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Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Einheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Eine derartige elektrohydraulische Einheit weist einen Elektromotor auf, über den eine Hydropumpe angetrieben wird, und hat die Aufgabe einen hydraulischen Verbraucher mit Druckmittel zu versorgen. Dies muss in der Regel gegen eine veränderliche bzw. von Störgrößen beeinflusste Last erfolgen. Die Hydropumpe ist dabei mit einer Welle des Elektromotors gekoppelt.
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Der von der Hydropumpe geförderte Druckmittelstrom kann in Abhängigkeit der Bauart der Hydropumpe über ihre Dreh- oder ihre Hubzahl bzw. Hubfrequenz eingestellt werden. Für eine rotativ arbeitende Hydropumpe, beispielsweise eine Axialkolbenpumpe, ist dies die Drehzahl der Triebwelle. Für eine translatorisch arbeitende Hydropumpe, beispielsweise ein translatorisch und zyklisch arbeitender Hydrozylinder, ist es die Hubzahl seines Kolbens. Die Drehzahl bzw. die Hubzahl resultieren aus der Drehzahl des Elektromotors. Die elektrohydraulische Einheit wird häufig auch als drehzahlvariable Pumpeneinheit (dvP) bezeichnet. Besonders einfach gestaltete elektrohydraulische Einheiten weisen eine Konstantpumpe auf, so dass der Druckmittelstrom im Wesentlichen über die Drehzahl der Hydropumpe bzw. des Elektromotors eingestellt wird.
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Um den von der Drehzahl der Hydropumpe abhängigen Druckmittelstrom auch bei veränderlicher Last oder beim Auftreten von Störgrößen über den Elektromotor bedarfsgerecht einzustellen, weisen herkömmliche elektrohydraulische Einheiten eine Bestimmungseinheit zur Bestimmung der Drehzahl des Elektromotors sowie eine Regeleinheit zur Regelung von dessen Drehzahl in einer closed-loop Anordnung auf. Aus der bestimmten Drehzahl des Elektromotors wird auf die Drehzahl der Hydropumpe geschlossen, deren Bestimmung auf diese Weise indirekt erfolgt.
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Bei herkömmlichen elektrohydraulischen Einheiten ist die Bestimmungseinheit am oder im Elektromotor angeordnet.
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Nachteilig daran ist, dass die Bestimmungseinheit mit hohem vorrichtungsinsbesondere abschirmungstechnischem Aufwand am oder im Elektromotor angeordnet ist.
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Grundsätzlich ist es bekannt, eine Drehzahl einer Hydropumpe zu erfassen. Einen herkömmlichen Aufbau zeigt die
DE 10 2008 063 927 A1 der Anmelderin. In dieser Schrift ist eine Hydropumpe gezeigt, die von einem Elektromotor angetrieben werden kann. Zur Erfassung der Ist-Drehzahl der Hydropumpe dient ein Drehzahlsensor, der an der Antriebswelle der Hydropumpe angeordnet ist. Die Erfassung der Drehzahl dient zur Ermittlung von Lastkollektiven in einem hydrostatischen Fahrantrieb.
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Auch in der
DE 10 2008 063 924 der Anmelderin ist ein hydrostatischer Fahrantrieb gezeigt, bei dem eine Drehzahl einer Hydropumpe mit einem Drehzahlsensor an der Antriebswelle gemessen werden kann.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine kostengünstigere Bestimmung einer den Druckmittelstrom beeinflussenden Drehzahl bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrohydraulische Einheit mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 oder 11.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 10 beschrieben.
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Eine elektrohydraulische Einheit, insbesondere zur Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers mit einem Druckmittel oder einem Druckmittelstrom, hat einen Elektromotor, über den eine Hydropumpe angetrieben ist. Weiterhin weist die elektrohydraulische Einheit eine Bestimmungseinheit auf, über die ein Istwert einer Drehzahl oder einer Hubzahl der Hydropumpe bestimmbar ist. Über eine Regeleinheit der elektrohydraulischen Einheit ist der Elektromotor in Abhängigkeit des Istwertes regelbar. Erfindungsgemäß ist die Bestimmungseinheit der Hydropumpe zugeordnet, so dass die Drehzahl direkt an der Hydropumpe anstatt auf herkömmliche Art am Elektromotor bestimmbar ist.
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Gegenüber einer herkömmlichen Zuordnung der Bestimmungseinheit zum Elektromotor hat die erfindungsgemäße Zuordnung zur Hydropumpe den Vorteil, dass die Bestimmungseinheit vergleichsweise weit entfernt von einem elektrischen oder magnetischen Feld des Elektromotors angeordnet ist und somit eine Abschirmung der Bestimmungseinheit gegen die störenden Felder weniger aufwändig oder sogar hinfällig ist. Der Elektromotor ist in der Folge einfacher, d.h. ohne Bestimmungseinheit ausbildbar, so dass ein günstiger Standardelektromotor eingesetzt werden kann. Ebenso kann eine Standard-Regeleinheit eingesetzt werden. Erfindungsgemäße elektrohydraulische Einheiten sind daher vergleichsweise günstig.
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Die erfindungsgemäße elektrohydraulische Einheit ist somit als drehzahlvariable Pumpeneinheit (dvP) ausgebildet, bei der eine Regelung des Druckmittelstromes im Wesentlichen über die Regelung des Elektromotors erfolgt. Die erfindungsgemäße Zuordnung der Bestimmungseinheit zur Hydropumpe bewirkt, dass eine Aufregelzeit der Hydropumpe bis zur Behebung einer Regelabweichung des Druckmittelstromes verkürzt ist, so dass der Druckmittelvolumenstrom der Hydropumpe hochdynamisch regelbar ist.
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Die Drehzahl bzw. Hubzahl ist für rotativ arbeitende Hydropumpen in „Umdrehungen pro Zeiteinheit“, für translatorisch arbeitende Hydropumpen in „Hüben pro Zeiteinheit“ bestimmbar. Eine Regelung des Elektromotors erfolgt über eine closed-loop, wobei die Regeleinheit den Istwert der Dreh- bzw. Hubzahl mit einem Sollwert abgleicht.
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Ergänzend kann das Regelgerät zusätzlich zum Istwert der Dreh- oder Hubzahl weitere Istwerte anderer Prozessgrößen der elektrohydraulischen Einheit oder des versorgten hydraulischen Verbrauchers - wie beispielsweise eine Position eines Stellgliedes oder Hydrozylinders, einen Druck oder einen Druckmittelstrom - erhalten, um daraus den Sollwert der Dreh- oder Hubzahl der Hydropumpe zu ermitteln. Der Sollwert kann ergänzend oder alternativ auch von einer neben- oder übergeordneten Regeleinheit ermittelt sein. Ergänzend oder alternativ dazu kann der Sollwert von einem Bedienpersonal über eine Bedienschnittstelle der Regeleinheit manuell vorgegeben sein.
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Erfindungsgemäß hat die Bestimmungseinheit einen Magnetfeldsensor und einen zumindest abschnittsweise magnetisierbaren Geber, so dass die Dreh- oder Hubzahl unter Ausnutzung eines „Hall-Effektes“ bestimmbar ist. Besonders vorteilhaft ist, dass über einen derartigen Sensor die Dreh- oder Hubzahl berührungslos bestimmbar ist.
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Erfindungsgemäß ist der Magnetfeldsensor gehäusefest an oder in einem Gehäuse der Hydropumpe unter Einhaltung eines bestimmungsgemäßen Abstandes und einer bestimmungsgemäßen Ausrichtung relativ zum Geber angeordnet. Besonders vorteilhaft ist, wenn der Sensor und der Geber zumindest abschnittsweise innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, so dass für die Bestimmung relevante Abschnitte der Bestimmungseinheit über das Gehäuse gegen ein elektrisches oder magnetisches Feld - beispielsweise des Elektromotors - abgeschirmt sind.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der Geber weist bevorzugt einen nicht magnetisierbaren Abschnitt oder eine Ausnehmung auf, so dass bei einer Relativbewegung des Gebers zum Sensor ein Magnetfeld der Bestimmungseinheit zumindest einmal geändert ist.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Geber als Zahnrad ausgebildet und mit einem rotierenden Teil der Hydropumpe verbunden, so dass über den Sensor die Drehzahl bestimmbar ist. Die Art des rotierenden Teiles hängt dabei von einer Bauart der Pumpe ab und kann beispielsweise eine Welle, eine Zylindertrommel, ein Impeller oder ein Innen- oder Außenzahnrad oder ein damit verbundenes Teil sein.
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In einer alternativen bevorzugten Weiterbildung kann der Geber als Zahnstange ausgebildet sein und ist mit einem etwa linear bewegten Teil der Hydropumpe verbunden, so dass über den Sensor die Hubzahl bestimmbar ist. Die Art des linear bewegten Teils hängt dabei von der Bauart der Pumpe ab und kann beispielsweise ein Kolben oder eine Kolbenstange oder ein damit verbundenes Teil sein.
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Bevorzugt weist das Zahnrad oder die Zahnstange einen Modul von größer als 0,3 auf, um eine ausreichende Messgenauigkeit zu ermöglichen.
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In einer besonders einfach ausgeführten Weiterbildung ist der Geber als Stanzblech ausgebildet und somit sehr günstig gefertigt.
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In einer besonders bevorzugten und kostengünstigen Weiterbildung hat die Bestimmungseinheit einen DSM Drehzahlsensor der Anmelderin, der aufgrund seiner Robustheit und Schutzart besonders für einen Einsatz innerhalb des Gehäuses der Hydropumpe geeignet ist. Vorteilhaft ist auch, dass über diesen Sensor eine Dreh- oder Hubrichtung sowie ein Stillstand bestimmt werden kann.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist über die Regeleinheit eine Drehzahl des Elektromotors regelbar.
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In einer besonders einfachen und kostengünstigen Weiterbildung ist die Hydropumpe eine Konstantpumpe, so dass der Druckmittelstrom der Hydropumpe über die Drehzahl des Elektromotors und damit der Hydropumpe eingestellt ist. Für eine derartige elektrohydraulische Einheit ist die erfindungsgemäße Bestimmung der Drehzahl an der Hydropumpe besonders vorteilhaft.
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Ist die Hydropumpe über ein Getriebe mit dem Elektromotor gekoppelt, ist eine Unter- oder Übersetzung einer Drehzahl des Elektromotors möglich.
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Eine erfindungsgemäße elektrohydraulische Einheit hat eine von einem Elektromotor angetriebene Hydropumpe, insbesondere eine Konstantpumpe, und eine Bestimmungseinheit, die einen Hallsensor mit einem Geber hat. Über die Bestimmungseinheit ist ein Istwert einer Drehzahl der Hydropumpe bestimmbar. Weiterhin hat die elektrohydraulische Einheit eine Regeleinheit über die eine Drehzahl des Elektromotors in Abhängigkeit des Istwertes der Drehzahl der Hydropumpe und eines Sollwertes regelbar ist. Der Hallsensor und der Geber sind dabei an einem der Hydropumpe zugeordneten Teil angeordnet.
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Im Folgenden werden ein Stand der Technik und ein Ausführungsbeispiel einer elektrohydraulischen Einheit anhand von zwei schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine herkömmliche elektrohydraulische Einheit mit einer Bestimmungseinheit innerhalb eines Gehäuses eines Elektromotors; und
- 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Einheit mit einer Bestimmungseinheit innerhalb eines Gehäuses der Hydropumpe.
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1 zeigt eine herkömmliche elektrohydraulische Einheit 1 mit einer Bestimmungseinheit 16 innerhalb eines Gehäuses 18 eines Elektromotors 6.
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Die elektrohydraulische Einheit 1 hat ein Antriebsregelgerät 2, das über eine Signalleitung 4 mit dem Elektromotor 6 verbunden ist. Der Elektromotor 6 ist über eine Welle 8 mit einer Hydropumpe 10 gekoppelt. Die Hydropumpe 10 ist an eine Saugleitung 12 angeschlossen, über die ein Druckmittel bei einem niedrigen Druck ansaugbar ist. Weiterhin ist die Hydropumpe 10 an eine Druckleitung 14 angeschlossen, über die das Druckmittel zu einem hydraulischen Verbraucher (nicht dargestellt) entgegen einer Last bzw. einem Lastdruck förderbar ist.
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Am Elektromotor 6 ist über die Bestimmungseinheit 16 eine Drehzahl des Elektromotors 6 bestimmbar. Die Bestimmungseinheit 16 ist dabei innerhalb des Gehäuses 18 des Elektromotors 6 angeordnet und aufwändig gegen ein elektrisches und magnetisches Feld des Elektromotors 6 abgeschirmt.
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Zur Ausbildung einer „closed-loop“ bzw. einer Regelschleife, ist die Bestimmungseinheit 16 über eine Signalleitung 20 mit dem Antriebsregelgerät 2 verbunden. Über die Signalleitung 20 wird der bestimmte Istwert der Drehzahl an das Antriebsregelgerät 2 übergeben. Im Antriebsregelgerät 2 erfolgt ein Abgleich des Istwertes mit einem Sollwert der Drehzahl und über Regelparameter eine Ermittlung einer Stellgröße zur Anpassung einer Antriebsleistung des Elektromotors 6.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße elektrohydraulische Einheit 101 mit einer innerhalb eines Gehäuses 118 einer Konstant-Axialkolbenpumpe 110 angeordneten Bestimmungseinheit 116.
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Die elektrohydraulische Einheit 101 hat ein Antriebsregelgerät 102, das über eine Signalleitung 104 mit einem Asynchronelektromotor 106 verbunden ist. Dieser ist über eine Triebwelle 108 drehfest mit der Konstant-Axialkolbenpumpe 110 gekoppelt. Die Konstant-Axialkolbenpumpe 110 ist an eine Saugleitung 112 angeschlossen, über die ein Druckmittel bei einem niedrigen Druck ansaugbar ist. Weiterhin ist die Konstant-Axialkolbenpumpe 110 an eine Druckleitung 114 angeschlossen, über die das Druckmittel zu einem hydraulischen Verbraucher (nicht dargestellt) entgegen einer Last bzw. einem Lastdruck förderbar ist.
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Innerhalb des Gehäuses 118 der Konstant-Axialkolbenpumpe 110 ist eine Bestimmungseinheit 116 angeordnet, die auf Basis des „Hall“-Effektes arbeitet. Sie hat einen Hallgeber 116a und einen Hallsensor 116b. Der Hallsensor 116b ist dabei als DSM-Drehzahlsensor der Baureihe 10 der Anmelderin ausgebildet.
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Der Hallgeber 116a ist als ferromagnetisches Zahnrad mit 48 Zähnen mit einem Modul von 1 ausgebildet, das aus einem 6mm dicken St37-Blech gestanzt ist. Der Hallsensor 116b hat die Schutzart IP69K, so dass er gegen Staub, gegen Zugang mit einem Draht und gegen unter Hochdruck einwirkendes Wasser geschützt ist. Seine Temperaturfestigkeit ist in einem Temperaturintervall zwischen -40°C und 150°C gegeben. Der Hallsensor 116b ist über einen Clip (nicht dargestellt) auf einfache Weise am Gehäuse 118 der Konstant-Axialkolbenpumpe 110 befestigt und relativ zum Hallgeber 116a so angeordnet, dass eine Längsachse des Hallsensors 116b mit einer maximalen Abweichung von 2° normal auf einer einen Teilkreis des Zahnrades schneidenden kreiszylindrischen Fläche angeordnet ist.
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Die als DSM-Drehzahlsensor ausgebildete Bestimmungseinheit 116 weist folgende Selbstdiagnosefunktionen auf: eine Stillstanderkennung und eine Erkennung einer falschen Anordnung des Hallsensors 116b relativ zum Hallgeber 116a.
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Weitere für die Funktion der Bestimmungseinheit 116 relevante Betriebsparameter, insbesondere bezüglich der Anordnung des Hallsensors 116b relativ zum Hallgeber 116a, sind dem Datenblatt RD95132 der Anmelderin entnehmbar.
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Über die Bestimmungseinheit 116 ist eine Drehzahl der Konstant-Axialkolbenpumpe 110 bestimmbar. Die Bestimmungseinheit 116 ist dabei über das Gehäuse 118 der Konstant-Axialkolbenpumpe 110 gegen ein elektrisches und magnetisches Feld des Elektromotors 106 abgeschirmt.
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Die Bestimmungseinheit 116 ist zur Übergabe des bestimmten Istwertes der Drehzahl der Konstant-Axialkolbenpumpe 110 an das Antriebsregelgerät 102 über eine Signalleitung 120 mit diesem verbunden. Im Antriebsregelgerät 102 erfolgt der Abgleich des Istwertes mit einem Sollwert der Drehzahl und über Regelparameter eine Ermittlung einer Stellgröße zur Anpassung einer Antriebsleistung des Asynchronelektromotors 106.
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Der Sollwert kann dabei über eine manuelle Bedienerschnittstelle (nicht dargestellt) von einem Bedienpersonal über eine Signalleitung 122 an die Regeleinheit 102 übergeben werden und / oder von einer neben- oder übergeordneten Regeleinheit (nicht dargestellt) in Abhängigkeit von Istwerten von Prozess- und / oder Betriebsparametern der elektrohydraulischen Einheit oder des hydraulischen Verbrauchers (nicht dargestellt) über eine Signalleitung 124 übergeben werden.
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Die Ausbildung der Hydropumpe der elektrohydraulischen Einheit ist nicht auf die gezeigte Konstant-Axialkolbenpumpe 110 in Schrägscheibenbauweise beschränkt. Sie kann als rotativ arbeitende Hydropumpe, beispielsweise als Außen- oder Innenzahnrad-, Zahnring-, Schraubenspindel-, Flügelzellen- oder Radialkolbenpumpe, oder als translatorisch und zyklisch arbeitender Hydrozylinder ausgebildet sein.
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Die Hydropumpe kann verstellbar oder konstant ausgebildet sein.
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Offenbart ist eine elektrohydraulische Einheit mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Hydropumpe und mit einer Bestimmungseinheit, über die ein Istwert einer Drehzahl oder einer Hubzahl der Hydropumpe bestimmbar ist, sowie mit einer Regeleinheit über die der Elektromotor in Abhängigkeit des Istwertes regelbar ist. Erfindungsgemäß ist die Bestimmungseinheit der Hydropumpe zugeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrohydraulische Einheit
- 2
- Antriebsregelgerät
- 4
- Signalleitung
- 6
- Elektromotor
- 8
- Welle
- 10
- Hydropumpe
- 12
- Saugleitung
- 14
- Druckleitung
- 16
- Bestimmungseinheit
- 18
- Gehäuse
- 20
- Signalleitung
- 101
- Elektrohydraulische Einheit
- 102
- Antriebsregelgerät
- 104
- Signalleitung
- 106
- Asynchronelektromotor
- 108
- Triebwelle
- 110
- Konstant-Axialkolbenpumpe
- 112
- Saugleitung
- 114
- Druckleitung
- 116
- Bestimmungseinheit
- 118
- Gehäuse
- 116a
- Hallgeber
- 116b
- Hallsensor
- 120
- Signalleitung
- 122
- Signalleitung
- 124
- Signalleitung
