DE102009019564A1

DE102009019564A1 - Pumpverfahren und Hydraulikpumpensystem

Info

Publication number: DE102009019564A1
Application number: DE102009019564A
Authority: DE
Inventors: Werner Kuttruf
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-05-02
Filing date: 2009-05-02
Publication date: 2010-11-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pumpverfahren zur Bereitstellung eines vorgebbaren Gesamtförderstromes von Hydraulikfluid bei vorgebbarem Gesamtdruck, wobei sich der Gesamtförderstrom aus einem von einer Hauptförderpumpe bereitgestellten Hauptförderstrom und einem von einer Nebenförderpumpe bereitgestellten Nebenförderstrom zusammensetzt, die Hauptförderpumpe von einem drehzahlregelbaren elektrischen Hauptantrieb angetrieben wird und der Nebenförderpumpe ein drehzahlregelbarer elektrischer Nebenantrieb derart zugeordnet ist, dass der Hauptförderstrom stets größer als ein vorgegebener Mindeststromwert M01 ist und die Nebenförderpumpe abhängig vom vorgegebenen Gesamtförderstrom und Gesamtdruck entweder als Verbraucher für den Hauptförderstrom wirkt oder einen Nebenförderstrom größer einem Mindeststromwert M02 bereitstellt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Hydraulikpumpensystem zur Bereitstellung eines vorgebbaren Gesamtförderstroms von Hydraulikfluid bei vorgebbarem Gesamtdruck.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pumpverfahren zur Bereitstellung, insbesondere also zur Ausgabe und Aufnahme, eines vorgebbaren Gesamtförderstroms von Hydraulikfluid bei vorgebbarem Gesamtdruck. Die Erfindung betrifft außerdem ein Hydraulikpumpensystem zur Bereitstellung eines vorgebbaren Gesamtförderstroms von Hydraulikfluid bei vorgebbarem Gesamtdruck.
Derartige Vorrichtungen finden insbesondere zum Antrieb in Pressen, wie z. B. Spritzgießmaschinen Verwendung. Dabei erfordert typischerweise die Aufeinanderfolge von einzelnen Bewegungen eines Hydraulikantriebs einen diskontinuierlichen Betrieb der jeweiligen Pumpvorrichtung. Der Förderstrom und der Druck sind der jeweils auszuführenden Bewegung anzupassen, wobei verschiedene Kombinationen von hohem beziehungsweise niedrigem Druck und/oder hohem beziehungsweise niedrigem Förderstrom auftreten können.
Eine Förderstromanpassung erfolgt im Stand der Technik beispielsweise mittels einer Verstellpumpe. Dabei ist der Förderstrom veränderbar, indem das Fördervolumen pro Umdrehung beispielsweise durch mechanische Lageveränderung des Pumpenaktuators im Pumpenraum verändert wird. Andererseits sind Konstantstromsysteme bekannt, wobei die Pumpe grundsätzlich einen konstanten Förderstrom liefert und der nicht benötigte Förderstrom mehr oder weniger drucklos zum Tank zurückgeführt wird.
Aus der DE 43 35 328 A1 ist ein hydraulisches Betriebssystem für Spritzgießmaschinen bekannt, bei welcher die Hydraulikpumpe als Stetig- beziehungsweise Konstant-Förderpumpe ausgebildet ist und die Hydraulikpumpe von einem Drehzahl regelbaren Elektromotor antreibbar ist.
Die bekannten Systeme weisen regelmäßig einen niedrigen energetischen Wirkungsgrad auf. Ferner kommt es bei Pumpen mit mechanisch veränderlichem Förderstrom üblicherweise zu einer erheblichen Geräuschentwicklung im Betrieb.
Als besonders problematisch hat sich insbesondere die Bereitstellung eines hohen Drucks bei sehr kleinen oder verschwindenden Förderströmen herausgestellt. Diese Situation tritt aber gerade beim Betrieb von Spritzgießmaschinen regelmäßig dann auf, wenn der Presskolben der Spritzgießmaschine unter hohem Druck in einer bestimmten Position gehalten werden muss (Haltebetrieb). Der hierbei auftretende Betriebszustand ist für die verwendeten Pumpen stark beanspruchend, führt zu einer hohen thermischen Belastung und einem unerwünscht hohen Verschleiß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Druckversorgung auf günstige, zuverlässige und verschleißarme Art und Weise bereitzustellen, wobei insbesondere ein hoher Druck bei geringem oder verschwindenden Förderstrom ermöglicht werden soll.
Diese Aufgabe wird durch ein Pumpverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zur Bereitstellung eines vorgebbaren Gesamtförderstroms von Hydraulikfluid bei vorgebbarem Gesamtdruck ist demnach vorgesehen, dass sich der Gesamtförderstrom aus einem von einer Hauptförderpumpe bereitgestellten Hauptförderstrom und einem von einer Nebenförderpumpe bereitgestellten Nebenförderstrom zusammensetzt, die Hauptförderpumpe von einem Drehzahl regelbaren elektrischen Hauptantrieb angetrieben wird und der Nebenförderpumpe ein Drehzahl regelbarer elektrischer Nebenantrieb derart zugeordnet ist, dass der Hauptförderstrom stets größer als ein vorgebbarer Mindeststromwert M01 ist, und die Nebenförderpumpe abhängig vom vorgegebenen Gesamtförderstrom und Gesamtdruck entweder als Verbraucher für den Hauptförderstrom wirkt oder einen Nebenförderstrom größer einem Mindeststromwert M02 bereitstellt.
Mit Bereitstellung wird hier sowohl die Ausgabe, als auch die Aufnahme eines Gesamtförderstromes bezeichnet. Die Mindeststromwerte M01 beziehungsweise M02 bezeichnen dabei diejenigen Förderströme der Haupt- beziehungsweise Nebenförderpumpe, oberhalb welcher die Pumpe noch zuverlässig arbeitet und kein oder lediglich der im Betrieb übliche, nicht erhöhte Gebrauchsverschleiß auftritt. Insbesondere sind hierbei die aus den Kenngrößen der jeweiligen Pumpe ersichtlichen Mindestdrehzahlen zu berücksichtigen. Haupt- und Nebenförderpumpe können beispielsweise derart in einem Pumpenkreislauf angeordnet sein, dass sich der Gesamtförderstrom aus dem Hauptförderstrom und dem Nebenförderstrom additiv zusammensetzt, wobei der Nebenförderstrom positiv zu zählen ist, wenn die Nebenförderpumpe in Arbeitsbetrieb ist, negativ zu zählen ist, wenn die Nebenförderpumpe als Verbraucher wirkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die Hauptförderpumpe und – falls im Arbeitsbetrieb – auch die Nebenförderpumpe stets einen Förderstrom über dem Mindeststromwert M01 beziehungsweise M02 liefern. Es hat sich herausgestellt, dass der Arbeitsbetrieb einer Pumpe bei zu geringem die Pumpe durchströmenden Förderstrom zu einer erheblichen Wärmeentwicklung, zu einer erhöhten inneren Reibung und zu einem erheblichen Verschleiß der Bauteile der Pumpe führt. Mit dem erfindungsgemäßen Pumpverfahren ist gewährleistet, dass jede arbeitende Pumpe stets von einem genügend großen Förderstrom von Hydraulikfluid durchsetzt wird, um eine Schmierung der bewegten Teile und eine ausreichende Wärmeabfuhr (zum Beispiel von Reibungswärme oder Strömungsverlusten) zu gewährleisten. Es wird folglich der Verschleiß der eingesetzten Pumpen deutlich verringert und die energetischen Verluste, beispielsweise durch innere Reibung, minimiert.
Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Pumpverfahren, wenn ein hoher Druck im Bereich des vorgesehenen Maximaldrucks bei geringem oder verschwindendem Förderstrom zur Verfügung gestellt werden soll. Diese Situation tritt wie erwähnt gerade im Betrieb von Spritzgießmaschinen häufig auf (zum Beispiel im Haltebetrieb). Durch das hier beschriebene Pumpverfahren wird verhindert, dass weder die Hauptförderpumpe noch die Nebenförderpumpe im Leistungsbetrieb sind, ohne dass ein ausreichender Durchfluss von Hydraulikfluid vorhanden ist. Damit ermöglicht die Erfindung insbesondere im industriellen Einsatz die Einsparung von Wartungs- und Betriebskosten.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Pumpverfahrens ergibt sich dadurch, dass ein Grenzstromwert G0 vorgegeben ist, so dass für die Bereitstellung eines G0 übersteigenden Gesamtförderstromes die Nebenförderpumpe einen Nebenförderstrom größer als den Mindeststromwert M02 bereitstellt, für die Bereitstellung eines G0 gleichen oder unterschreitenden Gesamtförderstromes die Nebenförderpumpe als Verbraucher für den Hauptförderstrom wirkt. Die Hauptförderpumpe befindet sich dabei jedenfalls im Leistungsbetrieb und stellt einen Förderstrom größer als den Mindeststromwert M01 bereit. Solange der bereitzustellende Gesamtförderstrom kleiner als der Grenzstromwert G0 ist, arbeitet die Nebenförderpumpe als Verbraucher. Für einen bereitzustellenden Gesamtförderstrom größer als G0, arbeitet auch die Nebenförderpumpe im Leistungsbetrieb. Die Hauptförderpumpe liefert in diesem Fall einen entsprechend verringerten Hauptförderstrom. Der Grenzstromwert wird so groß gewählt, dass auch in diesem Fall beide Pumpen oberhalb ihres jeweiligen Mindeststromwertes arbeiten und sich der Gesamtförderstrom aus dem Hauptförderstrom und dem Nebenförderstrom zusammensetzt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Grenzstromwert G0 geringfügig größer als die Summe der Mindeststromwerte M01 und M02 gewählt wird.
Vorteilhaft ist auch, wenn der Grenzstromwert G0 so hoch gewählt wird, dass die Hauptförderpumpe und die Nebenförderpumpe überwiegend im Bereich ihrer Nenndrehzahl arbeiten. Dadurch wird ein ökonomischer und energieeffizienter Betrieb des Pumpverfahrens ermöglicht.
Besonders bevorzugt ist, wenn der Gesamtförderstrom und/oder der Gesamtdruck zeitlich veränderlich vorgebbar ist. Insbesondere bei der Verwendung des Pumpverfahrens in einer hydraulischen Arbeitsvorrichtung, beispielsweise einer Spritzgießmaschine, kann somit eine an die erforderlichen Bewegungen der Arbeitsvorrichtung angepasste Versorgung mit Hydraulikfluid erzielt werden. Erfindungsgemäß ist dabei innerhalb der Leistungsgrenzen der Pumpen ein beliebiger Wert für den Gesamtförderstrom und/oder den Gesamtdruck möglich. Dadurch, dass die Haupt- und die Nebenförderpumpe stets einen Förderstrom oberhalb eines Mindeststromwertes bereitstellen, wird der Verschleiß der Bauteile stets klein gehalten und eine energieeffiziente Versorgung mit Hydraulikfluid ermöglicht.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ergibt sich dadurch, dass in dem Fall, in dem die Nebenförderpumpe als Verbraucher wirkt, der elektrische Nebenantrieb als Generator wirkt und die gewonnene Energie dem elektrischen Hauptantrieb wenigstens teilweise zugeführt wird. Durch diese Maßnahme wird der Wirkungsgrad des Pumpverfahrens erheblich erhöht.
Besonders bevorzugt ist dabei, dass der Mindeststromwert M01 beziehungsweise der Mindeststromwert M02 zwischen 5% und 50%, insbesondere zwischen 10% und 25%, des maximalen Förderstroms der Hauptförderpumpe beziehungsweise der Nebenförderpumpe liegt. Für einen konkret ausgewählten Pumpentyp kann andererseits der Mindeststromwert im Bereich des aus den Kenngrößen der jeweiligen Pumpe ersichtlichen zulässigen, unteren Grenzförderstrom gewählt werden.
Zur weiteren Ausgestaltung werden die Drehzahlen des Hauptantriebes und des Nebenantriebes vorteilhafterweise abhängig vom Gesamtförderstrom und vom Gesamtdruck geregelt. Über die Drehzahlen der Antriebe ist eine einfache Regelung des Pumpverfahrens möglich. Andererseits ist denkbar, dass eine Druckmessvorrichtung und/oder eine Messvorrichtung für den Hauptförderstrom und/oder den Nebenförderstrom vorgesehen ist, und die Drehzahlen des Hauptantriebes und des Nebenantriebes abhängig von den jeweiligen Messwerten geregelt werden.
Zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe wird außerdem ein Hydraulikpumpensystem vorgeschlagen. Zur Bereitstellung eines vorgebbaren Gesamtförderstroms von Hydraulikfluid bei vorgebbarem Gesamtdruck umfasst das Hydraulikpumpsystem eine Hauptförderpumpe zur Bereitstellung eines Hauptförderstromes und eine Nebenförderpumpe zur Bereitstellung eines Nebenförderstromes, wobei die Hauptförderpumpe und die Nebenförderpumpe in einem Pumpenkreislauf angeordnet sind. Der Pumpenkreislauf ist dabei mit einem Nutzkreislauf derart druckverbunden, dass sich der Gesamtförderstrom im Nutzkreislauf aus dem Hauptförderstrom und dem Nebenförderstrom zusammensetzt, wobei die Hauptförderpumpe von einem Drehzahl regelbaren elektrischen Hauptantrieb angetrieben wird und der Nebenförderpumpe ein Drehzahl regelbarer elektrischer Nebenantrieb zugeordnet ist. Ferner ist eine Regelvorrichtung zur Regelung des Hauptantriebs und des Nebenantriebs derart vorgesehen, dass der Hauptförderstrom stets größer als ein vorgebbarer Mindeststromwert M01 ist, und die Nebenförderpumpe abhängig vom vorgegebenen Gesamtförderstrom und Gesamtdruck entweder als Verbraucher für den Hauptförderstrom wirkt oder einen Nebenförderstrom größer einem Mindeststromwert M02 bereitstellt.
Im Betrieb arbeitet die Vorrichtung vorzugsweise gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren. Die Anordnung von Haupt- und Nebenförderpumpe in einem Pumpenkreislauf, welcher mit einem Nutzkreislauf druckverbunden ist, ermöglicht die Zusammensetzung des Gesamtförderstroms aus Hauptförderstrom und Nebenförderstrom. Die Regelvorrichtung zur Regelung des Hauptantriebs und des Nebenantriebs kann dabei als zentrale Regeleinheit oder aus mehreren kommunizierenden Umrichtern, insbesondere je einem Umrichter für den Hauptantrieb und den Nebenantrieb ausgebildet sein.
Dabei ergibt sich eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung, wenn der Hauptantrieb und der Nebenantrieb derart mit der Regelvorrichtung verbunden sind, dass in dem Fall, in dem die Nebenförderpumpe als Verbraucher wirkt, der elektrische Nebenantrieb als Generator wirkt und die gewonnene Energie dem elektrischen Hauptantrieb wenigstens teilweise zugeführt wird. Damit kann auf einfache Weise die Energieeffizienz des Pumpensystems verbessert werden.
Vorteilhafterweise sind die Hauptförderpumpe und die Nebenförderpumpe identisch ausgebildet. Dadurch wird die bauliche Anordnung vereinfacht und der technische Aufwand zur Regelung des Pumpensystems verringert, da die Pumpen identische Abmessungen und identische Kenngrößen aufweisen.
Besonders bevorzugt ist dabei, dass die Hauptförderpumpe und die Nebenförderpumpe derart ausgebildet sind, dass der maximale Hauptförderstrom und der maximale Nebenförderstrom jeweils im Bereich von 50% des maximalen Gesamtförderstromes liegt. Die Pumpen müssen also nicht nach dem maximal bereitzustellenden Gesamtförderstrom ausgelegt werden, sondern es können entsprechend kleinere und günstigere Pumpen gewählt werden. Dadurch können die durch das Vorsehen von zwei Pumpen entstehenden Mehrkosten ausgeglichen oder zumindest deutlich reduziert werden.
Vorzugsweise ist die Hauptförderpumpe und/oder die Nebenförderpumpe als Konstant-Förderpumpe ausgebildet. Insbesondere im Vergleich zu Verstellpumpen mit veränderbarem Fördervolumen pro Umdrehung weisen solche Konstant-Förderpumpen eine einfache Bauweise mit wenigen mechanisch bewegten Teilen auf. Folglich kann so ein kostengünstiges Pumpensystem mit geringem Verschleiß der einzelnen Bauteile bereitgestellt werden. Ferner weisen Pumpen mit veränderlichen Förderströmen in der Regel eine erhebliche Geräuschentwicklung auf, welche durch das Vorsehen von Konstant-Förderpumpen ebenfalls deutlich reduziert wird.
Als vorteilhafte Ausgestaltung des Hydraulikpumpensystems ist der Hauptantrieb an die Hauptförderpumpe und/oder der Nebenantrieb an die Nebenförderpumpe über eine Kupplung kuppelbar. Dies ermöglicht es in einfacher Weise, die Pumpen bei Bedarf mit den Antrieben zu verbinden. Insbesondere kann so ein materialschonendes, sanftes Anlaufen der jeweiligen Pumpen ermöglicht werden.
Vorteilhafterweise ist der Hauptantrieb mit der Hauptförderpumpe und/oder der Nebenantrieb mit der Nebenförderpumpe direkt verbunden oder angeflanscht. Baulich ergibt sich dadurch der Vorteil einer platzsparenden Anordnung. Außerdem werden durch die direkte Anordnung Schwingungen reduziert, was zu einer geringeren Geräuschentwicklung und geringerem Verschleiß führt. Darüber hinaus ist keine zusätzliche Überträgerwelle zwischen Antrieb und Pumpe notwendig, so dass durch diese Maßnahme ein weiteres bewegliches Bauteil eingespart werden kann.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich daraus, dass im Pumpenkreislauf eine Druckmessvorrichtung und/oder eine Messvorrichtung für den Durchstrom von Hydraulikfluid vorgesehen ist, und/oder dass am Hauptantrieb und/oder am Nebenantrieb eine Drehzahlmessvorrichtung vorgesehen ist, und dass die Regelvorrichtung den Haupt beziehungsweise Nebenantrieb in Abhängigkeit der Messwerte zur Bereitstellung des vorgegebenen Gesamtförderstromes und Gesamtdruckes regelt. Insbesondere dann, wenn zeitlich veränderliche Gesamtförderströme und Gesamtdrücke bereitgestellt werden sollen, ermöglicht die beschriebene Vorrichtung ein schnelles und präzises Regeln des Hauptbeziehungsweise Nebenantriebs.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hydraulikpumpensystems zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Pumpverfahrens; und
2 bis 4 eine mögliche, erfindungsgemäße Regelung des Hauptförderstroms und des Nebenförderstroms für verschiedene Fälle des Gesamtförderstroms.
Bei dem in 1 dargestellten Hydraulikpumpensystem 1 ist eine Hauptförderpumpe 3 und eine Nebenförderpumpe 5 vorgesehen. Die Hauptförderpumpe 3 und die Nebenförderpumpe 5 sind über Druckleitungen 7, 9 miteinander verbunden. Zusammen mit einem Reservoir 11 für Hydraulikfluid 12 wird so ein Pumpenkreislauf 15 gebildet, in dem die Hauptförderpumpe 3 und die Nebenförderpumpe 5 angeordnet sind.
Über eine Druckleitung 17 ist der Pumpenkreislauf 15 mit einem nicht dargestellten Nutzkreislauf druckverbunden, in welchem ein vorgegebener Gesamtförderstrom Q und ein Gesamtdruck P bereitgestellt werden soll.
Das Hydraulikpumpensystem 1 ist derart ausgelegt, dass ein maximaler Gesamtförderstrom F_max bei einem Nenndruck P_Nenn bereitgestellt werden kann. Die Hauptförderpumpe 3 und die Nebenförderpumpe 5 sind identisch ausgebildete Konstant-Förderpumpen und derart dimensioniert, dass ihr maximaler Förderstrom jeweils geringfügig über 50% von F_max liegt. Es können also kleinere und kostengünstigere Pumpen verwendet werden.
Zum Antrieb der Hauptförderpumpe 3 ist ein elektrischer Hauptantrieb 19, für die Nebenförderpumpe 5 ein elektrischer Nebenantrieb 21 vorgesehen. Die Antriebe sind hierbei als Elektromotoren mit stufenlos regelbarer Drehzahl ausgebildet.
Der Hauptantrieb 19 ist über eine mechanische Kupplung 23 mit der Hauptförderpumpe 3 zur Einleitung eines Drehmoments verbindbar. In entsprechender Weise ist für die Nebenförderpumpe 5 und den Nebenantrieb 21 eine mechanische Kupplung 24 vorgesehen. Die Kupplungen 23, 24 ermöglichen ein schnelles An- und Abkuppeln der Antriebe 19, 21 von den Pumpen 3, 5. Es ist jedoch auch denkbar, die Vorrichtung ohne die Kupplungen 23, 24 mit direkter Verbindung Antriebe 19, 21 mit den Pumpen 3, 5, beispielsweise über Wellen zur Drehmomentübertragung, zu betreiben.
Das Hydraulikpumpensystem 1 umfasst ferner je einen Umrichter 25, 27 für den Hauptantrieb 19 und den Nebenantrieb 21. Über die Umrichter 25 bzw. 27 wir die Energieversorgung des Hauptantriebs 19 bzw. des Nebenantriebs 21 mit elektrischer Energie geregelt. Außerdem dienen die Umrichter 25 bzw. 27 zur Veränderung der Drehzahl des Hauptantriebes 19 bzw. des Nebenantriebes 21.
Die Umrichter 25, 27 sind über Signalleitungen 29, 30 mit einer Steuereinheit 31 verbunden. Die Steuereinheit 31 steuert die Umrichter 25, 27 an und gibt damit den entsprechenden Betriebszustand der Antriebe 19, 21 vor. Steuereinheit 31 und Umrichter 25, 27 verwirklichen insofern gemeinsam eine Regelvorrichtung 33 zur Regelung des Hauptantriebs 19 und des Nebenantriebs 21.
In Verbindung mit der Druckleitung 7 des Pumpenkreislaufs 15 ist eine Druckmessvorrichtung 35 angeordnet. Dem Hauptantrieb 19 und dem Nebenantrieb 21 ist je eine Drehzahlmessvorrichtung 39, 41 zugeordnet. Die Umrichter 25 und 27 werden von der Steuereinheit 31 in Abhängigkeit des bereitzustellenden Gesamtförderstromes F, des Gesamtdrucks P und der Messwerte; der Messvorrichtungen 35, 39 und 41 geregelt.
Der Umrichter 27 des Nebenantriebs 21 ist über eine Leitung 43 mit dem Umrichter 25 des Hauptantriebs 19 verbunden. Diese Leitung 43 kann einerseits als Signalleitung, andererseits als Leitung für elektrische Energie dienen. In dem Betriebszustand, in dem die Nebenförderpumpe 5 als Verbraucher für den Hauptförderstrom der Hauptförderpumpe 3 wirkt, arbeitet der Nebenantrieb 21 als elektrischer Generator und die gewonnene Energie wird zumindest teilweise über die Leitung 43 dem Umrichter 25 und dem Hauptantrieb 19 zugeführt, wodurch der energetische Wirkungsgrad der Vorrichtung verbessert wird.
Anhand der 2 bis 4 wird im Folgenden eine Möglichkeit für den Betrieb des Hydraulikpumpensystems 1 nach dem erfindungsgemäßen Pumpverfahren beschrieben. Die Mindeststromwerte M01 und M02 der beiden identisch ausgebildeten Pumpen 3, 5 werden auf einen gemeinsamen Wert M0 festgelegt, der hier bei 20% des maximalen Förderstromes der jeweiligen Pumpe 3, 5 liegt. Die entspricht einem Wert, bei dem eine übliche Pumpe für Hydrauliköl ordnungsgemäß und beschädigungsfrei bei einem Druck im Bereich ihres Maximaldrucks arbeitet. Ferner wird für das nachfolgend beschriebene Verfahren ein Grenzwert G0 auf den Wert G0 = 2*M0 festgelegt.
Im Pumpenkreislauf 15 liefert die Hauptförderpumpe 3 einen Hauptförderstrom J1, die Nebenförderpumpe einen Nebenförderstrom J2. Bei der in 1 dargestellten Anordnung des Hydraulikpumpensystems 1 wird J1 positiv gezählt, wenn der Hauptförderstrom im Pumpenkreislauf 15 im Uhrzeigersinn fließt. Hingegen wird J2 positiv gezählt, wenn der Nebenförderstrom im Pumpenkreislauf 15 gegen den Uhrzeigersinn fließt. Folglich ist J2 positiv, wenn die Nebenförderpumpe 5 im Leistungsbetrieb arbeitet. Negativ wird J2 hingegen auch dann gezählt, wenn die Nebenförderpumpe 5 als Verbraucher für den Hauptförderstrom J1 wirkt.
Der Pumpenkreislauf 15 ist über die Druckleitung 17 mit einem nicht dargestellten Nutzkreislauf druckverbunden. Also setzt sich der Gesamtförderstrom Q im Nutzkreislauf additiv aus dem Hauptförderstrom J1 und dem Nebenförderstrom J2 zusammen: Q = J1 + J2. Da beide Pumpen 3, 5 identisch ausgebildet sind, können in 1 die Hauptförderpumpe 3 und die Nebenförderpumpe 5 sowie J1 und J2 grundsätzlich ihre Rollen tauschen und sich der Hauptförderstrom Q mit entsprechend umgekehrtem Vorzeichen aus J1 und J2 zusammensetzen.
Zu einem bestimmten Zeitpunkt t1 während des Pumpverfahrens soll ein Gesamtförderstrom Q(t1) bei einem bestimmten Gesamtdruck P bereitgestellt werden. In 2 ist ein möglicher Betriebszustand des Hydraulikpumpensystems 1 dargestellt, wenn der Wert Q(t1) zwischen Null und dem Mindeststromwert M0 liegt, also 0 <= Q(t1) <= M0. Der Hauptantrieb 19 wird von der Regelvorrichtung 33 derart angesteuert, dass der Hauptförderstrom J1 gerade dem 1,1- fachen Mindeststromwert M0 gleicht, also J1 = 1,1·M0. Die Hauptförderpumpe 3 liefert also einen für einen sicheren Betrieb notwendigen Förderstrom, nämlich M0 plus 10% Sicherheitsstrom. Die Nebenförderpumpe 5 arbeitet in diesem Fall als Verbraucher, welcher einen Nebenförderstrom J2 = –(1,1·M0 – Q(t1)) verbraucht. Damit ergibt sich in der Druckleitung 17 der aus J1 und J2 additiv zusammengesetzte gewünschte Gesamtförderstrom Q(t1) = J1 + J2.
Ähnlich der zu 2 erläuterte Art und Weise lässt sich insbesondere ein verschwindender Gesamtförderstrom F = 0 bei hohem Gesamtruck P bereitstellen. Der erreichbare Gesamtdruck P kann hierbei vom Hauptförderstrom abhängen, da die Hauptförderpumpe 3 für jede Drehzahl einen bestimmten Nenndruck aufweist. Um einen veränderten oder erhöhten Gesamtdruck P bereitzustellen ist beispielsweise denkbar, dass die Hauptförderpumpe 3 einen deutlich gegenüber M0 erhöhten Hauptförderstrom liefert, insbesondere im Bereich ihres maximalen Förderstromes, und die Nebenpumpe entsprechend als Verbraucher wirkt.
In 3 ist der Betriebszustand dargestellt, wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt t2 während des Pumpverfahrens ein Gesamt förderstrom Q(t2) bereitgestellt werden soll, der zwischen M0 und dem Grenzwert G0 liegt, also M0 < Q(t2) <= G. Im hier dargestellten Beispiel liefert nun die Hauptförderpumpe 3 den vollen Gesamtförderstrom Q(t2), also J1 = Q(t2). Die Nebenförderpumpe 5 liefert keinen Beitrag. Wiederum setzt sich der gewünschte Gesamtförderstrom additiv aus J1 und J2 zusammen. Alternativ ist denkbar, dass der Hauptförderstrom größer als der Wert Q(t2) eingestellt wird, J1 > Q(t2), und die Nebenförderpumpe 5 entsprechend als Verbraucher mit J2 = –(J1 – Q(t2)) wirkt.
3 behandelt schließlich den Fall, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt t3 während des Pumpverfahrens ein Gesamtförderstrom Q(t3) > G0 bereitgestellt werden soll. In diesem Fall arbeiten beide Pumpen 3, 5 im Leistungsbetrieb und der Gesamtförderstrom Q(t3) wird gleichmäßig auf die Hauptförderpumpe 3 und die Nebenförderpumpe 5 verteilt, also J1 = Q(t3)/2 und J2 = Q(t3)/2. Der Gesamtförderstrom setzt sich additiv aus dem Haupt- und dem Nebenförderstrom zusammen und hat den gewünschten Wert: Q(t3) = J1 + J2.
Somit ist gewährleistet, dass beide Pumpen 3, 5 in jedem Betriebszustand des Hydraulikpumpensystems 1 stets oberhalb des Mindeststromwertes M0 arbeiten, sofern sie sich im Leistungsbetrieb befinden.
Neben der hier dargestellten beispielhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pumpverfahrens können beim Hydraulikpumpensystem 1 zur Realisierung einer bestimmten Kombination aus Gesamtförderstrom und Gesamtdruck die beiden Pumpen 3, 5 grundsätzlich beliebige gleichläufige und/oder gegenläufige Betriebszustände in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Pumpverfahren einnehmen. Das erfindungsgemäße Pumpverfahren ist selbstverständlich nicht auf die hier dargestellten, beispielhaft gewählten Werte und Kombinationen von Haupt- und Nebenförderstrom eingeschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4335328 A1 [0004]

Claims

Pumpverfahren zur Bereitstellung eines vorgebbaren Gesamtförderstromes von Hydraulikfluid (12) bei vorgebbarem Gesamtdruck, wobei sich der Gesamtförderstrom aus einem von einer Hauptförderpumpe (3) bereitgestellten Hauptförderstrom und einem von einer Nebenförderpumpe (5) bereitgestellten Nebenförderstrom zusammensetzt, die Hauptförderpumpe (3) von einem drehzahlregelbaren elektrischen Hauptantrieb (19) angetrieben wird und der Nebenförderpumpe (5) ein drehzahlregelbarer elektrischer Nebenantrieb (21) derart zugeordnet ist, dass der Hauptförderstrom stets größer als ein vorgegebener Mindeststromwert M01 ist, und die Nebenförderpumpe (5) abhängig vom vorgegebenen Gesamtförderstrom und Gesamtdruck entweder als Verbraucher für den Hauptförderstrom wirkt oder einen Nebenförderstrom größer einem Mindestromwert M02 bereitstellt.
Pumpverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grenzstromwert G0 vorgegeben ist, so dass für die Bereitstellung eines G0 übersteigenden Gesamtförderstromes die Nebenförderpumpe (5) einen Nebenförderstrom größer als M02 bereitstellt, für die Bereitstellung eines G0 gleichen oder unterschreitenden Gesamtförderstromes die Nebenförderpumpe (5) als Verbraucher für den Hauptförderstrom wirkt.
Pumpverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtförderstrom und/oder der Gesamtdruck zeitlich veränderlich vorgebbar ist.
Pumpverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, in dem die Nebenförderpumpe (5) als Verbraucher wirkt, der elektrische Nebenantrieb (21) als Generator wirkt und die gewonnene Energie dem elektrischen Hauptantrieb (19) wenigstens teilweise zugeführt wird.
Pumpverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindeststromwert M01 bzw. M02 zwischen 5% und 50%, insbesondere zwischen 10% und 25% des maximalen Förderstromes der Hauptförderpumpe (3) bzw. der Nebenförderpumpe (5) liegt.
Pumpverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen des Hauptantriebes (19) und des Nebenantriebes (21) abhängig vom Gesamtförderstrom und des Gesamtdrucks geregelt werden.
Hydraulikpumpensystem (1) zur Bereitstellung eines vorgebbaren Gesamtförderstromes von Hydraulikfluid (12) bei vorgebbarem Gesamtdruck, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach Ansprüchen 1–6, umfassend eine Hauptförderpumpe (3) zur Bereitstellung eines Hauptförderstromes und eine Nebenförderpumpe (5) zur Bereitstellung eines Nebenförderstromes, welche in einem Pumpenkreislauf (15) angeordnet sind, wobei der Pumpenkreislauf (15) mit einem Nutzkreislauf derart druckverbunden ist, dass sich der Gesamtförderstrom im Nutzkreislauf aus dem Hauptförderstrom und dem Nebenförderstrom zusammensetzt, die Hauptförderpumpe (3) von einem drehzahlregelbaren elektrischen Hauptantrieb (19) angetrieben wird und der Nebenförderpumpe (5) ein drehzahlregelbarer elektrischer Nebenantrieb (21) zugeordnet ist, umfassend ferner eine Regelvorrichtung (33) zur Regelung des Hauptantriebs und des Nebenantriebs (21) derart, dass der Hauptförderstrom stets größer als ein vorgegebener Mindeststromwert M01 ist, und die Nebenförderpumpe (5) abhängig vom vorgegebenen Gesamtförderstrom und Gesamtdruck entweder als Verbraucher für den Hauptförderstrom wirkt oder einen Nebenförderstrom größer einem Mindestromwert M02 bereitstellt.
Hydraulikpumpensystem (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptantrieb (19) und der Nebenantrieb (21) derart mit der Regelvorrichtung (33) verbunden sind, dass in dem Fall, in dem die Nebenförderpumpe (5) als Verbraucher wirkt, der elektrische Nebenantrieb (21) als Generator wirkt und die gewonnene Energie dem elektrischen Hauptantrieb (19) wenigstens teilweise zugeführt wird.
Hydraulikpumpensystem (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptförderpumpe (3) und die Nebenförderpumpe (5) identisch ausgebildet sind.
Hydraulikpumpensystem (1) nach Anspruch 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptförderpumpe (3) und die Nebenförderpumpe (5) derart ausgebildet sind, dass der maximale Hauptförderstrom und der maximale Nebenförderstrom jeweils im Bereich von 50% des maximalen Gesamtförderstromes liegt.
Hydraulikpumpensystem (1) nach Anspruch 7–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptförderpumpe (3) und/oder die Nebenförderpumpe (5) als Konstant-Förderpumpe ausgebildet ist.
Hydraulikpumpensystem (1) nach Anspruch 7–11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptantrieb (19) an die Hauptförderpumpe (3) und/oder der Nebenantrieb (21) an die Nebenförderpumpe (5) über eine Kupplung (23, 24) kuppelbar ist.
Hydraulikpumpensystem (1) nach Anspruch 7–12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptantrieb (19) mit der Hauptförderpumpe (3) und/oder der Nebenantrieb (21) mit der Nebenförderpumpe (5) direkt verbunden oder angeflanscht ist.
Hydraulikpumpensystem (1) nach Anspruch 7–13, dadurch gekennzeichnet, dass im Pumpenkreislauf (15) eine Druckmessvorrichtung (35) vorgesehen ist, und/oder dass am Hauptantrieb (19) und/oder am Nebenantrieb (21) eine Drehzahlmessvorrichtung (39, 41) vorgesehen ist, und dass die Regelvorrichtung (33) den Haupt- bzw. Nebenantrieb (19, 21) in Abhängigkeit der Messwerte zur Bereitstellung des vorgegebenen Gesamtförderstromes und Gesamtdrucks regelt.