DE102010027183A1 - hydraulic unit - Google Patents
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-
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-
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Abstract
Offenbart ist ein Hydroaggregat mit einem regelbaren Elektromotor und mit einer daran koppelbaren hydrostatischen Verstellpumpe, deren Schwenkwinkel über eine hydromechanische Verstelleinrichtung einstellbar ist. Dabei sind der Schwenkwinkel über einen Schwenkwinkelsensor und ein Arbeitsdruck der Verstellpumpe über einen Drucksensor erfassbar. Eine Drehzahl des Elektromotors ist in Abhängigkeit des Schwenkwinkelsensors und des Drucksensors regelbar.What is disclosed is a hydraulic unit with a controllable electric motor and with a hydrostatic variable displacement pump that can be coupled to it, the pivoting angle of which can be adjusted via a hydromechanical adjusting device. The swivel angle can be detected via a swivel angle sensor and a working pressure of the variable pump via a pressure sensor. A speed of the electric motor can be regulated as a function of the swivel angle sensor and the pressure sensor.
Description
Die Erfindung betrifft ein Hydroaggregat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb eines Hydroaggregats.The invention relates to a hydraulic unit according to the preamble of patent claim 1 and a method for operating a hydraulic unit.
Bei derartigen Hydroaggregaten mit einer Hydropumpe, die von einem Elektromotor angetrieben wird, sind Anordnungen mit Konstantpumpen bekannt. Bei einem Betrieb mit vergleichsweise geringem Volumenstrom und vergleichsweise hohem Druck wird trotz geringer Leistung des Hydroaggregats der Elektromotor bei geringen Drehzahlen mit hohem Drehmoment belastet. Dabei ist in derartigen Teillastbetrieben durch die ohmschen Verluste am Elektromotor ein schlechter Wirkungsgrad des Hydroaggregats gegeben. Weiterhin ist nachteilig, dass die Kühlung durch einen an die Drehzahl des Elektromotors gekoppelten Motorlüfter dabei zu gering werden kann.In such hydraulic units with a hydraulic pump, which is driven by an electric motor, arrangements are known with constant displacement pumps. In operation with a comparatively low volume flow and comparatively high pressure, the electric motor is loaded at low rotational speeds with high torque despite low power of the hydraulic unit. It is given in such part-load operations by the ohmic losses on the electric motor, a poor efficiency of the hydraulic unit. Another disadvantage is that the cooling can be too low by a motor fan coupled to the rotational speed of the electric motor.
Die Druckschrift
In einem Druckhaltebetrieb, bei dem von dem Hydroaggregat bzw. der Verstellpumpe ein gewisser Druck ohne nennenswerte Volumenströme gehalten werden muss, schwenkt die Verstellpumpe zurück. Dabei wird das Drehmoment des Hydroaggregats bzw. des Elektromotors abgesenkt, was zu einer Energieeinsparung führt.In a pressure-holding operation in which a certain pressure without appreciable volume flows has to be maintained by the hydraulic unit or the variable-displacement pump, the variable-displacement pump pivots back. In this case, the torque of the hydraulic unit or the electric motor is lowered, resulting in energy savings.
Nachteilig an derartigen Hydroaggregaten ist, dass der Elektromotor im Teillastbetrieb mit kaum veränderter Drehzahl betrieben wird und dabei noch eine nennenswerte Verlustleistung aufweist.A disadvantage of such hydraulic units that the electric motor is operated in part-load operation with barely changed speed while still has a significant power loss.
Dem entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Hydroaggregat zu schaffen, dessen Wirkungsgrad bei Teillastbetrieb weiter verbessert ist.Accordingly, the invention is based on the object to provide a hydraulic unit whose efficiency is further improved during partial load operation.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Hydroaggregat mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zu dessen Betrieb gemäß Patentanspruch 7.This object is achieved by a hydraulic unit having the features of patent claim 1 and by a method for its operation according to
Das erfindungsgemäße Hydroaggregat hat einen regelbaren Elektromotor und eine daran koppelbare hydrostatische Verstellpumpe, deren Schwenkwinkel über eine hydromechanische Verstelleinrichtung einstellbar ist. Dabei sind der Schwenkwinkel über einen Schwenkwinkelsensor und ein Arbeitsdruck der Verstellpumpe über einen Drucksensor erfassbar. Eine Drehzahl des Elektromotors ist in Abhängigkeit des Schwenkwinkelsensors und des Drucksensors regelbar. Damit kann im Teillastbetrieb die Verlustleistung des Hydroaggregats minimiert werden. Zudem ist die Lösung für die Nachrüstung bestehender Anlagen vorteilhaft, da Schnittstellen zur Anlagensteuerung, zur Energieversorgung und zur Hydraulik unverändert genutzt werden können.The hydraulic unit according to the invention has a controllable electric motor and a hydrostatic variable displacement pump which can be coupled thereto and whose pivoting angle can be set by means of a hydromechanical adjusting device. In this case, the swivel angle can be detected via a swivel angle sensor and a working pressure of the variable displacement pump via a pressure sensor. A rotational speed of the electric motor is controllable in dependence on the swivel angle sensor and the pressure sensor. Thus, the power loss of the hydraulic unit can be minimized in partial load operation. In addition, the solution for retrofitting existing systems is advantageous because interfaces for plant control, energy supply and hydraulics can be used unchanged.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.Further advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.
Es wird besonders bevorzugt, wenn die Drehzahl des Elektromotors über einen Frequenzumrichter regelbar ist. Dadurch kann die Pumpe bei routinemäßigen Unterbrechungen (Reparatur, Werkzeugwechsel, Pause) problemlos abgeschaltet werden, was zu weiterer Energieeinsparung führt.It is particularly preferred if the rotational speed of the electric motor is controllable via a frequency converter. As a result, the pump can be easily switched off in the event of routine interruptions (repair, tool change, break), which leads to further energy savings.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist eine dem Frequenzumrichter übergeordnete speicherprogrammierbare Steuerung vorgesehen, die mit dem Schwenkwinkelsensor und mit dem Drucksensor verbunden ist. Diese kann den Frequenzumrichter steuern.In a preferred development, a frequency-controlled superordinate programmable logic controller is provided which is connected to the swivel angle sensor and to the pressure sensor. This can control the frequency converter.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die hydromechanische Verstelleinrichtung ein Druckregler oder ein kombinierter Druck-Förderstromregler.In a preferred embodiment, the hydromechanical adjusting device is a pressure regulator or a combined pressure-flow regulator.
Vorzugsweise ist der Elektromotor ein Asynchronmotor, insbesondere ein kostengünstiger Norm-Asynchronmotor.Preferably, the electric motor is an asynchronous motor, in particular a cost-effective standard asynchronous motor.
Bei bevorzugten Anwendungsfällen ist das erfindungsgemäße Hydroaggregat in einer Werkzeugmaschine – insbesondere in deren Spannvorrichtung – oder in einer Presse oder in einer Kunststoffmaschine – insbesondere Kunststoffspritzgießmaschine – oder in einer Ladevorrichtung für einen Hydrospeicher angeordnet. Bei diesen Anwendungsfällen ist häufig eine Schleichfahrt oder sogar ein Stillstand mitgehaltenem Arbeitsdruck nötig, so dass die erfindungsgemäßen Energieeinsparungspotenziale entsprechend häufig genutzt werden.In preferred applications, the hydraulic unit according to the invention in a machine tool - in particular in the clamping device - or in a press or in a plastic machine - in particular plastic injection molding machine - or arranged in a loading device for a hydraulic accumulator. In these applications, a crawl or even a standstill mithaltenem working pressure is often necessary, so that the energy saving potentials according to the invention are used frequently.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Hydroaggregats gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche hat die Schritte:
- – Erkennen eines Druckhaltebetriebes; und
- – Verringerung der Drehzahl des Elektromotors.
- - detecting a pressure holding operation; and
- - Reduction of the speed of the electric motor.
Damit kann im Druckhaltebetrieb die Verlustleistung des Hydroaggregats minimiert werden.Thus, the power loss of the hydraulic unit can be minimized in the pressure hold operation.
Vorrichtungstechnisch einfach erfolgt das Erkennen des Druckhaltebetriebes über den Drucksensor und den Schwenkwinkelsensor.Detecting the pressure holding operation via the pressure sensor and the swivel angle sensor is simple in terms of apparatus technology.
Es wird bevorzugt, wenn das Erkennen des Druckhaltebetriebes durch Erreichen eines vorbestimmten Arbeitsdrucks und durch Unterschreiten eines vorbestimmten Schwenkwinkels erfolgt. It is preferred if the recognition of the pressure holding operation by reaching a predetermined working pressure and by falling below a predetermined pivot angle.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vor dem Erkennen des Druckhaltebetriebes ein Einstellen des Schwenkwinkels auf etwa Null. Bei Nullhubbetrieb ist eine qualitative und quantitative Aussage über Verschleiß und Leckage im Hydroaggregat möglich.In a preferred development of the method according to the invention, before the pressure-maintaining operation is detected, the pivoting angle is set to approximately zero. In zero-stroke operation, a qualitative and quantitative statement about wear and leakage in the hydraulic unit is possible.
Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiede Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen: In the following, various embodiments of the invention will be described in detail with reference to FIGS. Show it:
Ein Schwenkwinkel der Verstellpumpe
Der Frequenzumrichter
An der Verstellpumpe
An der Arbeitsleitung
Im Folgenden wird die Funktion des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hydroaggregats gemäß
In Abhängigkeit einer Last des (nicht gezeigten) Verbrauchers und einer Einstellung der Zumessblende
An einem gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel vereinfachten Frequenzumrichter
Erfindungsgemäß ist insbesondere folgender Fall von Interesse: Wenn der hydraulische Verbraucher (zum Beispiel in einer Presse) nicht weiter bewegt werden soll bzw. kann und trotzdem der in der Arbeitsleitung
Dieser Druckhalte- bzw. Nullhubbetrieb wird erfindungsgemäß über die Sensoren
Durch diese Leistungsverringerung des Asynchronmotors
Bei beiden gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Verstellpumpe eine Axialkolbenpumpe oder eine Radialkolbenpumpe sein.In both embodiments shown, the variable displacement pump may be an axial piston pump or a radial piston pump.
Bei Strangpressen z. B. gibt es eine Schließfunktion für ein Presswerkzeug, die für den gesamten Pressvorgang aufrecht erhalten werden muss. Dieser dauert ca. 50–80% des gesamten Zyklus und verlangt dabei eine geringe Fördermenge bei gleichzeitig hohem Druck. Dabei kommen gemäß dem Stand der Technik Steuerölsysteme mit Speicherladepumpen und Speichersystemen zu Einsatz. Derartige Speicherladepumpen werden oft für einen maximalen Arbeitszyklus ausgelegt. Somit sind die Speicherladepumpen für langsamere Arbeitszyklen (z. B. bei Produktionswechsel) überdimensioniert. Diese Speicherladepumpen arbeiten daher relativ häufig und im Druckhalte- bzw. Nullhubbetrieb. Der Einsatz eines erfindungsgemäßen Hydroaggregates rechnet sich bei diesem Anwendungsbeispiel nach 1 bis 2 Jahren.For extrusion z. B. there is a closing function for a pressing tool that must be maintained for the entire pressing process. This takes about 50-80% of the entire cycle and requires a low flow rate at the same time high pressure. In this case, according to the prior art, control oil systems with storage charge pumps and storage systems are used. Such accumulator charge pumps are often designed for a maximum duty cycle. Thus, the storage loading pumps are oversized for slower working cycles (eg during production changes). These accumulator charging pumps therefore operate relatively frequently and in pressure maintenance or zero-stroke operation. The use of a hydraulic unit according to the invention pays off in this application example after 1 to 2 years.
Offenbart ist ein Hydroaggregat mit einem regelbaren Elektromotor und mit einer daran koppelbaren hydrostatischen Verstellpumpe, deren Schwenkwinkel über eine hydromechanische Verstelleinrichtung einstellbar ist. Dabei sind der Schwenkwinkel über einen Schwenkwinkelsensor und ein Arbeitsdruck der Verstellpumpe über einen Drucksensor erfassbar. Eine Drehzahl des Elektromotors ist in Abhängigkeit des Schwenkwinkelsensors und des Drucksensors regelbar.Disclosed is a hydraulic unit with a controllable electric motor and with a hydrostatic variable displacement pump which can be coupled thereto, the pivoting angle of which can be adjusted via a hydromechanical adjusting device. In this case, the swivel angle can be detected via a swivel angle sensor and a working pressure of the variable displacement pump via a pressure sensor. A rotational speed of the electric motor is controllable in dependence on the swivel angle sensor and the pressure sensor.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Verstellpumpevariable
- 22
- Druckreglerpressure regulator
- 33
- Asynchronmotorasynchronous
- 44
- SchwenkwinkelsensorSwing angle sensor
- 55
- Drucksensorpressure sensor
- 6; 1066; 106
- Frequenzumrichterfrequency converter
- 77
- Arbeitsleitungworking line
- 88th
- Zumessblendemetering orifice
- 1010
- Steuerleitungcontrol line
- 1212
- Signalleitungsignal line
- 1414
- elektrische Leitungenelectric lines
- 1616
- Wellewave
- 1818
- Kupplungclutch
- 2020
- Signalleitungsignal line
- 2222
- Tankleitungtank line
- 2424
- DruckbegrenzungsventilPressure relief valve
- 126126
- Signalleitungsignal line
- 128128
- speicherprogrammierbare Steuerungprogrammable logic controller
- TT
- Tanktank
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |