Der Schutzbereich wird vielmehr durch die Patentansprüche bestimmt.

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Hydraulikaggregates zum Antrieb eines hydraulischen Kraftschraubers, und

2 ein Beispiel der in dem Steuergerät hinterlegten Kurve.

In 1 ist schematisch ein Kraftschrauber 10 dargestellt. Dieser weist einen in einem Hydraulikzylinder 11 bewegbaren Kolben 12 auf. Der Kolben 12 ist mit einer Kolbenstange 13 verbunden. Am Ende der Kolbenstange 13 befindet sich ein Ratschenhebel 14, der in die Verzahnung eines Ratschenrades 15 eingreift. Durch hin- und hergehende Bewegung der Kolbenstange 13 wird das Ratschenrad 15 intermittierend in Richtung des Pfeiles gedreht. Das Ratschenrad 15 ist mit einer (nicht dargestellten) Schlüsselnuss gekoppelt, die auf den zu drehenden Schraubenkopf aufgesetzt wird. Durch hin- und hergehendes Bewegen des Kolbens 12 wird die Schraube gedreht.
Der Druck für den Hydraulikzylinder 11 wird von einem Hydraulikaggregat 16 geliefert, das eine Verdrängerpumpe 17, z.B. eine Zahnradpumpe, einen Synchronmotor und einen Tank enthält. Der Motor treibt die Pumpe 17. An das Hydraulikaggregat 16 ist eine Druckleitung 18 und eine Rücklaufleitung 19 angeschlossen. Diese beiden Leitungen sind über ein Steuerventil 20 mit dem Hydraulikzylinder 11 verbunden. Durch Umschalten des Steuerventils 20 kann der Kolben 12 entweder vorwärts oder rückwärts bewegt werden.
Zur Steuerung des Hydraulikaggregates 16 ist das Steuergerät 21 vorgesehen. Dieses enthält einen Frequenzumrichter, der eine variierbare Antriebsfrequenz für den Motor erzeugt. Das Steuergerät 21 bestimmt somit die Drehzahl der Pumpe 17. Die Pumpendrehzahl bestimmt den Volumenstrom, der der Druckleitung 18 zugeführt wird.
An der Druckleitung 18 ist ein Drucksensor 22 vorgesehen, der den Hydraulikdruck in der Druckleitung misst. Der Drucksensor 22 ist über eine Leitung 23 mit dem Steuergerät 21 verbunden.
Das Steuergerät 21 enthält die in 2 dargestellte Kurve 25, die die Abhängigkeit des Volumenstromes Q [1/min] in Abhängigkeit von dem Druck P [bar] angibt. Proportional zum Volumenstrom Q ist die Drehzahl n [U/min] des Synchronmotors, der die Verdrängerpumpe 17 antreibt.
Die Kurve 25 hat einen ersten Abschnitt 25a für niedrige Drücke, der bis zu einem Grenzdruck P1 reicht, und einen zweiten Abschnitt 25b, der höhere Drücke als der Grenzdruck betrifft. Der erste Abschnitt 25a verläuft horizontal, d.h. in ihm ist der Volumenstrom Q im Wesentlichen konstant und relativ hoch. Übersteigt der Druck den Grenzdruck P1, so gilt der Kurvenbereich 25b, in dem der Volumenstrom Q mit zunehmendem Druck P linear abfällt.
Bei dem Beispiel von 2 beträgt der Grenzdruck 200 bar und der maximale Druck liegt bei etwa 800 bar. Der Volumenstrom hängt von der Förderkapazität der Pumpe ab. Der Abschnitt 25a entspricht dem maximalen Volumenstrom der jeweiligen Pumpe. Anstelle einer einzigen Pumpe können auch mehrere Pumpen parallel betrieben werden.
Die in 2 gezeigte Kurve ist nur ein Beispiel. In Abhängigkeit von der Charakteristik des Hydraulikaggregates bzw. des angeschlossenen Verbrauchers können natürlich andere Kurven verwendet werden. Das Steuergerät steuert in Abhängigkeit von dem vom Drucksensor 22 gelieferten Druck P die Drehzahl der Pumpe 17 so, dass der in der Kurve angegebene Volumenstrom Q erreicht wird. Hierfür ist ein einziger Sensor, nämlich der Drucksensor 22, ausreichend.
Bei dem Betrieb des Kraftschraubers 10 sei angenommen, dass die Schraube zunächst noch locker und nicht verspannt ist. Am Anfang der Verschraubung wird ein geringer Druck P benötigt. Hierbei wird die Drehzahl der Pumpe 17 auf ein Maximum gesteuert. Im Verlauf der Verschraubungsarbeit wird der Drehmomentbedarf höher. Mit zunehmendem Drehmomentbedarf wird die Dreh zahl der Pumpe abgesenkt, was einem höheren Schraubenmoment entspricht. Hierbei wird zu jedem Zeitpunkt der Verschraubungsarbeit ein Maximum der Motorleistung bzw. Pumpenleistung erreicht. Dies hat zur Folge, dass zu jedem Zeitpunkt die maximalen Förderleistungen erreicht werden.

Claims

Lastabhängig förderndes Hydraulikaggregat (16), insbesondere für Kraftschrauber (10), mit einer von einem Motor angetriebenen rotatorischen Verdrängerpumpe (17), einem die Drehzahl der Pumpe (17) bestimmenden Steuergerät (21) und einem Sensor (22), der eine die Bestimmung der Belastung des Motors ermöglichende Kenngröße misst, wobei die Drehzahl der Pumpe in Abhängigkeit von der gemessenen Kenngröße nach einer vorgegebenen Kurve (25) bestimmt wird.
Hydraulikaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenngröße der von der Pumpe (17) erzeugte Druck ist.
Hydraulikaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurve (25) bei niedrigen Drücken (P) einen konstanten Volumenstrom (Q) und ab Erreichen eines Grenzdrucks (P1) einen mit zunehmendem Druck abfallenden Volumenstrom (Q) vorgibt.
Hydraulikaggregat nach einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein an die Pumpe (17) angeschlossener Verbraucher ein hydraulischer Kraftschrauber ist, der einen in einem Hydraulikzylinder (11) bewegbaren Kolben (12) aufweist.