DE102013005417A1 - Hydraulic unit with closed pressure medium volume and method for increasing the operational safety of the unit - Google Patents

Hydraulic unit with closed pressure medium volume and method for increasing the operational safety of the unit Download PDF

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Abstract

Offenbart ist eine hydraulische Einheit, die bezüglich ihres Druckmittels als im Wesentlichen geschlossenes System ausgestaltet ist. Sie hat wenigstens einen hydraulischen Verbraucher und eine Hydromaschine zu dessen Druckmittelversorgung. Weiterhin weist sie eine Ermittlungseinrichtung auf, über die in Abhängigkeit wenigstens einer Prozessgröße oder Zustandsgröße der Einheit deren Abnutzung ermittelbar ist. Weiterhin ist offenbart ein Verfahren zur Erhöhung der Betriebssicherheit der hydraulischen Einheit, über das die Abnutzung der Einheit ermittelbar ist.What is disclosed is a hydraulic unit which is configured as an essentially closed system with regard to its pressure medium. It has at least one hydraulic consumer and a hydraulic machine for its pressure medium supply. Furthermore, it has a determination device by means of which its wear can be determined depending on at least one process variable or state variable of the unit. Furthermore, a method for increasing the operational safety of the hydraulic unit is disclosed, by means of which the wear of the unit can be determined.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Einheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.The invention relates to a hydraulic unit according to the preamble of patent claim 1 and a method according to the preamble of patent claim 10.

Eine herkömmliche gattungsgemäße hydraulische Einheit hat einen hydraulischen Verbraucher und eine Hydromaschine zu dessen Druckmittelversorgung, wobei ein dem Druckmittel zur Verfügung stehendes Druckmittelvolumen der hydraulischen Einheit geschlossen ist. Die Einheit ist somit zumindest bezüglich des Druckmittels als geschlossenes System ausgebildet. Dabei sind selbstverständlich geringfügige Leckagen über die Systemgrenze nicht ausschließbar. Jedenfalls wird das Druckmittel innerhalb eines Wartungsintervalls nicht ersetzt und es erfolgt keine Nachspeisung. Der Verbraucher ist meist als Hydraulikzylinder ausgestaltet.A conventional generic hydraulic unit has a hydraulic load and a hydraulic machine to the pressure medium supply, wherein a pressure medium volume of the hydraulic unit is available to the pressure medium available. The unit is thus formed at least with respect to the pressure medium as a closed system. Of course, minor leaks beyond the system limit are not excludable. In any case, the pressure medium is not replaced within a maintenance interval and there is no make-up. The consumer is usually designed as a hydraulic cylinder.

Derartige Einheiten erweisen sich aufgrund ihrer Abgeschlossenheit als besonders flexibel und modular einsetzbar. Weiterhin weisen sie eine sehr geringe Druckmittelmenge auf, wodurch bei jedem Arbeitszyklus des hydraulischen Verbrauchers nahezu die komplette Druckmittelmenge über die Hydromaschine geführt wird. Insbesondere wenn eine Möglichkeit zur Filterung des Druckmittels eingeschränkt ist, können sich mit wachsender Betriebsdauer im Druckmittel Partikel und andere Verunreinigungen ansammeln.Such units prove to be particularly flexible and modular due to their seclusion. Furthermore, they have a very small amount of pressure medium, which at almost every cycle of the hydraulic consumer almost the complete amount of pressure medium is passed through the hydraulic machine. In particular, if a possibility for filtering the pressure medium is limited, particles and other impurities may accumulate in the pressure medium as the operating time increases.

Nachteilig daran ist, dass es zu einem Ausfall der Einheit aufgrund von Versagen des Druckmittels als Schmierstoff oder aufgrund von, den Betrieb des Verbrauchers oder der Hydromaschine einschränkenden, Partikeln kommen kann.The disadvantage of this is that it can lead to a failure of the unit due to failure of the pressure medium as a lubricant or due to, the operation of the consumer or the hydraulic machine restricting particles.

Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine hydraulische Einheit mit erhöhter Betriebssicherheit und ein Verfahren zur Erhöhung der Betriebssicherheit der Einheit zu schaffen.In contrast, the invention is based on the object to provide a hydraulic unit with increased reliability and a method for increasing the reliability of the unit.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine hydraulische Einheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.This object is achieved by a hydraulic unit having the features of patent claim 1 and a method having the features of patent claim 10.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Einheit sind in den Patentansprüchen 2 bis 9, die des Verfahrens in den Patentansprüchen 11 bis 14 beschrieben.Advantageous developments of the unit are described in the claims 2 to 9, the method of the claims 11 to 14.

Eine hydraulische Einheit hat ein, abgesehen von gegebenenfalls auftretender Leckage, geschlossenes Druckmittelvolumen. Die Einheit ist somit zumindest bezüglich ihrer Druckmittelfüllung als im Wesentlichen geschlossenes System ausgebildet. Weiterhin hat sie wenigstens einen hydraulischen Verbraucher und eine Hydromaschine zu dessen Druckmittelversorgung. Erfindungsgemäß weist sie eine Ermittlungseinrichtung auf, die derart ausgestaltet ist, dass über sie in Abhängigkeit wenigstens einer Prozessgröße oder Zustandsgröße der Einheit eine Abnutzung der Einheit ermittelbar ist.A hydraulic unit has, apart from possibly occurring leakage, closed pressure medium volume. The unit is thus formed at least as regards its pressure medium filling as a substantially closed system. Furthermore, it has at least one hydraulic consumer and a hydraulic machine to its pressure medium supply. According to the invention, it has a detection device which is configured in such a way that a wear of the unit can be determined via it as a function of at least one process variable or state variable of the unit.

Mit Hilfe der Ermittlungseinrichtung kann eine Betriebssicherheit der hydraulischen Einheit erhöht werden, da anhand der ermittelten Abnutzung zu einem beliebigen Betriebszeitpunkt die Information über die Notwendigkeit einer Wartungsmaßnahme vorliegt.With the help of the detection device, a reliability of the hydraulic unit can be increased, as based on the determined wear at any time of operation, the information on the need for a maintenance measure is present.

Der Betriebszeitpunkt ist dabei über eine seit einer letzten Wartung der Einheit oder der Hydromaschine oder des Verbrauchers oder einer letzten Inbetriebnahme oder einem letzten Druckmittelwechsel verstrichene Zeit definierbar. Er ist somit ein Maß für ein Betriebsalter der genannten Komponente.The operating time is definable over a time that has elapsed since a last maintenance of the unit or the hydraulic machine or of the consumer or a last start-up or a last change of pressure medium. He is thus a measure of an age of said component.

Als mögliche Prozess- oder Zustandsgrößen kommen Eigenschaften der Einheit in Frage, die geeignete Indikatoren für die Abnutzung, oder in anderen Worten einen Beanspruchungszustand, der Einheit sind. Als solche sind beispielsweise zu nennen: eine Schwingungs- oder Vibrationscharakteristik der Einheit oder der Hydromaschine oder des Verbrauchers; oder eine in einem Betriebszeitraum umgesetzte Arbeit oder ein volumetrischer Wirkungsgrad oder ein hydromechanischer Wirkungsgrad der Hydromaschine oder des Verbrauchers; oder eine Druckdifferenz aus einem Ausgangsdruck der Hydromaschine und einem Eingangsdruck des Verbrauchers; oder eine thermische Beanspruchung oder eine Viskosität oder ein Additivgehalt oder ein Partikelgehalt des Druckmittels.Possible process or state variables are properties of the unit which are suitable indicators of the wear, or in other words a state of stress, of the unit. As such, for example: a vibration or vibration characteristic of the unit or the hydraulic machine or the consumer; or a work performed in an operating period or a volumetric efficiency or hydromechanical efficiency of the hydraulic machine or the consumer; or a pressure difference from an output pressure of the hydraulic machine and an input pressure of the consumer; or a thermal stress or a viscosity or an additive content or a particle content of the pressure medium.

Selbstverständlich können zur Ermittlung der Abnutzung mehr als eine der genannten Eigenschaften als Zustands- oder Prozessgrößen herangezogen werden.Of course, more than one of the properties mentioned can be used as state or process variables to determine the wear.

Ob eine thermische Beanspruchung des Druckmittels vorliegt, hängt auch von dessen Temperaturbeständigkeit, also einer Materialeigenschaft des Druckmittels ab. Vorzugsweise ist über die Ermittlungseinrichtung ein Intervall der Betriebstemperatur des Druckmittels definierbar, außerhalb dessen die thermische Belastung gegeben ist.Whether a thermal stress of the pressure medium is present, also depends on its temperature resistance, ie a material property of the pressure medium. Preferably, an interval of the operating temperature of the pressure medium can be defined via the detection device, outside of which the thermal load is given.

Zur Erfassung der Zustandgröße oder mehrerer Zustandsgrößen weist die Einheit vorzugsweise wenigstens eine Erfassungseinheit auf. Aus der oder den so erfassten Zustandgrößen sind in Folge eine oder mehrere davon abhängige Zustands- oder Prozessgrößen ermittelbar.To detect the state variable or a plurality of state variables, the unit preferably has at least one detection unit. One or more dependent state or process variables can be determined as a result of the state variable (s) thus acquired.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Einheit umfasst die ermittelbare Abnutzung einen Verschleiß des Verbrauchers und/oder der Hydromaschine und/oder einer anderen Vorrichtung der Einheit. Alternativ oder ergänzend dazu umfasst die Abnutzung eine Alterung des Druckmittels.In a preferred embodiment of the unit, the detectable wear includes wear of the consumer and / or the Hydromachine and / or other device of the unit. Alternatively or additionally, the wear includes aging of the pressure medium.

Der Verschleiß ist ein an Vorrichtungen der Einheit auftretender Abrieb oder eine Korrosion, der oder die sich in Form von Partikeln im Druckmittel nachweisbar ist. Die Alterung ist insbesondere ein Verlust von für einen bestimmungsgemäßen Betrieb notwendigen hydraulischen und/oder chemischen und/oder tribologischen Eigenschaften. Die Alterung umfasst beispielsweise eine Verunreinigung durch Partikel oder Wasser, Scherung von Additiven oder Degradation durch Oxidation.The wear is an abrasion occurring on devices of the unit or a corrosion which is detectable in the form of particles in the pressure medium. In particular, aging is a loss of hydraulic and / or chemical and / or tribological properties required for proper operation. Aging includes, for example, particulate or water contamination, shear of additives, or degradation by oxidation.

Die Ermittlungseinrichtung kann derart ausgestaltet sein, dass über sie die Abnutzung kontinuierlich oder im Wesentlichen periodisch oder bei Bedarf ermittelbar ist.The determination device can be configured in such a way that the wear can be determined continuously or essentially periodically or if necessary via it.

Um die Alterung aufgrund von Oxidation zu unterbinden, ist in einer bevorzugten Weiterbildung das Druckmittelvolumen gegen eine umgebende Atmosphäre gasdicht abgegrenzt, so dass es im Wesentlichen frei von Gas, insbesondere von Sauerstoff, ist und bleibt.In order to prevent the aging due to oxidation, in a preferred embodiment, the pressure medium volume is defined gas-tight against a surrounding atmosphere, so that it is essentially free of gas, in particular of oxygen, and remains.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die Einheit als eine Achseinheit oder als ein Achsmodul ausgestaltet, wobei der Verbraucher ein Hydrozylinder ist.In a particularly preferred development, the unit is designed as an axle unit or as an axle module, wherein the consumer is a hydraulic cylinder.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die Ermittlungseinrichtung derart ausgestaltet, dass über sie als ein Maß für die Alterung eine Beanspruchungszahl des Druckmittels, insbesondere modellbasiert, in Abhängigkeit der wenigstens einen Zustandsgröße oder Prozessgröße ermittelbar ist. Die Beanspruchungszahl, beziehungsweise deren Istwert, ist eine anschauliche Größe, die auf einfache Weise in Bezug zu einem Grenzwert zu setzen ist. Durch sie ist eine nachvollziehbare Entscheidungsgrundlage für Maßnahmen zur Planung und Durchführung von Wartungsaktivitäten für das Druckmittel gegeben.In a particularly preferred development, the determination device is configured in such a way that as a measure of the aging, a load number of the pressure medium, in particular model-based, can be determined as a function of the at least one state variable or process variable. The load number, or its actual value, is an illustrative quantity that is easy to set in relation to a limit value. They provide a comprehensible basis for decisions on measures for planning and implementing maintenance activities for the pressure medium.

Ergänzend zur Beanspruchungszahl des Druckmittels sind andere Arten von Beanspruchungszahlen, beispielsweise für die gesamte Einheit oder für den Verbraucher oder die Hydromaschine denkbar.In addition to the load factor of the pressure medium, other types of load numbers, for example, for the entire unit or for the consumer or the hydraulic machine conceivable.

Unabhängig von der Art der Beanspruchungszahl ist sie vorzugsweise derart definiert, dass über sie Belastungen, die zur Abnutzung führen, aufsummiert werden. Vorzugsweise ist sie so definiert, dass sie ausgehend von einem Minimum mit zunehmender Abnutzung anwächst. Eine umgekehrte Definition ist ebenso denkbar.Regardless of the nature of the load, it is preferably defined to summate over it loads that cause wear. Preferably, it is defined to grow from a minimum with increasing wear. A reverse definition is also conceivable.

Vorzugsweise weist die Ermittlungseinrichtung ein mathematisches Modell auf, über das die Beanspruchungszahl des Druckmittels und/oder die weiteren Beanspruchungszahlen, in Abhängigkeit der Zustands- und/oder Prozessgröße(n) ermittelbar ist oder sind.Preferably, the determination device has a mathematical model, via which the load number of the pressure medium and / or the further load numbers, depending on the state and / or process variable (s) can be determined or are.

Der zeitliche Verlauf einiger der genannten Eigenschaften können direkt als Maß für die Abnutzung oder direkt als Beanspruchungszahl herangezogen werden. So sind beispielsweise ein mit der Zeit sinkender hydromechanischer oder volumetrischer Wirkungsgrad oder Additivgehalt oder eine steigende Partikelzahl ein Hinweis auf eine zunehmende Abnutzung.The time course of some of the properties mentioned can be used directly as a measure of the wear or directly as a load factor. For example, a decreasing hydromechanical or volumetric efficiency or additive content over time or an increasing particle number are an indication of increasing wear.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung weist eine Speichereinheit auf, über die verschiedenen Betriebszeitpunkten zugeordnete Istwerte der einen oder mehreren Beanspruchungszahlen speicherbar sind. Jeder Istwert ist dabei vorzugsweise dem Betriebszeitpunkt zugeordnet, zu dem die Erfassung der einen oder mehreren Zustands- oder Prozessgrößen erfolgte, aus der oder denen er ermittelt wurde.A particularly preferred further development has a memory unit, via which actual values of the one or more load numbers associated with the different operating times can be stored. Each actual value is preferably assigned to the operating time for which the detection of the one or more state or process variables took place, from which it was determined.

Die Zuordnung kann alternativ zum Betriebszeitpunkt zu einem Betriebzeitintervall erfolgen. Dann kann beispielsweise ein Mittelwert der Beanspruchungszahlim Betriebzeitintervall ermittelt werden.The assignment can be made as an alternative to the operating time at an operating time interval. Then, for example, an average value of the load number in the operating time interval can be determined.

Um eine Qualität der Aussagekraft der Beanspruchungszahl zu erhöhen, kann in einer bevorzugten Weiterbildung die Speichereinheit den Betriebszeitpunkten zugeordnete Betriebstemperaturen des Druckmittels speichern. Somit liegt die Information vor, bei welcher Betriebstemperatur die Zustandgröße(n) erfasst wurde(n), und der daraus resultierende Istwert der Beanspruchungszahlist besser interpretierbar.In order to increase the quality of the significance of the load factor, in a preferred development, the storage unit can store the operating times associated with the operating times of the pressure medium. Thus, the information is available at which operating temperature the state quantity (s) has been detected (n), and the resulting actual value of the load number can be better interpreted.

Um die Interpretierbarkeit der Beanspruchungszahl oder -zahlen zu vereinfachen ist in einer besonders bevorzugten Weiterbildung die Ermittlungseinrichtung derart ausgestaltet, dass über sie die Istwerte der einen oder mehreren Beanspruchungszahlen auf eine Referenztemperatur des Druckmittels normierbar sind.In order to simplify the interpretability of the load number or numbers, in a particularly preferred development, the determination device is configured in such a way that the actual values of the one or more load numbers can be normalized to a reference temperature of the pressure medium.

Um die ermittelten Beanspruchungszahlen interpretieren zu können, ist in einer besonders bevorzugten Weiterbildung die Speichereinheit derart ausgestaltet, dass in ihr von Betriebszeitpunkten abhängigezulässige Grenzwerte speicherbar sind.In order to be able to interpret the determined load numbers, in a particularly preferred development, the memory unit is configured such that limit values that are permissible depending on operating times can be stored.

Analog zu den ermittelten Istwerten sind auch die zulässigen Grenzwerte vorzugsweise in Abhängigkeit der Betriebstemperatur des Druckmittels speicherbar. Besonders bevorzugt sind sie in Analogie zu den ermittelten Istwerten auf die Referenztemperatur des Druckmittels normiert speicherbar.Analogous to the determined actual values, the permissible limit values are preferably storable as a function of the operating temperature of the pressure medium. They are particularly preferably analogous to the determined actual values can be stored standardized to the reference temperature of the pressure medium.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Einheit oder wenigstens die Hydromaschine oder der Verbraucher oder eine andere Komponente der Einheit ein elektronisches Typenschild, insbesondere einen RFID-Chip auf, auf dem ein Neuwert der wenigstens einen Zustands- oder Prozessgröße der jeweiligen Komponente gespeichert ist. Dabei ist der Neuwert der Wert der Zustand- oder Prozessgröße, die die Komponente in ihrem Neuzustand oder nach einer Wartung oder Überholung aufweist.In an advantageous development, the unit or at least the hydraulic machine or the consumer or another component of the unit has an electronic nameplate, in particular an RFID chip, on which a new value of the at least one state or process variable of the respective component is stored. The new value is the value of the state or process variable that the component has in its new state or after a maintenance or overhaul.

Die Ermittlungseinrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, das über sie das elektronische Typenschild auslesbar ist.The detection device is preferably designed such that the electronic nameplate can be read out via it.

Um die Einheit besonders effektiv vor Überlastung aufgrund von Abnutzung zu schützen, und/oder um den Nutzer der Anlage effektiv zu informieren, ist in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung die Ermittlungseinrichtung derart ausgestaltet, dass über sie eine Leistung der Einheit, insbesondere der Hydromaschine und/oder des Verbrauchers, begrenzbar und/oder eine Wartungsinformation ausgebbar ist. Dies erfolgt bevorzugt für einen oder mehrere Betriebszeitpunkte in Abhängigkeit einer Abweichung des Istwertes wenigstens einer Beanspruchungszahl vom zugeordneten zulässigen Grenzwert. Die Abweichung ist vorzugsweise von der Ermittlungseinheit ermittelbar.In order to effectively protect the unit against overloading due to wear, and / or to effectively inform the user of the system, in a particularly advantageous embodiment, the detection device is designed such that they have a performance of the unit, in particular the hydraulic machine and / or of the consumer, limited and / or a maintenance information can be output. This is preferably carried out for one or more operating times as a function of a deviation of the actual value of at least one load number from the assigned permissible limit value. The deviation is preferably determinable by the determination unit.

Um aus Temperatur- oder Druckschwankungen resultierende Änderungen des Druckmittelvolumens ausgleichen zu können, ist in einer bevorzugten Weiterbildung das Druckmittelvolumen zumindest abschnittsweise in einem Hydrospeicher angeordnet.In order to be able to compensate for changes in the pressure medium volume resulting from temperature or pressure fluctuations, the pressure medium volume is arranged at least in sections in a hydraulic accumulator in a preferred development.

Ein Verfahren zur Erhöhung der Betriebssicherheit einer hydraulischen Einheit, die gemäß der vorangegangenen Beschreibung ausgestaltet ist, weist erfindungsgemäß einen Schritt „Ermittlung der Abnutzung der Einheit in Abhängigkeit wenigstens einer Prozessgröße oder Zustandsgröße der Einheit” auf.A method for increasing the operational safety of a hydraulic unit, which is designed according to the preceding description, according to the invention comprises a step "determining the wear of the unit as a function of at least one process variable or state variable of the unit".

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ermittlung der Abnutzung und weiterbildender Aspekte wurden in der vorangegangenen Beschreibung bereits eingehend erläutert, so dass an dieser Stelle darauf verwiesen sei. Auch die Menge bevorzugter Zustands- oder Prozessgrößen sind der vorangegangenen Beschreibung zu entnehmen.The advantages of the inventive determination of the wear and further development aspects have already been explained in detail in the preceding description, so that reference is made to this point. The amount of preferred state or process variables can also be found in the preceding description.

Der Verfahrensschritt „Ermittlung der Abnutzung in Abhängigkeit der wenigstens einen Prozessgröße oder Zustandsgröße der Einheit” umfasst vorzugsweise einen Schritt „Ermittlung eines Verschleißes des Verbrauchers und/oder der Hydromaschine” und/oder einen Schritt „Ermittlung einer Alterung des Druckmittels”.The method step "determination of the wear as a function of the at least one process variable or state variable of the unit" preferably comprises a step "determination of a wear of the consumer and / or the hydraulic machine" and / or a step "determination of an aging of the pressure medium".

Dabei erfolgt der Schritt „Ermittlung der Alterung des Druckmittels” vorzugsweise durch einen Schritt „Ermittlung einer Beanspruchungszahl des Druckmittels”, und zwar in Abhängigkeit einer etwa in einem Betriebszeitraum umgesetzten Arbeit der Hydromaschine und/oder des Verbrauchers, und/oder in Abhängigkeit einer Temperaturbeanspruchung und/oder einer Viskosität und/oder eines Additivgehalts und/oder einer Partikelzahl des Druckmittels.In this case, the step "determination of the aging of the pressure medium" is preferably carried out by a step "determination of a load factor of the pressure medium", as a function of a converted in an operating period work of the hydraulic machine and / or the consumer, and / or as a function of temperature stress and / or a viscosity and / or an additive content and / or a particle number of the pressure medium.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung erfolgt ein Schritt „Begrenzung einer Leistung der Einheit oder der Hydromaschine oder des Verbrauchers” und/oder ein Schritt „Ausgabe einer Wartungsinformation” in Abhängigkeit eines ermittelten Istwertes der Beanspruchungszahl und eines zugeordneten zulässigen Grenzwertes der Beanspruchungszahl, insbesondere in Abhängigkeit einer Abweichung des Istwertes vom zugeordneten zulässigen Grenzwert.In a particularly preferred development, a step "limiting a performance of the unit or the hydraulic machine or the consumer" and / or a step "output of a maintenance information" in dependence of a determined actual value of the load number and an associated allowable limit value of the load number, in particular as a function of a Deviation of the actual value from the assigned permissible limit value.

Der Schritt „Ermittlung der Beanspruchungszahl des Druckmittels” erfolgt in einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens in Abhängigkeit einer reproduzierbaren Betriebsprozedur der Einheit.The step "determination of the load factor of the pressure medium" takes place in a particularly preferred embodiment of the method as a function of a reproducible operating procedure of the unit.

Diese Prozedur kann beispielsweise ein Anfahrvorgang der Einheit nach einer Mindestzeit einer Betriebsunterbrechung sein. Die Betriebsunterbrechung sollte so lange gewählt sein, dass unabhängig davon, wie die Einheit davor betrieben wurde, geeignete Betriebsparameter der Einheit, beispielsweise zumindest die Druckmitteltemperatur, wieder einen Standardwert erreicht haben.This procedure may, for example, be a startup of the unit after a minimum period of interruption of service. The service interruption should be selected so long that, regardless of how the unit was operated before, suitable operating parameters of the unit, for example at least the pressure medium temperature, have again reached a standard value.

Als reproduzierbare Betriebsprozedur ist beispielsweise ein Betrieb der Einheit unter den Randbedingungen eines definierten Lastdrucks, eines definierten Verdrängungsvolumens, einer definierten Betriebdauer und einer definierten Drehzahl der Hydromaschine denkbar. Im Falle des als Hydrozylinders ausgebildeten Verbrauchers kann die Prozedur unter den genannten Randbedingungen beispielsweise ein einmaliges oder mehrmaliges Ein- und Ausfahren des Kolbens aufweisen.As a reproducible operating procedure, for example, an operation of the unit under the boundary conditions of a defined load pressure, a defined displacement volume, a defined operating time and a defined speed of the hydraulic machine is conceivable. In the case of the load designed as a hydraulic cylinder, the procedure may include, for example, a one or more retraction and extension of the piston under said boundary conditions.

Im Folgenden werden je ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydraulischen Einheit und eines erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von zwei Figuren näher erläutert. Es zeigenIn the following, an exemplary embodiment of a hydraulic unit according to the invention and a method according to the invention will be explained in more detail with reference to two figures. Show it

1 einen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels einer hydraulischen Einheit, und 1 a circuit diagram of an embodiment of a hydraulic unit, and

2 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens. 2 a block diagram of an embodiment of a method.

Eine erfindungsgemäße hydraulische Einheit 1 hat eine als drehzahlverstellbarer Elektromotor ausgestaltete Antriebsmaschine 2, die über eine Triebwelle 6 mit einer Hydromaschine 4 gekoppelt ist. Die Hydromaschine 4 ist im Vier-Quadrantenbetrieb betreibbar und über eine erste Arbeitsleitung 10 mit einem ersten Arbeitsraum 14 eines als Hydrozylinders ausgestalteten hydraulischen Verbrauchers 8 und über eine zweite Arbeitsleitung 12 mit einem zweiten Arbeitsraum 16 des Verbrauchers 8 fluidisch verbunden. Der Hydrozylinder ist als Gleichgangszylinder mit beidseitiger Doppelstange ausgebildet, kann abweichend davon aber auch als Differentialzylinder mit ein- oder beidseitiger Kolbenstange ausgebildet sein.A hydraulic unit according to the invention 1 has a designed as a variable speed electric motor drive machine 2 that over a shoot shaft 6 with a hydraulic machine 4 is coupled. The hydraulic machine 4 is operable in four-quadrant operation and via a first working line 10 with a first work space 14 a designed as a hydraulic cylinder hydraulic consumer 8th and a second working line 12 with a second workspace 16 of the consumer 8th fluidly connected. The hydraulic cylinder is designed as a synchronous cylinder with double-sided double rod, but may deviate from but also be designed as a differential cylinder with one or both sides of the piston rod.

Die erste Arbeitsleitung 10 ist über eine erste Nachsaugleitung 20 und die zweite Arbeitsleitung 12 über eine zweite Nachsaugleitung 22 mit einem Druckmittelraum eines Hydrospeichers 18 der Einheit 1 fluidisch verbindbar. In den Nachsaugleitungen 20, 22 ist jeweils ein als Rückschlagventil ausgestaltetes Nachsaugventil 24 beziehungsweise 26 angeordnet.The first working line 10 is over a first suction line 20 and the second working line 12 via a second suction line 22 with a pressure medium chamber of a hydraulic accumulator 18 the unit 1 fluidically connectable. In the suction lines 20 . 22 is in each case designed as a check valve Nachsaugventil 24 respectively 26 arranged.

Der Hydrospeicher 18 erfüllt die Funktion eines Ausgleichsbehälters, der Temperaturschwankungen des Druckmittels, auftretende Leckage und, im Falle eines Differenzialzylinders, ein aus unterschiedlichen Kolbenstangendurchmessern resultierendes Differenzvolumen des hydraulischen Verbrauchers 8 ausgleichen kann. Generell ist jedoch das Druckmittel in einem gegenüber der Atmosphäre und der Umgebung geschlossenen Druckmittelvolumen angeordnet. Daher ist vorgesehen, dass die Druckmittelbefüllung innerhalb eines Wartungsintervalls der Einheit 1 nicht um weiteres Druckmittel ergänzt wird.The hydraulic accumulator 18 fulfills the function of a surge tank, the temperature fluctuations of the pressure medium, occurring leakage and, in the case of a differential cylinder, resulting from different piston rod diameters difference volume of the hydraulic consumer 8th can compensate. In general, however, the pressure medium is arranged in a closed to the atmosphere and the environment pressure fluid volume. It is therefore provided that the pressure medium filling within a maintenance interval of the unit 1 is not supplemented by further pressure medium.

Um die Menge an Druckmittel möglichst gering zu halten, ist die Einheit 1 derart ausgestaltet, dass ein Totvolumen in den Arbeitsleitungen 10, 12 und den Nachsaugleitungen 20, 22 so klein wie möglich gehalten ist. Aus diesem Grund strömt bei jedem Vollhub des Kolbens des Verbrauchers 8 nahezu das komplette in der Einheit 1 angeordnete Druckmittel über die Hydromaschine 4. Der Vorteil der geringen Druckmittelmenge bringt jedoch den Nachteil der starken Belastung beziehungsweise Beanspruchung des Druckmittels mit sich.To keep the amount of pressure medium as low as possible, the unit 1 designed such that a dead volume in the working lines 10 . 12 and the suction lines 20 . 22 as small as possible. For this reason, flows at each full stroke of the piston of the consumer 8th almost the whole in the unit 1 arranged pressure medium via the hydraulic machine 4 , The advantage of the small amount of pressure medium, however, brings the disadvantage of heavy load or stress of the pressure medium with it.

Erfindungsgemäß weist die Einheit 1 daher eine als Überwachungseinrichtung ausgestaltete Ermittlungseinrichtung 28 auf. Über diese kann eine Abnutzung beziehungsweise Alterung des Druckmittels ermittelt werden.According to the invention, the unit 1 Therefore, a configured as a monitoring device detection device 28 on. About this wear or aging of the pressure medium can be determined.

Zu diesem Zweck ist die Ermittlungseinrichtung 28 über eine Signalleitung 30 mit einem Partikelzähler 31 verbunden, über den im Bereich eines Kolbenstangenaustritts über die Kolbenstangendichtung eingetretene Schmutzpartikel im ersten Arbeitsraum 14 zählbar sind. Die so erfasste Partikelanzahl ist somit ein Maß für den Schmutzeintrag in den ersten Arbeitsraum 14 durch die Kolbenstangendichtung hindurch. Weiterhin ist die Ermittlungseinrichtung 28 über eine Signalleitung 32 mit einer Erfassungseinheit 33 der Antriebsmaschine 2 verbunden. Über eine Signalleitung 34 ist sie mit einer Erfassungseinheit 35 der Hydromaschine 4 verbunden. Über von den Erfassungseinheiten 33 und 35 ermittelte Zustandsgrößen der Antriebsmaschine 2 und der Hydromaschine 4 kann die Ermittlungseinrichtung 28 einen volumetrischen und hydromechanischen Wirkungsgrad der Hydromaschine 4 ermitteln.For this purpose, the determination device 28 via a signal line 30 with a particle counter 31 connected via the occurred in the region of a piston rod outlet via the piston rod seal dirt particles in the first working space 14 are countable. The number of particles thus detected is thus a measure of the amount of dirt entering the first working space 14 through the piston rod seal. Furthermore, the determination device 28 via a signal line 32 with a registration unit 33 the prime mover 2 connected. Via a signal line 34 is she with a detection unit 35 the hydraulic machine 4 connected. About from the registration units 33 and 35 Determined state variables of the prime mover 2 and the hydraulic machine 4 can the determination device 28 a volumetric and hydromechanical efficiency of the hydraulic machine 4 determine.

Aus den so erfassten und ermittelten Zustandsgrößen ermittelt die Ermittlungseinrichtung 28 als Grad für die Alterung des Druckmittels eine Beanspruchungszahl, beziehungsweise deren Istwert, die die Verunreinigung des Druckmittels, die bis zum entsprechenden Betriebszeitpunkt umgesetzte Arbeit der Einheit 1 und die beiden Wirkungsgrade der Hydromaschine 4 berücksichtigt.The determination device determines from the state variables thus detected and determined 28 as a degree for the aging of the pressure medium, a load number, or their actual value, the contamination of the pressure medium, the converted to the corresponding time of operation of the unit 1 and the two efficiencies of the hydraulic machine 4 considered.

In der Ermittlungseinrichtung 28 ist eine Speichereinheit 29 angeordnet, in der die erfassten und ermittelten Werte speicherbar sind. Darin ist ebenso ein mathematisches Modell zur Ermittlung der Beanspruchungszahl gespeichert. Die eigentliche Ermittlung der Beanspruchungszahl erfolgt über eine Prozessoreinheit 27 der Ermittlungseinrichtung 28.In the investigation facility 28 is a storage unit 29 arranged in which the detected and determined values can be stored. This also contains a mathematical model for determining the number of loads. The actual determination of the number of loads takes place via a processor unit 27 the investigator 28 ,

In der Speichereinheit ist zudem ein von der Betriebszeit der Einheit 1 abhängiger Verlauf einer zulässigen Beanspruchungszahl des Druckmittels abgelegt. Die Ermittlungseinrichtung 28 ermittelt periodisch eine Abweichung der ermittelten von der zulässigen Beanspruchungszahl. Dabei ist die Beanspruchungszahl derart definiert, dass sie mit zunehmender Betriebszeit, mit zunehmender Beanspruchung des Druckmittels und mit der von der Einheit 1 umgesetzten Arbeit ansteigt.In the memory unit is also one of the operating time of the unit 1 Dependent course of a permissible load number of the pressure medium stored. The determination device 28 periodically determines a deviation of the determined from the permissible load number. In this case, the load number is defined such that it increases with operating time, with increasing stress on the pressure medium and with the unit 1 increased work.

Nähert sich ein ermittelter Istwert der Beanspruchungszahl einem zulässigen Grenzwert unzulässig stark an, oder überschreitet er diesen sogar, so ergeht von der Ermittlungseinrichtung 28 über eine Signalleitung 37 eine Aufforderung zur Wartung der Einheit 1, insbesondere des Druckmittels, oder es erfolgt eine Ansteuerung der Antriebsmaschine 2 derart, dass deren Leistung und damit die Leistung der Hydromaschine 4 und des Verbrauchers 8 begrenzt wird.If a determined actual value of the load number approaches an admissible limit value excessively strongly, or even exceeds it, then it is issued by the determination device 28 via a signal line 37 a request to maintain the unit 1 , In particular of the pressure medium, or there is a control of the drive machine 2 such that their performance and thus the performance of the hydraulic machine 4 and the consumer 8th is limited.

Auf diese Weise ist eine Einheit 1 mit erhöhter Betriebssicherheit oder Verfügbarkeit aufgrund der geschilderten Überwachung der Druckmittelqualität geschaffen.This way is a unity 1 created with increased reliability or availability due to the described monitoring of pressure fluid quality.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erhöhung einer Betriebssicherheit der hydraulischen Einheit 1, wie sie in 1 gezeigt ist. Zu Beginn des Verfahrens erfolgt ein Schritt „Erfassung eines Betriebszeitpunktes” 50. Zeitgleich oder etwa zeitgleich mit dem Schritt 50 erfolgt ein Schritt „Erfassung mehrerer Zustandsgrößen” 60 über die Erfassungseinheiten 31, 33 und 35 gemäß 1. 2 shows an embodiment of a method according to the invention for increasing operational safety of the hydraulic unit 1 as they are in 1 is shown. At the beginning of the process, a step "detection of an operating time" is carried out 50 , At the same time or about the same time as the step 50 a step "acquisition of several state variables" takes place 60 about the registration units 31 . 33 and 35 according to 1 ,

Die vom Partikelzähler 31 erfasste Partikelzahl kann als solche weiter in den Prozess einfließen, wobei aus den von den Erfassungseinheiten 33 und 35 erfassten Zustandsgrößen zunächst in einem Schritt „Ermittlung von Prozessgrößen” 80 der volumetrische und hydromechanische Wirkungsgrad der Hydromaschine 4 von der Ermittlungseinrichtung 28 ermittelt wird.The from the particle counter 31 The number of particles detected as such can continue to flow into the process, from those of the detection units 33 and 35 first, in a step "Determining process variables" 80 the volumetric and hydromechanical efficiency of the hydraulic machine 4 from the investigator 28 is determined.

In einem nächsten Schritt „Ermittlung einer Beanspruchungszahl des Druckmittels” 90 wird ein dem Betriebszeitpunkt zugeordneter Istwert der Beanspruchungszahl des Druckmittels in Abhängigkeit der genannten Zustands- und Prozessgrößen über die Ermittlungseinrichtung 28, und das in der Speichereinheit 29 abgelegte, mathematische Modell ermittelt.In a next step "Determining a load factor of the pressure medium" 90 is an operating time associated with the actual value of the load number of the pressure medium as a function of said state and process variables via the detection device 28 , and that in the storage unit 29 filed, mathematical model determined.

Dieser Istwert geht als Eingabe in einen Schritt „Ermittlung einer Abweichung des Istwertes von einem zulässigen Grenzwert” 100 ein. Ist die Abweichung dabei größer Null, ist der Istwert der Beanspruchungszahl also größer als ihr zulässiger Grenzwert, erfolgen Schritte „Begrenzung einer Leistung der Hydromaschine 4” 110 und „Ausgabe einer Wartungsinformation” 120. Im anderen Fall kann eine Information über den Abstand der Beanspruchungszahl vom Grenzwert ausgegeben werden. Grundlage dafür ist, dass die Beanspruchungszahl gemäß der vorangegangenen Beschreibung beispielsweise mit der Betriebszeit ansteigend definiert ist.This actual value is entered as input in a step "Determining a deviation of the actual value from a permissible limit value" 100 one. If the deviation is greater than zero, the actual value of the load number is thus greater than its permissible limit value, steps "limiting a performance of the hydraulic machine 4 " 110 and "issuing maintenance information" 120 , In the other case, information about the distance of the load number from the limit value can be output. The basis for this is that the load number is defined according to the previous description, for example, with the operating time increasing.

Ergänzend dazu ist es denkbar, eine auf der Beanspruchungszahl basierende Restbetriebszeit bis zur nächsten Wartung oder einen voraussichtlichen Wartungstermin auszugeben.In addition, it is conceivable to issue a residual operating time based on the load number until the next maintenance or an expected maintenance date.

Die Leistungsbegrenzung der Hydromaschine 4 erfolgt dabei gemäß 1 über eine Drehzahlreduzierung der Antriebsmaschine 2, da die Hydromaschine 2 mit konstantem Verdrängungsvolumen ausgestaltet ist.The power limitation of the hydraulic machine 4 takes place according to 1 about a speed reduction of the prime mover 2 because the hydraulic machine 2 is designed with a constant displacement volume.

Offenbart ist eine hydraulische Einheit, die bezüglich ihres Druckmittels als im Wesentlichen geschlossenes System ausgestaltet ist. Sie hat wenigstens einen hydraulischen Verbraucher und eine Hydromaschine zu dessen Druckmittelversorgung. Weiterhin weist sie eine Ermittlungseinrichtung auf, über die in Abhängigkeit wenigstens einer Prozessgröße oder Zustandsgröße der Einheit deren Abnutzung ermittelbar ist.Disclosed is a hydraulic unit which is designed with respect to its pressure medium as a substantially closed system. It has at least one hydraulic consumer and a hydraulic machine for its pressure medium supply. Furthermore, it has a determination device, by means of which, depending on at least one process variable or state variable of the unit, its wear can be determined.

Weiterhin ist offenbart ein Verfahren zur Erhöhung der Betriebssicherheit der hydraulischen Einheit, über das die Abnutzung der Einheit ermittelbar ist.Furthermore, a method is disclosed for increasing the operational safety of the hydraulic unit, via which the wear of the unit can be determined.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
hydraulische Einheithydraulic unit
22
Antriebsmaschineprime mover
44
Hydromaschinehydromachine
66
Triebwelledrive shaft
88th
hydraulischer Verbraucherhydraulic consumer
10, 1210, 12
Arbeitsleitungworking line
14, 1614, 16
Arbeitsraumworking space
1818
Hydrospeicherhydraulic accumulator
20, 2220, 22
Nachsaugleitungsubsequent suction
24, 2624, 26
Nachsaugventilcavitation valve
2727
Prozessoreinheitprocessor unit
2828
Ermittlungseinrichtungdetermining device
2929
Speichereinheitstorage unit
3030
Signalleitungsignal line
3131
Partikelzählerparticle counter
3232
Signalleitungsignal line
3333
Erfassungseinheitacquisition unit
3434
Signalleitungsignal line
3535
Erfassungseinheitacquisition unit
36, 3736, 37
Signalleitungsignal line

Claims (14)

Hydraulische Einheit mit einem geschlossenen Druckmittelvolumen, und mit wenigstens einem hydraulischen Verbraucher (8) und einer Hydromaschine (4) zu dessen Druckmittelversorgung, gekennzeichnet durch eine Ermittlungseinrichtung (28), die derart ausgestaltet ist, dass über sie in Abhängigkeit wenigstens einer Prozessgröße oder Zustandsgröße der Einheit (1) eine Abnutzung der Einheit (1) ermittelbar ist.Hydraulic unit with a closed pressure medium volume, and with at least one hydraulic consumer ( 8th ) and a hydraulic machine ( 4 ) to the pressure medium supply, characterized by a determination device ( 28 ) which is designed in such a way that over it, depending on at least one process variable or state variable of the unit ( 1 ) wear of the unit ( 1 ) can be determined. Einheit nach Patentanspruch 1, wobei die Abnutzung einen Verschleiß des Verbrauchers (8) und/oder der Hydromaschine (4) umfasst, und/oder wobei die Abnutzung eine Alterung des Druckmittels umfasst.A unit according to claim 1, wherein the wear is wear of the consumer ( 8th ) and / or the hydraulic machine ( 4 ), and / or wherein the wear comprises aging of the pressure medium. Einheit nach Patentanspruch 2, wobei die Ermittlungseinrichtung (28) derart ausgestaltet ist, dass über sie als ein Maß für die Alterung eine Beanspruchungszahl des Druckmittels in Abhängigkeit der wenigstens einen Prozessgröße oder Zustandsgröße ermittelbar ist.Unit according to claim 2, wherein the detection device ( 28 ) is designed such that it can be determined as a measure of the aging of a load number of the pressure medium as a function of at least one process variable or state variable. Einheit nach Patentanspruch 3 mit einer Speichereinheit (29), über die Betriebszeitpunkten der Einheit (1) zugeordnete Istwerte der Beanspruchungszahl speicherbar sind. Unit according to claim 3 with a memory unit ( 29 ), over the operating hours of the unit ( 1 ) associated actual values of the load number can be stored. Einheit nach Patentanspruch 4, wobei über die Speichereinheit (29) den Betriebszeitpunkten zugeordnete Betriebstemperaturen des Druckmittels speicherbar sind.Unit according to claim 4, wherein the memory unit ( 29 ) the operating times associated operating temperatures of the pressure medium can be stored. Einheit nach Patentanspruch 5, wobei die Ermittlungseinrichtung (28) derart ausgestaltet ist, dass über sie die Istwerte der Beanspruchungszahl auf eine Referenztemperatur des Druckmittels normierbar sind.Unit according to claim 5, wherein the detection device ( 28 ) is configured such that the actual values of the load number can be normalized to a reference temperature of the pressure medium. Einheit nach einem der Patentansprüche 4 bis 6, wobei in der Speichereinheit (29) von den Betriebszeitpunkten abhängige zulässige Grenzwerte der Beanspruchungszahl speicherbar sind.Unit according to one of claims 4 to 6, wherein in the memory unit ( 29 ) are dependent on the operating times allowable limit values of the load number can be stored. Einheit zumindest nach Patentanspruch 4 und 7, wobei die Ermittlungseinrichtung (28) derart ausgestaltet ist, dass für wenigstens einen der Betriebszeitpunkte eine Abweichung des Istwertes der Beanspruchungszahl vom zugeordneten zulässigen Grenzwert ermittelbar und in Abhängigkeit der Abweichung eine Leistung der Einheit (1) begrenzbar und/oder eine Wartungsinformation ausgebbar ist.Unit according to at least claims 4 and 7, wherein the determining device ( 28 ) is configured such that for at least one of the operating times a deviation of the actual value of the load number from the associated permissible limit value can be determined and, depending on the deviation, a power of the unit ( 1 ) can be limited and / or a maintenance information can be output. Einheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Druckmittelvolumen zumindest abschnittsweise in einem Hydrospeicher (18) angeordnet ist.Unit according to one of the preceding claims, wherein the pressure medium volume at least partially in a hydraulic accumulator ( 18 ) is arranged. Verfahren zur Wartungssteuerung einer hydraulischen Einheit (1), die gemäß einem der vorangegangenen Patentansprüchen ausgestaltet ist, mit einem Schritt – „Ermittlung der Abnutzung in Abhängigkeit wenigstens einer Prozessgröße oder Zustandsgröße der Einheit (1)”.Method for maintenance control of a hydraulic unit ( 1 ), which is designed according to one of the preceding claims, with a step - "determination of the wear as a function of at least one process variable or state variable of the unit ( 1 ) ". Verfahren nach Patentanspruch 10, wobei der Schritt – „Ermittlung der Abnutzung in Abhängigkeit der wenigstens einen Prozessgröße oder Zustandsgröße der Einheit (1)”. einen Schritt – „Ermittlung eines Verschleißes des Verbrauchers (8) und/oder der Hydromaschine (4)” und/oder einen Schritt – „Ermittlung einer Alterung des Druckmittels” umfasst.Method according to claim 10, wherein the step - "determination of the wear as a function of the at least one process variable or state variable of the unit ( 1 ) ". a step - "Determination of wear of the consumer ( 8th ) and / or the hydraulic machine ( 4 ) "And / or a step -" determining an aging of the pressure medium "includes. Verfahren nach Patentanspruch 11, wobei der Schritt – „Ermittlung der Alterung des Druckmittels” durch einen Schritt – „Ermittlung einer Beanspruchungszahl des Druckmittels” (90) i n Abhängigkeit einer etwa in einem Betriebszeitraum umgesetzten Arbeit der Hydromaschine (4) und/oder des Verbrauchers (8), und/oder in Abhängigkeit einer Temperaturbeanspruchung und/oder einer Viskosität und/oder eines Additivgehalts und/oder einer Partikelzahl des Druckmittels erfolgt.Method according to claim 11, wherein the step - "determination of the aging of the pressure medium" by a step - "determination of a load number of the pressure medium" ( 90 ) depending on the work of the hydraulic machine ( 4 ) and / or the consumer ( 8th ), and / or depending on a temperature stress and / or a viscosity and / or an additive content and / or a particle number of the pressure medium. Verfahren nach einem der Patentansprüche 12, wobei in Abhängigkeit des ermittelten Istwertes der Beanspruchungszahl und einem zugeordneten zulässigen Grenzwert der Beanspruchungszahl ein Schritt – „Begrenzung einer Leistung der Einheit (1) oder der Hydromaschine (4) oder des Verbrauchers (8)” (110) und/oder ein Schritt – „Ausgabe einer Wartungsinformation” (120) erfolgt.Method according to one of the claims 12, wherein, depending on the determined actual value of the load number and an associated permissible limit value of the load number, a step - "Limiting a performance of the unit ( 1 ) or the hydraulic machine ( 4 ) or the consumer ( 8th ) "( 110 ) and / or a step - "issuing a maintenance information" ( 120 ) he follows. Verfahren nach einem der Patentansprüche 12 oder 13, wobei der Schritt „Ermittlung der Beanspruchungszahl des Druckmittels” in Abhängigkeit einer reproduzierbaren Betriebsprozedur der Einheit (1) erfolgt.Method according to one of the claims 12 or 13, wherein the step "determination of the load of the pressure means" depending on a reproducible operating procedure of the unit ( 1 ) he follows.
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