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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden eines Hydrospeichers.
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Bei Speicherschaltungen, die eine von einem Elektromotor angetriebene Pumpe zum Befüllen eines Hydrospeichers steuern, dessen Druck konstant über einem vorbestimmten Wert gehalten werden soll, gibt es verschiedene Ansätze.
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Es sind Speicherschaltungen bekannt, bei denen die Pumpe von einem Elektromotor angetrieben wird, der beim Unterschreiten eines minimalen Speicherdrucks eingeschaltet und bei Erreichen eines maximalen Speicherdrucks wieder ausgeschaltet wird. Im eingeschalteten Zustand wird der Elektromotor mit Nenndrehzahl betrieben.
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Nachteilig an derartigen Speicherschaltungen ist das wiederholte oder häufige sprunghafte Hochfahren des Elektromotors, wodurch seine Lebensdauer verringert wird.
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Weiterhin sind Speicherschaltungen bekannt, bei denen bei Erreichen des maximalen Speicherdrucks ein Umlaufventil geöffnet wird, das eine Druckmittelverbindung von der Pumpe zu einer Niederdruckseite (z.B. zu einem Tank) öffnet. Dadurch kann das nicht benötigte Druckmittel abfließen. Dabei bleibt der Elektromotor in Betrieb, wobei er in diesem Zustand in einem nicht optimalen Wirkungsgradbereich betreiben wird.
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Die
DE 199 58 256 A1 offenbart ein Verfahren zur Ansteuerung eines Hydrospeichers, wobei eine Konstantpumpe von einem in seiner Drehzahl veränderlichen Elektromotor angetrieben wird.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren mit einer Speicherschaltung zu schaffen, deren Wirkungsgrad optimiert ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Laden eines Hydrospeichers gemäß Patentanspruch 1 und 3.
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Bei der von dem erfindungsgemäßen Verfahren betroffenen Speicherschaltung für einen mit einer Pumpe fluidisch verbunden Hydrospeicher ist bei Erreichen zumindest eines vorbestimmten Ladedrucks des Hydrospeichers ein die Pumpe antreibender Elektromotor schaltbar und eine Drehzahl des Elektromotors steuerbar. Dadurch können beim Einschalten des Elektromotors und der Pumpe die Drehzahl hochgefahren und Stromspitzen vermieden werden. Somit ist der Wirkungsgrad der Speicherschaltung bzw. ihres Elektromotors verbessert und seine Lebensdauer verlängert.
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Bei der Speicherschaltung ist der Elektromotor ein Wechselstrommotor, dem ein Frequenzumrichter vorgeschaltet ist, über den die Drehzahl des Wechselstrommotors steuerbar ist. Dabei ist die Pumpe mit dem Hydrospeicher über eine Ladeleitung fluidisch verbunden, von der eine Hochdruckleitung zu einem Verbraucher abzweigt. Damit ist eine effektive Drehzahlregelung über einen weiten Drehzahlbereich des Elektromotors bzw. der Pumpe und eine Versorgung des Verbrauchers über den Hydrospeicher möglich.
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Bei einem Beispiel ist an der Ladeleitung ein Druckschalter angeordnet, von dem in Abhängigkeit des Ladedrucks des Hydrospeichers ein Einschaltsignal und ein Ausschaltsignal zum Frequenzumrichter übermittelt werden. Damit ist eine kostengünstige Zweipunktregelung bzw. -steuerung geschaffen, die bei Absinken des Ladedrucks unter einen Minimalwert oder bei Überschreiten eines Maximalwertes anspricht.
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Dabei kann der Druckschalter eine Feder haben, über deren Vorspannung ein Schaltdruck des Druckschalters einstellbar ist. Damit ist die Flexibilität der Speicherschaltung erhöht.
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Bei einem anderen Beispiel ist an der Ladeleitung ein Drucksensor angeordnet, von dem ein vom Ladedruck des Hydrospeichers abhängiger Ist-Wert an einen PI(D)-Regler übermittelt wird. Dadurch kann der Ladedruck kontinuierlich überwacht und als Regelgröße genutzt werden.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung beider Beispiele der von dem erfindungsgemäßen Verfahren betroffenen Speicherschaltung ist in der Ladeleitung zwischen einer Abzweigung der Hochdruckleitung und dem Hydrospeicher eine Drosselrückschlagventilanordnung vorgesehen, die eine einstellbare Drossel und ein in einer Bypassleitung zur Drossel angeordnetes Rückschlagventil hat. Das Rückschlagventil schließt in Richtung von der Pumpe und/oder von einem Verbraucher zum Hydrospeicher, so dass beim Laden des Hydrospeichers das Druckmittel über die einstellbare Drossel strömt. Dadurch ist eine Linearisierung der Speicherfunktion im Ladebetrieb gegeben.
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Es wird bevorzugt, wenn in der Ladeleitung zwischen der Pumpe und dem Abzweig der Hochdruckleitung ein Rückschlagventil angeordnet ist, dessen Ventilkörper von einer Feder belastet ist, und das in Richtung vom Hydrospeicher und/oder vom Verbraucher zur Pumpe schließt.
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Zwischen der Pumpe und dem Elektromotor kann eine Welle mit einer Kupplung vorgesehen sein.
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Der Elektromotor kann durch einen Eigenlüfter oder durch einen Fremdlüfter gekühlt werden, wobei die Fremdlüftung bei einem hoch bzw. oft belasteten Elektromotor bevorzugt wird.
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Eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Laden eines Hydrospeichers einer Speicherschaltung mit einem Druckschalter hat die Schritte:
- - Absinken des Ladedrucks des Hydrospeichers;
- - Ansprechen des Druckschalters und Übermitteln des Einschaltsignals vom Druckschalter zum Frequenzumrichter;
- - Starten des Wechselstrommotors über den Frequenzumrichter;
- - Erhöhen des Ladedrucks des Hydrospeichers durch die Pumpe;
- - Ansprechen des Druckschalters und Übermitteln des Ausschaltsignals vom Druckschalter zum Frequenzumrichter;
- - Anhalten des Wechselstrommotors über den Frequenzumrichter.
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Dabei wird es bevorzugt, wenn nach dem Starten des Wechselstrommotors eine kontinuierliche Drehzahlerhöhung des Wechselstrommotors über eine Rampenfunktion des Frequenzumrichters erfolgt.
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Eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Laden eines Hydrospeichers einer Speicherschaltung mit einem Drucksensor hat folgende Schritte, die im Sinne einer kontinuierlichen Drehzahlregelung ständig wiederholt werden:
- - Messen des Ladedrucks des Hydrospeichers durch den Drucksensor und Übermitteln des Ist-Wertes an den PI-Regler;
- - Ermitteln der Differenz zwischen dem Ist-Wert und einem vorbestimmten Soll-Wert durch den PI-Regler;
- - Einstellen der Drehzahl des Wechselstrommotors über den Frequenzumrichter in Abhängigkeit der ermittelten Differenz.
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Damit kann der Wechselstrommotor bedarfsorientiert (z.B. im Dauerbetrieb) geregelt werden.
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Eine schnelle Wiederaufladung ist gegeben, wenn bei einer hohen Differenz eine hohe Drehzahl eingestellt wird.
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Eine besonders bevorzugte Weiterbildung hat dabei den vorangestellten Schritt:
- - Starten des Wechselstrommotors bei Überschreiten einer maximalen Differenz; und den nachgestellten Schritt:
- - Anhalten des Wechselstrommotors bei Unterschreiten einer minimalen Differenz oder einer minimalen Drehzahl.
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Damit kann der Wechselstrommotor zwischendurch Energie sparend ausgeschaltet werden (Aussetzbetrieb).
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Beide Varianten des Verfahrens werden zyklisch wiederholt, wobei eine Wiederholfrequenz der Schritte von einem Druckmittelbedarf des Verbrauchers anhängt.
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Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiede Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer von dem erfindungsgemäßen Verfahren betroffenen Speicherschaltung in einem Schaltplan; und
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer von dem erfindungsgemäßen Verfahren betroffenen Speicherschaltung in einem Schaltplan.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer von dem erfindungsgemäßen Verfahren betroffenen Speicherschaltung zum Laden eines Hydrospeichers 1. Er ist über eine Ladeleitung 2a, 2b, 2c, 2d mit einer Pumpe 4 verbunden. Die Pumpe 4 dient zum Aufladen des Hydrospeichers 1, so dass dieser ständig unter einem gewissen Druck steht.
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Von der Ladeleitung 2c, 2d zweigt eine Hochdruckleitung 6 ab, die den Hydrospeicher 1 mit einem Hochdruckanschluss P eines hydraulischen Verbrauchers 8 verbindet. Der Verbraucher 8 hat weiterhin einen Niederdruckanschluss T, der über eine Tankleitung 10 mit einem Tank 12 verbunden ist.
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Die Pumpe 4 wird über eine Welle 14 von einem Wechselstrom-Elektromotor 16 angetrieben. In der Welle 14 ist eine Kupplung 18 vorgesehen, so dass die Pumpe 4 vom Wechselstrommotor 16 entkoppelt werden kann.
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Ein Niederdruckanschluss der Pumpe 4 ist über eine Saugleitung 20 mit dem Tank 12 verbunden, so dass der Verbraucher 8 in einem offenen hydraulischen Kreislauf von der Pumpe 4 bzw. vom Hydrospeicher 1 versorgt wird.
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In einem Abschnitt der Ladeleitung 2a, 2b stromabwärts der Pumpe 4 und stromaufwärts der Abzweigung der Hochdruckleitung 6 ist ein Rückschlagventil 23 angeordnet, das in Richtung von der Pumpe 4 zum Hydrospeicher 1 bzw. zum Verbraucher 8 öffnet. Sein Ventilkörper ist durch eine Feder 23a in Schließrichtung belastet.
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An die Ladeleitung 2b, 2c ist über eine zwischen dem Rückschlagventil 23 und der Abzweigung der Hochdruckleitung 6 abzweigende Steuerdruckleitung 22 ein Druckschalter 24 angeschlossen, der über eine elektrische Signalleitung 26 mit einem Frequenzumrichter 28 verbunden ist. Der Druckschalter 24 hat eine einstellbare Feder 30, deren Kraft dem Druck der Steuerdruckleitung 22 entgegen wirkt. Über eine Einstellung der Feder 30 ist somit ein Ansprechdruck des Druckschalters 24 einstellbar, wobei der Ansprechdruck über die Steuerdruckleitung 22 aus dem Hydrospeicher 1 übertragen wird.
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Über die elektrische Signalleitung 26 wird bei Erreichen eines vorbestimmten Minimaldrucks im Hydrospeicher 1 ein Einschaltsignal und bei Erreichen eines vorbestimmten Maximaldrucks des Hydrospeichers 1 ein Ausschaltsignal an den Frequenzumrichter 28 übertragen. Dieser besteht im Wesentlichen aus einem Gleichrichter, der einen Gleichstrom- bzw. Gleichspannungs-Zwischenkreis mit einem Kondensator speist, und aus einem Wechselrichter, der aus diesem Zwischenkreis gespeist wird. Die von Wechselrichter erzeugte Wechselspannung mit wählbarer Frequenz und Amplitude versorgt den einstellbaren Wechselstrommotor 16 über eine elektrische Leitung 32.
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Wenn im Betrieb der erfindungsgemäßen Speicherschaltung gemäß 1 der Druck im Hydrospeicher 1 unter den Minimalwert absinkt (insbesondere durch Druckmittelentnahme des Verbrauchers 8 oder auch durch Leckage), spricht der Druckschalter 24 an und übermittelt über die elektrische Signalleitung 26 das Einschaltsignal an den Frequenzumrichter 28. Dieser versorgt daraufhin den Wechselstrommotor 16 über die elektrische Leitung 32 mit einem etwa rampenförmig ansteigenden Versorgungsstrom. Damit wird die gemäß dem Stand der Technik übliche Stromspitze beim Einschalten des Wechselstrommotors 16 vermieden. Die Pumpe 4 lädt den Hydrospeicher 1 so lange, bis der vorbestimmte Maximaldruck erreicht ist und über die Steuerdruckleitung 22 an den Druckschalter 24 gemeldet wird. Dieser spricht an und sendet über die Signalleitung 26 ein Ausschaltsignal an den Frequenzumrichter 28. Dadurch wird der Wechselstrommotor 16 und die Pumpe 4 angehalten.
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Dieser beschriebene Ladevorgang des Hydrospeichers 1 wird je nach Druckmittelbedarf des Verbrauchers 8 mehrfach wiederholt, wobei mit zunehmender Differenz zwischen dem eingestellten Minimal- und dem eingestellten Maximaldruck die Ansprechhäufigkeit verringert wird, und die Ladedauer des Wechselstrommotors 16 und der Pumpe 4 verlängert wird.
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Durch das gegenüber dem Einschaltimpuls (aus dem Stand der Technik) rampenförmige Hochfahren des Wechselstrommotors 16 wird jeweils Energie bzw. Strom eingespart und dabei die Lebensdauer des Motors und der vorgeschalteten elektrischen Peripherie (Schütze) erhöht.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer von dem erfindungsgemäßen Verfahren betroffenen Speicherschaltung, wobei im Folgenden nur die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 erläutert werden.
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Statt des Druckschalters 24 ist ein Drucksensor 124 vorgesehen, der kontinuierlich über die Steuerdruckleitung 22 den Druck im Hydrospeicher 1 erfasst und über eine elektrische Signalleitung 126 einen entsprechenden Ist-Wert zum Frequenzumrichter 128 meldet. Dieser vergleicht den Ist-Wert mit einem vorbestimmten und veränderbaren Soll-Wert 134, der in 2 mit einem Pfeil 134 symbolisiert ist.
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Durch eine PI-Regelung wird kontinuierlich ein Soll-Ist-Abgleich vorgenommen und der Frequenzumrichter 128 versorgt den Wechselstrommotor 116 mit einem dementsprechenden Versorgungsstrom über die elektrische Leitung 132. Durch diese Regelung wird der Hydrospeicher 1 kontinuierlich in Abhängigkeit seines Druckmitteldefizits von der Pumpe 4 geladen.
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Bei Unterschreiten einer vorbestimmten minimalen Differenz zwischen dem Soll- und dem Ist-Wert oder bei Erreichen einer Minimaldrehzahl der Pumpe 4 und des Wechselstrommotors 116 wird der Wechselstrommotor 116 abgeschaltet. Somit kann die Speicherschaltung gemäß 2 im Dauer- und im Aussetz-Betrieb betrieben werden.
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Je geringer die Volumenstromabnahme des Verbrauchers 8 und je geringer die Leckage des Systems ist, desto seltener schaltet der Frequenzumrichter 128 den Wechselstrommotor 116 ein. Somit wird nur dann elektrische Energie aus dem Netz entnommen, wenn diese wirklich benötigt wird, und die Geräuschemissionen des Wechselstrommotors 116 und der Pumpe 4 werden verringert.
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Der Wechselstrommotor 116 des zweiten Ausführungsbeispiels wird von einem Lüfter 136 gekühlt, der von einem externen Lüftermotor 138 angetrieben wird.
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Weiterhin ist abweichend von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 in der Ladeleitung 102d zwischen der Abzeigung der Hochdruckleitung 6 und dem Hydrospeicher 1 eine einstellbare Drossel 140 angeordnet, über die im Ladebetrieb der Speicherschaltung der Volumenstrom zum Hydrospeicher 1 vergleichmäßigt werden kann. Zur widerstandsarmen Entladung des Hydrospeichers 1 ist parallel zur Drossel 140 eine Bypassleitung mit einem Rückschlagventil 142 vorgesehen, das vom Hydrospeicher 1 zum Verbraucher 8 öffnet.
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Offenbart ist eine Speicherschaltung für einen mit einer Pumpe fluidisch verbunden Hydrospeicher, wobei bei Erreichen zumindest eines vorbestimmten Ladedrucks des Hydrospeichers ein die Pumpe antreibender Elektromotor schaltbar ist. Dabei ist eine Drehzahl des Elektromotors steuerbar.
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Der Elektromotor ist ein Wechselstrommotor, und die Drehzahlsteuerung erfolgt über einen Frequenzumrichter.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydrospeicher
- 2a, 2b, 2c, 2d; 102d
- Ladeleitung
- 4
- Pumpe
- 6
- Hochdruckleitung
- 8
- Verbraucher
- 10
- Tankleitung
- 12
- Tank
- 14
- Welle
- 16; 116
- Wechselstrommotor
- 18
- Kupplung
- 20
- Saugleitung
- 22
- Steuerdruckleitung
- 23
- Rückschlagventil
- 23a
- Feder
- 24
- Druckschalter
- 26; 126
- elektrische Signalleitung
- 28; 128
- Frequenzumrichter
- 30
- Feder
- 32; 132
- elektrische Leitung
- 124
- Drucksensor
- 134
- Soll-Wert
- 136
- Lüfter
- 138
- Lüftermotor
- 140
- einstellbare Drossel
- 142
- Rückschlagventil
- P
- Hochdruckanschluss
- T
- Niederdruckanschluss
