DE102013213565B4 - Method for determining a direction of rotation of a pump - Google Patents

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Verfahren zum Bestimmen einer Drehrichtung einer Pumpe, die aufgrund einer extern aufgeprägten hydraulischen Überströmung in Drehung versetzt werden kann, gekennzeichnet durch:- Verändern eines Antriebsmoments der Pumpe (12),- Erfassen einer Drehzahländerung der Pumpe (12) während der Veränderung des Antriebsmoments, und- Bestimmen der Drehrichtung der Pumpe (12) durch Auswerten der Drehzahländerung und der Veränderung des Antriebsmoments.Method for determining a direction of rotation of a pump which can be set in rotation due to an externally applied hydraulic overflow, characterized by: - changing a drive torque of the pump (12), - detecting a change in speed of the pump (12) during the change in the drive torque, and - Determining the direction of rotation of the pump (12) by evaluating the change in speed and the change in the drive torque.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Drehrichtung einer Pumpe, wenn die Pumpe aufgrund einer extern aufgeprägten hydraulischen Überströmung in Drehung versetzt werden kann. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Steuervorrichtung für eine Pumpe, welche das Verfahren zum Bestimmen einer Drehrichtung einer Pumpe verwendet, sowie ein entsprechendes Pumpensystem und ein Fahrzeug mit dem Pum pensystem.The present invention relates to a method for determining a direction of rotation of a pump when the pump can be set in rotation due to an externally applied hydraulic overflow. The present invention also relates to a control device for a pump which uses the method for determining a direction of rotation of a pump, as well as a corresponding pump system and a vehicle with the Pum p system.

Pumpen, wie z.B. Kreiselpumpen oder Zahnradpumpen, können in verschiedenen Anwendungen im Konsumgüterbereich eingesetzt werden, beispielsweise in Haushaltsgeräten, wie z.B. einer Waschmaschine. Darüber hinaus können Pumpen in Fahrzeugen, wie z.B. Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, verwendet werden, um beispielsweise eine Flüssigkeit zum Kühlen oder Temperieren von Aggregaten des Fahrzeugs, wie z.B. einem Innenraumwärmetauscher oder einem Abgaskrümmer, zu transportieren. Derartige Pumpen können beispielsweise elektrisch angetrieben sein, d.h. ein Rotor, Flügelrad oder Zahnrad der Pumpe ist mit einem Elektromotor gekoppelt und kann von diesem in Drehung versetzt werden. Um eine Pumpleistung einstellen oder regeln zu können, kann bei einer elektrisch angetriebenen Pumpe beispielsweise die Drehzahl des Rotors in der Pumpe erfasst werden. Zur Drehzahlerfassung können beispielsweise sogenannte Hall-Sensoren verwendet werden. Dazu wird auf einer Antriebsachse ein zwei- oder mehrpoliger Ringmagnet drehfest angeordnet und die hieraus bei einer Drehung resultierende periodische Veränderung des Magnetfelds unter Ausnutzung des Hall-Effekts mittels eines geeigneten Sensors, nämlich einem Hall-Sensor, erfasst und hieraus auf die Drehzahl oder auf eine Drehposition geschlossen. Ferner sind optische Systeme für eine Drehzahlerfassung verwendbar, welche jedoch sehr schmutzanfällig sein können. Um eine Drehrichtung zusätzlich zu der Drehzahl erfassen zu können, können zwei unabhängig von einem mechanischen Drehwinkel gegeneinander verschobene elektrische Signale, beispielsweise mittels Hall-Sensoren oder optischer Sensoren, erfasst werden. Die Drehrichtung kann aus der Phasenlage der beiden Signale zueinander ermittelt werden. Dadurch entstehen jedoch höhere Kosten sowie ein höherer Bauraumbedarf und ein komplexerer mechanischer Aufbau, insbesondere durch den zweiten unabhängigen Sensor zur Erfassung des zweiten elektrischen Signals.Pumps such as centrifugal pumps or gear pumps can be used in various applications in the consumer goods sector, for example in household appliances such as a washing machine. In addition, pumps can be used in vehicles, such as passenger cars or trucks, for example to transport a liquid for cooling or temperature control of units in the vehicle, such as an interior heat exchanger or an exhaust manifold. Such pumps can be electrically driven, for example, i.e. a rotor, impeller or gear of the pump is coupled to an electric motor and can be set in rotation by this. In order to be able to set or regulate a pump output, for example the speed of the rotor in the pump can be recorded in the case of an electrically driven pump. So-called Hall sensors, for example, can be used to detect the speed. For this purpose, a two-pole or multi-pole ring magnet is arranged in a rotationally fixed manner on a drive shaft and the periodic change in the magnetic field resulting therefrom during rotation is detected using the Hall effect by means of a suitable sensor, namely a Hall sensor Rotation position closed. Optical systems can also be used for speed detection, but these can be very susceptible to dirt. In order to be able to detect a direction of rotation in addition to the speed, two electrical signals shifted relative to one another independently of a mechanical angle of rotation, for example by means of Hall sensors or optical sensors, can be detected. The direction of rotation can be determined from the phase relationship between the two signals. However, this results in higher costs as well as a higher installation space requirement and a more complex mechanical structure, in particular due to the second independent sensor for detecting the second electrical signal.

In diesem Zusammenhang offenbart die DE 10 2007 013 711 A1 ein Verfahren zur Dreherfassung eines bürstenbetriebenen Gleichstrommotors, der eine Anzahl von Wicklungssträngen umfasst, die während des Betriebs mittels Lamellen drehwinkelabhängig elektrisch zwischen Bürsten geschaltet werden. Einer Versorgungsgleichspannung für die Bürsten wird ein Wechselspannungssignal aufmoduliert, mittels dessen der Verlauf des komplexen Widerstands des Gleichstrommotors ermittelt und zur Dreherfassung herangezogen wird.In this context, the DE 10 2007 013 711 A1 a method for detecting the rotation of a brush-operated direct current motor, which comprises a number of winding phases which are electrically connected between brushes during operation by means of lamellae as a function of the angle of rotation. An AC voltage signal is modulated onto a DC supply voltage for the brushes, by means of which the course of the complex resistance of the DC motor is determined and used for rotation detection.

Die DE 10 2009 036 274 A1 betrifft eine Drehungserfassungsvorrichtung, welche den Drehzustand eines Bürsten-Gleichstrommotors oder Kommutator-Gleichstrommotors detektiert, beispielsweise den Drehwinkel, die Drehrichtung und die Drehzahl. Eine Leistungszuführungseinheit überlagert eine Wechselspannung einer Gleichspannung und liefert diese an den Motor. Demzufolge fließt, wenn sich der Motor dreht, ein eine Wechselstromkomponente enthaltender Strom. Der Motor enthält einen Kondensator, welcher parallel zu einer Phasenwicklung geschaltet ist. Aufgrund dieses Kondensators verändert sich die Impedanz der Motorschaltung zwischen den Bürsten in Entsprechung mit der Drehung des Motors. Veränderungen in der Impedanz erscheinen als Veränderungen in der Amplitude der Wechselstromkomponente im Motorstrom. Eine Signalverarbeitungseinheit extrahiert eine Wechselstromkomponente aus dem Motorstrom und erzeugt einen Drehungspuls entsprechend der Amplitudenveränderung. Eine Drehwinkel-Detektierungseinheit detektiert den Drehwinkel des Motors auf der Basis dieses Drehungsimpulses.The DE 10 2009 036 274 A1 relates to a rotation detection device which detects the rotating state of a brush DC motor or a commutator DC motor, for example the angle of rotation, the direction of rotation and the speed. A power supply unit superimposes an alternating voltage on a direct voltage and supplies this to the motor. As a result, when the motor rotates, a current containing an alternating current component flows. The motor contains a capacitor which is connected in parallel with a phase winding. Due to this capacitor, the impedance of the motor circuit between the brushes changes in accordance with the rotation of the motor. Changes in impedance appear as changes in the amplitude of the AC component in the motor current. A signal processing unit extracts an alternating current component from the motor current and generates a rotation pulse corresponding to the change in amplitude. A rotation angle detection unit detects the rotation angle of the motor on the basis of this rotation pulse.

Weiter betrifft DE 10 2010 054 961 A1 einen elektronisch kommutierten einphasigen Motor, wobei mit einem Einschalt-Stromimpulses kurzzeitig ein im Motor kreisender, durch mindestens einen Wicklungsstrang fließender Kreisstrom erzeugt wird und abhängig davon, ob nach dem Ende des Kreisstroms eine induzierte Spannung auftritt, der Einschalt-Stromimpuls wiederholt wird oder der Übergang zu normaler Kommutierung des Motors erfolgt.Further concerns DE 10 2010 054 961 A1 an electronically commutated single-phase motor, with a switch-on current pulse briefly generating a circulating current flowing through at least one winding phase in the motor and depending on whether an induced voltage occurs after the end of the circulating current, the switch-on current pulse is repeated or the transition normal commutation of the motor takes place.

Die DE 10 2004 050 446 A1 bezieht sich auf eine Einrichtung zur elektronischen Überwachung des Elektromotors einer Kreiselpumpe mit Hilfe eines oder mehrerer, mit Sensoren ausgestatteter PTC-Temperaturfühler, wobei der Widerstand des oder der PTC-Temperaturfühler in einem außerhalb des Elektromotors angeordneten Auswertegerät mit seinem Wert bzw. ihren Werten registriert wird und bei einem aufgrund einer Temperatursteigerung über einen Grenzwert erhöhten Wert eine Abschaltung des Elektromotors erfolgt.The DE 10 2004 050 446 A1 relates to a device for electronic monitoring of the electric motor of a centrifugal pump with the help of one or more PTC temperature sensors equipped with sensors, the resistance of the PTC temperature sensor (s) being registered with its value or values in an evaluation device arranged outside the electric motor and if the value increases above a limit value due to a temperature increase, the electric motor is switched off.

Das Dokument DE 199 42 493 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines elektronischen kommutierten Gleichstrommotors zum Antrieb einer Kreiselpumpe, der einen Stator mit mindestens einer Wicklung und der einen permanentmagnetischen Rotor aufweist, mit einem kontrollierten Schrittbetrieb, in dem eine Vollkreisdrehung des Rotors von einer Abfolge unterscheidbarer Einzelschritte gebildet wird, wobei der Rotor durch Einschalten eines Statorfeldes beschleunigt wird und vor der Kommutierung des Statorfeldes zum Stillstand abgebremst wird.The document DE 199 42 493 A1 describes a method for operating an electronic commutated DC motor for driving a centrifugal pump, which has a stator with at least one winding and which has a permanent magnetic rotor, with a controlled step-by-step operation in which a full circle rotation of the rotor by a A sequence of distinguishable individual steps is formed, the rotor being accelerated by switching on a stator field and being braked to a standstill before the stator field is commutated.

Das Dokument DE 697 33 746 T2 beschreibt ,eine automatische, physiologisch angesteuerte Geschwindigkeitssteuerung für elektrische Blutpumpe, mit der die Pumpengeschwindigkeit in Echtzeit laufend so angepasst wird, dass sich über einen weiten Bereich von Kurzzeit- und Langzeitänderungen in der Physiologie des Patienten immer der optimale Blutfluss ergibt, wozu nur der Strom und die Geschwindigkeit des Pumpenmotors als gemessene Steuerparameter verwendet werden.The document DE 697 33 746 T2 describes an automatic, physiologically controlled speed control for electric blood pumps, with which the pump speed is continuously adjusted in real time so that the optimal blood flow is always achieved over a wide range of short-term and long-term changes in the patient's physiology, for which only the current and the speed of the pump motor can be used as the measured control parameter.

Das Dokument DE 94 19 788 U1 betrifft einen Drehzahlgeber zum Erfassen der Drehzahl eines Antriebsmotors eines Gebläses oder einer Pumpe wobei an dem Gebläse- oder Pumpenrad mindestens ein Magnet angebracht ist, und in der Nachbarschaft der Bewegungsbahn des Gebläse- oder Pumpenrads ein Hallsensor angeordnet ist.The document DE 94 19 788 U1 relates to a speed sensor for detecting the speed of a drive motor of a fan or a pump, at least one magnet being attached to the fan or pump wheel, and a Hall sensor being arranged in the vicinity of the movement path of the fan or pump wheel.

Weiterhin betrifft das Dokument EP 0 967 475 A1 eine Blutpumpe, wobei der Rotor zur Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit herangezogen wird und zur Bestimmung der Viskosität keine örtliche Auslenkung des Rotors aus seiner Betriebsposition herangezogen wird, sondern der Rotor wird in seiner Betriebsposition belassen und die Viskosität wird aus Messgrößen der Pumpe bzw. des Rotors bestimmt.Furthermore, the document concerns EP 0 967 475 A1 a blood pump, whereby the rotor is used to determine the viscosity of a liquid and no local deflection of the rotor from its operating position is used to determine the viscosity, but the rotor is left in its operating position and the viscosity is derived from measured variables of the pump or rotor certainly.

Üblicherweise ist die Drehrichtung einer Pumpe aufgrund der Ansteuerung des Elektromotors bekannt und eine Regelung der Pumpe kann allein anhand einer Drehzahl der Pumpe oder des Elektromotors erfolgen. Rotiert die Pumpe jedoch aufgrund einer extern aufgeprägten Überströmung, kann es vorkommen, dass ein Drehzahlregler mit einer falschen Regeldifferenz arbeitet, da die Richtung der Überströmung nicht bekannt ist. Rotiert die Pumpe beispielsweise aufgrund der extern aufgeprägten Überströmung entgegensetzt zu der durch die Ansteuerung gewünschten Förderrichtung, arbeitet der Drehzahlregler mit einer falschen Regeldifferenz, da das Vorzeichen der Drehzahl aufgrund der Überströmung nicht berücksichtigt wird. Insbesondere wenn beispielsweise der Betrag der Ist-Drehzahl größer als der Betrag der Soll-Drehzahl ist und die Pumpe aufgrund einer extern aufgeprägten Überströmung entgegengesetzt der Förderrichtung rotiert, kann ein herkömmlicher linearer Regler die Soll-Drehzahl nicht mehr einstellen, selbst wenn der elektrische Antrieb das erforderliche Drehmoment aufbringen könnte.The direction of rotation of a pump is usually known due to the activation of the electric motor, and the pump can be controlled solely on the basis of a speed of the pump or the electric motor. However, if the pump rotates due to an externally applied overflow, it can happen that a speed controller works with an incorrect control difference because the direction of the overflow is not known. For example, if the pump rotates in the opposite direction to the delivery direction required by the control due to the externally imposed overflow, the speed controller works with an incorrect control difference, since the sign of the speed is not taken into account due to the overflow. In particular, if, for example, the amount of the actual speed is greater than the amount of the target speed and the pump rotates in the opposite direction to the conveying direction due to an externally imposed overflow, a conventional linear controller can no longer set the target speed, even if the electric drive does could apply required torque.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein einfaches, zuverlässiges und kostengünstiges Verfahren zur Bestimmung einer Drehrichtung einer Pumpe bereitzustellen, welches im Fall einer extern aufgeprägten Überströmung der Pumpe zuverlässig arbeitet.The object of the present invention is therefore to provide a simple, reliable and cost-effective method for determining a direction of rotation of a pump which works reliably in the event of an externally imposed overflow of the pump.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Drehrichtung einer Pumpe nach Anspruch 1, eine Steuervorrichtung für eine Pumpe nach Anspruch 6, ein Pumpensystem nach Anspruch 8 und ein Fahrzeug nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.According to the present invention, this object is achieved by a method for determining a direction of rotation of a pump according to claim 1, a control device for a pump according to claim 6, a pump system according to claim 8 and a vehicle according to claim 10. The dependent claims define preferred and advantageous embodiments of the invention.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Drehrichtung einer Pumpe bereitgestellt. Bei dem Verfahren wird ein Antriebsmoment der Pumpe verändert und eine Drehzahländerung der Pumpe während oder aufgrund der Veränderung des Antriebsmoments erfasst. Durch Auswerten der Drehzahländerung und der Veränderung des Antriebsmoments wird die Drehrichtung der Pumpe bestimmt. Die Pumpe kann beispielsweise eine hydraulische Pumpe mit einem drehzahlgeregelten elektrischen Antrieb sein. Ferner kann die Pumpe eine bevorzugte Drehrichtung für die Förderung in eine hydraulische Richtung aufweisen, wodurch der Wirkungsgrad der Pumpe optimiert werden kann. Die Pumpe kann beispielsweise eine Radialpumpe mit einem Spiralgehäuse oder eine Zahnradpumpe umfassen. Zum Erfassen der Drehzahländerung kann beispielsweise eine Drehzahl der Pumpe über nur ein Signal erfasst werden, beispielsweise mit Hilfe eines Hall-Sensors, eines optischen Sensors oder mittels einer EMK-Messung an dem elektrischen Antrieb. Bei der EMK-Messung wird eine durch die Drehung des elektrischen Antriebs erzeugte induzierte Spannung, vorzugsweise bei abgeschaltetem Antrieb, ausgewertet. Vorzugsweise wird die Drehzahl nur als Betrag, d.h. nicht vorzeichenbehaftet oder drehrichtungsbehaftet, erfasst. Dadurch kann eine kostengünstige Erfassungssensorik verwendet werden. Durch Verändern des Antriebsmoments der Pumpe und gleichzeitigem Erfassen einer entsprechenden Drehzahländerung der Pumpe während der Veränderung des Antriebsmoments kann durch in Bezug Setzen dieser Größen die Drehrichtung der Pumpe bestimmt werden, insbesondere wenn die Pumpe aufgrund einer extern aufgeprägten hydraulischen Überströmung in Drehung versetzt wird. Wenn beispielsweise durch Erhöhen des Antriebsmoments in beispielsweise der bevorzugten Drehrichtung der Pumpe die Drehzahl der Pumpe ansteigt, kann daraus geschlossen werden, dass sich die Pumpe in der bevorzugten Drehrichtung dreht. Verringert sich hingegen die Drehzahl der Pumpe, obwohl das Antriebsmoment in der bevorzugten Drehrichtung erhöht wurde, kann davon ausgegangen werden, dass die Pumpe durch eine extern aufgeprägte hydraulische Überströmung entgegen der bevorzugten Drehrichtung angetrieben wird. Die so bestimmte Drehrichtung kann beispielsweise in einem Drehzahlregler verwendet werden, um eine gewünschte Drehzahl und Drehrichtung trotz der extern aufgeprägten hydraulischen Überströmung einzustellen. Indem die Drehrichtung der Pumpe durch Auswerten der Drehzahländerung und der Veränderung des Antriebsmoments bestimmt wird, ist nur ein Drehzahlsensor erforderlich, statt beispielsweise zwei verschoben angeordnete Drehzahlsensoren, mit welchen die Drehrichtung der Pumpe aus der Phasenlage zweier Signale der beiden Sensoren zueinander bestimmt werden kann. Somit kann eine kostengünstige und zuverlässige Drehrichtungserkennung realisiert werden.According to the present invention, a method for determining a direction of rotation of a pump is provided. In the method, a drive torque of the pump is changed and a change in the speed of the pump during or due to the change in the drive torque is detected. The direction of rotation of the pump is determined by evaluating the change in speed and the change in the drive torque. The pump can, for example, be a hydraulic pump with a speed-controlled electric drive. Furthermore, the pump can have a preferred direction of rotation for the delivery in a hydraulic direction, whereby the efficiency of the pump can be optimized. The pump can for example comprise a radial pump with a spiral housing or a gear pump. To detect the change in speed, for example, a speed of the pump can be detected using just one signal, for example with the help of a Hall sensor, an optical sensor or by means of an EMF measurement on the electric drive. During the EMF measurement, an induced voltage generated by the rotation of the electric drive is evaluated, preferably when the drive is switched off. The speed is preferably only recorded as an amount, ie not with a signed or direction of rotation. In this way, an inexpensive detection sensor system can be used. By changing the drive torque of the pump and at the same time detecting a corresponding change in the speed of the pump during the change in the drive torque, the direction of rotation of the pump can be determined by relating these variables, in particular if the pump is set in rotation due to an externally applied hydraulic overflow. If, for example, by increasing the drive torque in, for example, the preferred direction of rotation of the pump, the speed of the pump increases, it can be concluded from this that the pump is rotating in the preferred direction of rotation. If, on the other hand, the speed of the pump decreases, although the drive torque has been increased in the preferred direction of rotation, it can be assumed that the pump is driven counter to the preferred direction of rotation by an externally applied hydraulic overflow. The one so determined The direction of rotation can be used, for example, in a speed controller in order to set a desired speed and direction of rotation despite the externally applied hydraulic overflow. Since the direction of rotation of the pump is determined by evaluating the change in speed and the change in the drive torque, only one speed sensor is required instead of, for example, two shifted speed sensors with which the direction of rotation of the pump can be determined from the phase position of two signals from the two sensors to each other. In this way, a cost-effective and reliable detection of the direction of rotation can be realized.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verändern des Antriebsmoments der Pumpe ein Erhöhen des Antriebsmoments um einen ersten Wert für eine erste Zeit und ein Verringern des Antriebsmoments um einen zweiten Wert für eine zweite Zeit. Dreht sich die Pumpe in die Richtung, welche durch das Antriebsmoment vorgegeben wird, erhöht sich die Drehzahl beim Erhöhen des Antriebsmoments und verringert sich die Drehzahl beim Verringern des Antriebsmoments. Wird die Pumpe hingegen entgegen der von dem Antriebsmoment vorgegebenen Drehrichtung durch eine externe Überströmung angetrieben, kann durch Erhöhen des Antriebsmoments die Pumpe entweder abgebremst werden, so dass die Drehzahl sinkt, oder sogar in die durch das Antriebsmoment vorgegebene Drehrichtung angetrieben werden, wodurch der Betrag der Drehzahl zunächst bis auf Null absinkt und dann wieder ansteigt. Bei einem Verringern des Antriebsmoments kann die Drehzahl ansteigen, wenn sich die Pumpe aufgrund der aufgeprägten Überströmung entgegen der von dem Antriebsmoment vorgegebenen Drehrichtung dreht, und, wenn sich die Pumpe vor dem Verringern des Antriebsmoments in die durch das Antriebsmoment vorgegebene Richtung gedreht hat, kann die Drehzahl zunächst bis auf Null absinken und dann betragsmäßig wieder ansteigen, wobei sich die Pumpe dann jedoch entgegen der von dem Antriebsmoment vorgegebenen Drehrichtung dreht. Durch Auswerten der Drehzahländerung während der ersten Zeit und während der zweiten Zeit und unter Berücksichtigung der durchgeführten Änderungen des Antriebsmoments kann somit zuverlässig die Drehrichtung der Pumpe bestimmt werden.According to one embodiment, changing the drive torque of the pump comprises increasing the drive torque by a first value for a first time and reducing the drive torque by a second value for a second time. If the pump rotates in the direction specified by the drive torque, the speed increases when the drive torque is increased and the speed decreases when the drive torque is reduced. If, on the other hand, the pump is driven against the direction of rotation specified by the drive torque by an external overflow, the pump can either be braked by increasing the drive torque so that the speed drops, or even driven in the direction of rotation specified by the drive torque, whereby the amount of the The speed initially drops to zero and then increases again. When the drive torque is reduced, the speed can increase if the pump rotates against the direction of rotation specified by the drive torque due to the overflow, and if the pump has rotated in the direction specified by the drive torque before the drive torque was reduced, the The speed initially drops to zero and then increases again in terms of amount, the pump then however rotating in the opposite direction to the direction of rotation specified by the drive torque. By evaluating the change in speed during the first time and during the second time and taking into account the changes made to the drive torque, the direction of rotation of the pump can thus be reliably determined.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Soll-Antriebsmoment für die Pumpe vorgegeben. Der erste Wert, der zweite Wert, die erste Zeit und die zweite Zeit werden derart gewählt, dass ein mittleres Antriebsmoment der Pumpe, welches sich durch Mittelung des ersten und zweiten Antriebsmoments über der ersten und zweiten Zeit ergibt, dem vorgegebenen Soll-Antriebsmoment entspricht. Anders ausgedrückt wird das Soll-Antriebsmoment dadurch erreicht, dass die Pumpe für die erste Zeit ein höheres Antriebsmoment und für die zweite Zeit ein geringeres Antriebsmoment als das Soll-Antriebsmoment bereitstellt, so dass im Mittel das Soll-Antriebsmoment bereitgestellt wird. Die erste Zeit und die zweite Zeit können beispielsweise gleich groß gewählt werden und die Erhöhung und die Verringerung des Antriebsmoments entsprechend einen gleichen Erhöhungs- bzw. Verringerungsbetrag aufweisen. Die erste Zeit und die zweite Zeit werden vorzugsweise derart gewählt, dass die Pumpe aufgrund ihrer Massenträgheit der Änderung des Antriebsmoments folgen kann. Beispielsweise können die Zeiten derart gewählt werden, dass die Pumpe in der jeweiligen Zeit mehrere Umdrehungen durchführen kann. Beispielsweise kann die erste Zeit bzw. die zweite Zeit mindestens 100 ms oder mindestens 1 s betragen oder in einem Bereich von 100 ms bis 5 s gewählt werden.According to a further embodiment, a setpoint drive torque for the pump is specified. The first value, the second value, the first time and the second time are selected such that an average drive torque of the pump, which is obtained by averaging the first and second drive torque over the first and second time, corresponds to the specified target drive torque. In other words, the target drive torque is achieved in that the pump provides a higher drive torque for the first time and a lower drive torque than the target drive torque for the second time, so that the target drive torque is provided on average. The first time and the second time can be selected to be the same, for example, and the increase and decrease in the drive torque correspondingly have the same amount of increase or decrease. The first time and the second time are preferably selected such that the pump can follow the change in the drive torque due to its inertia. For example, the times can be chosen such that the pump can perform several revolutions in the respective time. For example, the first time or the second time can be at least 100 ms or at least 1 s or can be selected in a range from 100 ms to 5 s.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Drehzahländerung der Pumpe erfasst, indem ein Drehzahlsignal an der Pumpe oder dem zugeordneten Antrieb der Pumpe erfasst wird, welches unabhängig von der Drehrichtung der Pumpe ist. Das Drehzahlsignal liefert daher lediglich eine absolute Drehzahl bzw. den Betrag der Drehzahl ohne ein Vorzeichen oder eine Drehrichtung. Ein derartiges Drehzahlsignal ist beispielsweise einfach und kostengünstig mit einem Hall-Sensor, einem optischen Sensor oder über eine EMK-Messung (elektromotorische Kraft) erfassbar.According to a further embodiment, the change in speed of the pump is detected in that a speed signal is detected on the pump or the associated drive of the pump, which is independent of the direction of rotation of the pump. The speed signal therefore only supplies an absolute speed or the amount of the speed without a sign or a direction of rotation. Such a speed signal can be detected simply and inexpensively with a Hall sensor, an optical sensor or via an EMF measurement (electromotive force).

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das Auswerten der Drehzahländerung ein Bestimmen eines ersten Vorzeichens einer zeitlichen Ableitung des erfassten Drehzahlsignals und das Auswerten der Veränderung des Antriebsmoments umfasst ein Bestimmen eines zweiten Vorzeichens einer zeitlichen Ableitung des Antriebsmoments. Die Drehrichtung der Pumpe wird in Abhängigkeit von dem ersten Vorzeichen und dem zweiten Vorzeichen bestimmt. Das Bestimmen der zeitlichen Ableitungen von sowohl dem Antriebsmoment als auch dem Drehzahlsignal, welches nur den Betrag der Drehzahl und nicht die Drehrichtung anzeigt, kann beispielsweise mit einer geeigneten Steuervorrichtung, beispielsweise einem Drehzahlregler für die Pumpe, auf einfache Art und Weise implementiert werden, so dass das Verfahren kostengünstig realisiert werden kann.In a further embodiment, evaluating the change in speed includes determining a first sign of a time derivative of the detected speed signal and evaluating the change in the drive torque includes determining a second sign of a time derivative of the drive torque. The direction of rotation of the pump is determined as a function of the first sign and the second sign. The determination of the time derivatives of both the drive torque and the speed signal, which only indicates the amount of speed and not the direction of rotation, can be implemented in a simple manner, for example, with a suitable control device, for example a speed controller for the pump, so that the method can be implemented inexpensively.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Steuervorrichtung für eine Pumpe bereitgestellt, welche einen Sensor zum Erfassen einer Drehbewegung der Pumpe, einen Steuerausgang zum Einstellen eines Antriebsmoments der Pumpe und eine Verarbeitungsvorrichtung umfasst. Die Verarbeitungsvorrichtung ist in der Lage, über den Steuerausgang ein Signal zum Verändern des Antriebsmoments der Pumpe auszugeben und eine Drehzahländerung der Pumpe aus Informationen von dem Sensor zu bestimmen, während das Antriebsmoment verändert wird. Durch Auswerten der Drehzahländerung und der Veränderung des Antriebsmoments bestimmt die Verarbeitungsvorrichtung die Drehrichtung der Pumpe. Die Steuervorrichtung kann ferner zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens und einer seiner Ausführungsformen ausgestaltet sein und umfasst daher auch die im Zusammenhang mit dem Verfahren zuvor beschriebenen Vorteile.According to the present invention, a control device for a pump is further provided, which comprises a sensor for detecting a rotational movement of the pump, a control output for setting a drive torque of the pump and a processing device. The processing device is able to output a signal for changing the drive torque of the pump via the control output and to determine a change in the speed of the pump from information from the sensor while the drive torque is being applied is changed. By evaluating the change in speed and the change in the drive torque, the processing device determines the direction of rotation of the pump. The control device can also be designed to carry out the method described above and one of its embodiments and therefore also includes the advantages described above in connection with the method.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Pumpensystem bereitgestellt, welches eine Pumpe und die zuvor beschriebene Steuervorrichtung umfasst. Die Pumpe ist aufgrund einer extern aufgeprägten hydraulischen Überströmung in eine Drehung versetzbar. Die Pumpe ist abhängig von der Richtung der extern aufgeprägten Strömung in eine erste Drehrichtung oder eine zweite Drehrichtung, welche entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung ist, versetzbar. Mit Hilfe der Steuervorrichtung und dem darin realisierten Verfahren kann die Drehrichtung der Pumpe auch bei einer unbekannten extern aufgeprägten Strömung in entweder die erste Richtung oder die zweite Richtung bestimmt werden, wobei lediglich ein drehrichtungsunabhängiges Drehzahlsignal erfasst wird.According to the present invention, a pump system is further provided which comprises a pump and the control device described above. The pump can be set in rotation due to an externally applied hydraulic overflow. Depending on the direction of the externally imposed flow, the pump can be displaced in a first direction of rotation or in a second direction of rotation which is opposite to the first direction of rotation. With the aid of the control device and the method implemented therein, the direction of rotation of the pump can be determined in either the first direction or the second direction even with an unknown externally imposed flow, with only a rotational speed signal independent of the direction of rotation being recorded.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Pumpe derart ausgestaltet, dass sie eine bevorzugte Drehrichtung für eine Beförderung in eine hydraulische Richtung aufweist. Dies kann beispielsweise durch eine Radialpumpe mit einem Spiralgehäuse realisiert werden. Dadurch kann ein Wirkungsgrad der Pumpe verbessert werden.According to one embodiment, the pump is designed in such a way that it has a preferred direction of rotation for conveyance in a hydraulic direction. This can be implemented, for example, by a radial pump with a spiral housing. This can improve the efficiency of the pump.

Schließlich wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug mit dem zuvor beschriebenen Pumpensystem bereitgestellt. Die Pumpe kann in dem Fahrzeug beispielsweise eine zusätzliche Wasserpumpe sein, welche Wasser oder ein Kühlmittel in einem Heizungs- oder Kühlkreislauf fördert. Der Heizungs- oder Kühlkreislauf kann beispielsweise einen Wärmetauscher im Innenraum des Fahrzeugs zur Klimatisierung des Innenraums mit dem Kühlmittel versorgen oder beispielsweise ein Aggregat des Fahrzeugs, wie z.B. einen gekühlten Auspuffkrümmer oder beispielsweise Antriebsbatterien bei einem Elektrofahrzeug.Finally, according to the present invention, a vehicle with the pump system described above is provided. The pump can, for example, be an additional water pump in the vehicle, which pumps water or a coolant in a heating or cooling circuit. The heating or cooling circuit can, for example, supply a heat exchanger in the interior of the vehicle for air conditioning the interior with the coolant or, for example, an aggregate of the vehicle, such as a cooled exhaust manifold or, for example, drive batteries in an electric vehicle.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung im Detail beschrieben werden.

  • 1 zeigt ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt allgemein ein Problem bei einer Bildung einer Regeldifferenz bei einer extern überströmten Pumpe.
  • 3 zeigt ein spezielles Problem bei der Bildung einer Regeldifferenz einer extern überströmten Pumpe bei kleiner Soll-Drehzahl.
  • 4 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen einer Drehrichtung einer Pumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 stellt die Arbeitsweise des Verfahrens der 4 beispielhaft dar.
  • 6 zeigt die Bestimmung einer Regeldifferenz nachdem die Drehrichtung der Pumpe gemäß dem Verfahren der 4 bestimmt wurde.
The present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
  • 1 Figure 3 shows a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • 2 generally shows a problem with the formation of a control difference in the case of an externally overflowing pump.
  • 3 shows a special problem with the formation of a control difference of an externally overflowing pump at a low set speed.
  • 4th shows a method for determining a direction of rotation of a pump according to an embodiment of the present invention.
  • 5 represents the working of the procedure of 4th exemplary.
  • 6th shows the determination of a control difference after the direction of rotation of the pump according to the method of FIG 4th was determined.

1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem Verbrennungsmotor 11 und einer Pumpe 12. Die Pumpe 12 ist eine hydraulische Pumpe mit einem drehzahlgeregelten elektrischen Antrieb, wie sie beispielsweise als zusätzliche Wasserpumpe zur Versorgung eines Innenraumwärmetauschers oder eines Aggregats des Motors 11, beispielsweise eines kühlbaren Abgaskrümmers, verwendet werden kann. Für die Drehzahlregelung ist eine Steuervorrichtung 15 vorgesehen. Die Pumpe kann beispielsweise eine Pumpe in einem Leistungsbereich von bis zu 20 W sein. Darüber hinaus kann die Pumpe eine bevorzugte Drehrichtung für die Förderung in eine hydraulische Richtung aufweisen. Derartige Pumpen haben einen besonders hohen Wirkungsgrad. Die Pumpe 12 ist an ein hydraulisches Leitungssystem 13 angeschlossen. In dem hydraulischen Leitungssystem 13 können weitere Pumpen vorhanden sein, beispielsweise eine von dem Verbrennungsmotor 11 angetriebene Wasserpumpe. Dadurch können in dem Leitungssystem 13 Strömungen auftreten, welche in oder entgegengesetzt zu der bevorzugten Förderrichtung der Pumpe 12 verlaufen, wie es durch den Doppelpfeil 14 dargestellt ist. In diesem Fall spricht man von einer „Überströmung“ der Pumpe 12. Die Pumpe 12 kann beispielsweise als Radialpumpe mit einem Spiralgehäuse oder als eine Zahnradpumpe ausgebildet sein. Durch die aufgeprägte Überströmung kann beispielsweise einem Rotor oder Flügelrad der Pumpe und somit einem zugeordneten elektrischen Antrieb eine Drehbewegung aufgeprägt werden, welche je nach Richtung der Überströmung in oder entgegensetzt zu der bevorzugten Drehrichtung erfolgt. Die Drehzahl der Pumpe 12 bzw. des der Pumpe 12 zugeordneten elektrischen Antriebs kann beispielsweise mit einem Hall-Sensor, einem optischen Sensor oder über eine sogenannte Messung der elektromotorischen Kraft (EMK-Messung) auf der Grundlage einer in dem elektrischen Antrieb induzierten Spannung erfolgen. 1 shows a vehicle 10 with an internal combustion engine 11 and a pump 12th . The pump 12th is a hydraulic pump with a speed-controlled electric drive, as used, for example, as an additional water pump to supply an interior heat exchanger or an engine unit 11 , for example a coolable exhaust manifold, can be used. A control device is used to regulate the speed 15th intended. The pump can, for example, be a pump with a power range of up to 20 W. In addition, the pump can have a preferred direction of rotation for conveying in a hydraulic direction. Such pumps are particularly efficient. The pump 12th is connected to a hydraulic pipe system 13th connected. In the hydraulic pipe system 13th other pumps may be present, for example one from the internal combustion engine 11 powered water pump. This allows in the line system 13th Currents occur which are in or opposite to the preferred delivery direction of the pump 12th run as indicated by the double arrow 14th is shown. In this case one speaks of an "overflow" of the pump 12th . The pump 12th can for example be designed as a radial pump with a spiral housing or as a gear pump. The impressed overflow can be used, for example, to impress a rotary movement on a rotor or impeller of the pump and thus on an associated electric drive, which takes place in or opposite to the preferred direction of rotation, depending on the direction of the overflow. The speed of the pump 12th or that of the pump 12th Associated electric drive can for example take place with a Hall sensor, an optical sensor or via a so-called measurement of the electromotive force (EMF measurement) on the basis of a voltage induced in the electric drive.

Eine möglichst einfache Ausgestaltung der Drehzahlerfassung ist aus Kostengründen und Zuverlässigkeitsgründen wünschenswert. Daher liefert die Pumpe 12 ein Drehzahlsignal nur als Betrag, so dass die Drehrichtung nicht bekannt ist. Anders ausgedrückt wird die Drehzahl nicht vorzeichenbehaftet bereitgestellt, wenn das Vorzeichen die Drehrichtung repräsentiert. Bei einer nicht extern überströmten Pumpe ist ein derartiges nicht vorzeichenbehaftetes Drehzahlsignal ausreichend, um den elektrischen Antrieb zu regeln, da durch die angelegte Spannung an den elektrischen Antrieb die Förderrichtung und somit die Drehrichtung bekannt ist. Ein Drehzahlregler in der Steuervorrichtung 15 kann in diesem Fall auf einfache Art und Weise durch Bestimmen einer Drehzahldifferenz zwischen einer gewünschten Soll-Drehzahl und einer aktuellen Ist-Drehzahl eine entsprechende Regeldifferenz bestimmen und den elektrischen Antrieb entsprechend einstellen und nachregeln. Rotiert die Pumpe 12 aufgrund der extern aufgeprägten Überströmung 14 entgegengesetzt zu der Förderrichtung, welche durch Ansteuern des elektrischen Antriebs eingestellt werden soll, arbeitet der Drehzahlregler mit einer falschen Regeldifferenz, da das Vorzeichen der Ist-Drehzahl nicht bekannt ist und somit nicht berücksichtigt werden kann.A configuration of the speed detection that is as simple as possible is desirable for reasons of cost and reliability. Hence the pump delivers 12th a speed signal only as an amount, so that the direction of rotation is not known. In other words, the speed is not provided with a signed sign if the sign is Direction of rotation represented. In the case of a pump not overflowing externally, such an unsigned speed signal is sufficient to regulate the electric drive, since the conveying direction and thus the direction of rotation are known from the voltage applied to the electric drive. A speed controller in the control device 15th can in this case determine a corresponding control difference in a simple manner by determining a speed difference between a desired target speed and a current actual speed and set and readjust the electric drive accordingly. Rotates the pump 12th due to the externally imposed overflow 14th opposite to the conveying direction, which is to be set by activating the electric drive, the speed controller works with an incorrect control difference, since the sign of the actual speed is not known and therefore cannot be taken into account.

Dieses Problem wird nachfolgend anhand der 2 und 3 verdeutlicht werden. In den 2 und 3 wird nachfolgend davon ausgegangen, dass der Soll-Wert für die Drehzahl positiv ist, d.h. dass die Pumpe in der bevorzugten Förderrichtung betrieben werden soll. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt und kann in gleicher Art und Weise verwendet werden, wenn die Pumpe mit einem negativen Soll-Wert für die Drehzahl, also entgegen ihrer bevorzugten Förderrichtung, betrieben werden soll, oder wenn die Pumpe 12 förderrichtungsunabhängig ist und keine bevorzugte Drehrichtung besitzt. In dem Fall, welcher in 2 dargestellt ist, wird die Pumpe vorwärts oder rückwärts überströmt, so dass es zu einer Drehung des Rotors der Pumpe mit der Drehzahl nist kommt. Da nur die Drehzahl, aber nicht die Drehrichtung erfasst wird, ist es aus Sicht eines Drehzahlreglers nicht eindeutig, ob die Pumpe vorwärts überströmt wird und sich mit der Drehzahl nist dreht oder ob die Pumpe rückwärts überströmt wird und sich mit der Drehzahl -nist dreht. Dementsprechend ergeben sich unterschiedliche Drehzahldifferenzen, welche der Drehzahlregler für eine geeignete und schnelle Regelung zu verwenden hat. Wenn die Pumpe in Vorwärtsrichtung überströmt wird, besteht die verhältnismäßig geringe Drehzahldifferenz ndiff1, wohingegen, wenn die Pumpe rückwärts überströmt wird, eine verhältnismäßig große Drehzahldifferenz ndiff2 besteht. Wenn die Drehzahlregelung beispielsweise grundsätzlich von einer nicht überströmten oder vorwärts überströmten Pumpe ausgeht, wird die Soll-Drehzahl nsoll bei einer rückwärts überströmten Pumpe nur sehr langsam erreicht, da die Drehzahlregelung mit der falschen Regeldifferenz ndiff1 arbeitet.This problem is illustrated below using the 2 and 3 be clarified. In the 2 and 3 it is assumed below that the target value for the speed is positive, ie that the pump is to be operated in the preferred delivery direction. However, the present invention is not restricted to this case and can be used in the same way if the pump is to be operated with a negative setpoint value for the speed, i.e. against its preferred delivery direction, or if the pump 12th Is independent of the conveying direction and has no preferred direction of rotation. In the case of which in 2 is shown, the pump is flowed over forwards or backwards, so that there is a rotation of the rotor of the pump with the speed n ist . Since only the speed, but is not detected in the rotational direction, it is not clear from the viewpoint of a speed controller, if the pump flows over forward and n at the rotation speed is rotating or whether the pump is reversely flows over and is located with the -n speed turns. Accordingly, there are different speed differences which the speed controller has to use for a suitable and fast regulation. If there is a flow over the pump in the forward direction, there is a relatively small speed difference n diff1, whereas if the pump is overflow in reverse, there is a relatively large speed difference n diff2. If, for example, the speed control basically assumes a pump with no overflow or forward overflow, the target speed n setpoint is only reached very slowly with a backward overflow pump, since the speed control works with the wrong control difference n diff1 .

Noch gravierender wird dieses Problem, wenn die Soll-Drehzahl nsoll kleiner als die aktuelle durch die Überströmung erzeugte Drehzahl nist ist. 3 zeigt diesen Fall. Die Pumpe wird vorwärts oder rückwärts überströmt und es kommt zu einer Drehung des Rotors mit nist oder - nist. Es wird eine Drehzahl nsoll angefordert, welche kleiner als der Betrag der Ist-Drehzahl der Pumpe ist. Wenn die Drehrichtung nicht bekannt ist und ein Drehzahlregler, beispielsweise ein linearer Regler, von einer Vorwärtsüberströmung ausgeht, wird er den Antrieb der Pumpe nicht ansteuern und somit kein Moment aufbringen, da die Soll-Drehzahl ja bereits überschritten ist. Bei einer tatsächlichen Vorwärtsüberströmung entspricht dieses Verhalten der Erwartung. Bei einer Rückwärtsüberströmung ist dieses Verhalten jedoch unerwünscht. Erwünscht wäre in diesem Fall, dass der Regler ein entsprechend hohes Antriebsmoment gemäß der Drehzahldifferenz ndiff2 bereitstellt. Dazu ist jedoch erforderlich, dass der Regler die Drehrichtung des Rotors kennt.Even more serious is this problem, when the target speed is to n is less than n, the current generated by the overflow speed is. 3 shows this case. The pump flows over forwards or backwards and the rotor rotates with n ist or - n ist . A speed n soll is requested which is less than the amount of the actual speed of the pump. If the direction of rotation is not known and a speed controller, for example a linear controller, assumes a forward overflow, it will not control the drive of the pump and thus not generate any torque, since the set speed has already been exceeded. With an actual forward flow, this behavior corresponds to the expectation. However, this behavior is undesirable when there is a backward flow. In this case, it would be desirable for the controller to provide a correspondingly high drive torque in accordance with the speed difference n diff2. To do this, however, it is necessary that the controller knows the direction of rotation of the rotor.

Um die Drehrichtung zu erfassen, kann die Drehzahl beispielsweise durch zwei unabhängige, in einem mechanischen Winkel gegeneinander verschobene elektrische Signale erfasst werden. Die Drehrichtung kann dann aus der Phasenlage der beiden Signale zueinander ermittelt werden. Dazu sind jedoch zusätzliche Sensoren erforderlich, welche die Kosten erhöhen und einen höheren Bedarf an Bauraum haben. 4 zeigt daher ein Verfahren, mit welchem die Drehrichtung einer überströmten Pumpe bestimmt werden kann und bei dem nur ein einzelnes einfaches Drehzahlsignal von der Pumpe erforderlich ist. Die Steuervorrichtung 15 des Fahrzeugs 10 weist dazu einen Sensor zum Erfassen einer Drehbewegung der Pumpe 12 auf oder ist mit einem entsprechenden Sensor der Pumpe 12 verbunden. Über einen Steuerausgang der Steuervorrichtung 15 kann die Steuervorrichtung 15 ein Antriebsmoment der Pumpe 12 einstellen. Die Steuervorrichtung 15 umfasst ferner eine Verarbeitungsvorrichtung, welche das Verfahren 40 ausführt. Im Schritt 41 gibt die Steuervorrichtung 15 über den Steuerausgang ein Signal zum Verändern des Antriebsmoments der Pumpe 12 aus. Im Schritt 42 erfasst die Verarbeitungsvorrichtung mit Hilfe des Sensors eine Drehzahländerung der Pumpe 12, welche aufgrund der Veränderung des Antriebsmoments eintritt. Im Schritt 43 bestimmt die Verarbeitungsvorrichtung die Drehrichtung der Pumpe 12 durch Auswerten der Drehzahländerung und der Veränderung des Antriebsmoments. Auf der Grundlage der nun bestimmen Drehrichtung und der aktuellen Drehzahl kann die Steuervorrichtung 15 eine Drehzahldifferenz bestimmen, welche die Drehrichtung der Pumpe 12 berücksichtigt, und kann daher eine geeignete und schnelle Regelung der Drehzahl der Pumpe 12 sicherstellen.In order to detect the direction of rotation, the speed can be detected, for example, by two independent electrical signals that are offset from one another at a mechanical angle. The direction of rotation can then be determined from the phase relationship between the two signals. For this, however, additional sensors are required, which increase costs and require more installation space. 4th therefore shows a method with which the direction of rotation of an overflow pump can be determined and in which only a single, simple speed signal from the pump is required. The control device 15th of the vehicle 10 has a sensor for detecting a rotary movement of the pump 12th on or is with a corresponding sensor of the pump 12th connected. Via a control output of the control device 15th can the control device 15th a drive torque of the pump 12th to adjust. The control device 15th further comprises a processing device that executes the method 40 executes. In step 41 gives the control device 15th A signal for changing the drive torque of the pump via the control output 12th out. In step 42 the processing device detects a change in the speed of the pump with the aid of the sensor 12th which occurs due to the change in the drive torque. In step 43 the processing device determines the direction of rotation of the pump 12th by evaluating the change in speed and the change in the drive torque. On the basis of the direction of rotation now determined and the current speed, the control device can 15th determine a speed difference which determines the direction of rotation of the pump 12th taken into account, and can therefore be a suitable and rapid control of the speed of the pump 12th to ensure.

Die Arbeitsweise des zuvor beschriebenen Verfahrens 40 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 5 und 6 verdeutlicht werden. Es wird davon ausgegangen, dass die Pumpe 12 von der Steuervorrichtung 15 mit einem bestimmten Antriebsmoment angesteuert wird. Das Antriebsmoment kann beispielsweise mit einer Stromregelung des elektrischen Antriebs der Pumpe 12 oder beispielsweise mit einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung über eine H-Brücke eingestellt werden. Weiterhin kann bei einer Blockkommutierung das Antriebsmoment mittels Variation der Blocklänge eingestellt werden. Um herauszufinden, in welche Richtung sich die Pumpe tatsächlich dreht, kann kurzzeitig das von der Steuervorrichtung 15 eingestellte Antriebsmoment variiert werden. In 5 ist eine Beaufschlagung des Antriebsmoments mit einem positiven Versatz, einem sogenannten Offset, dargestellt, d.h. das Antriebsmoment wird erhöht. Bei einer rückwärts überströmten und daher rückwärts laufenden Pumpe verringert sich dadurch die Drehzahl, so dass die Ableitung der Drehzahl nach der Zeit durch die Veränderung des Antriebsmoments negativ ist, was in 4 auf der linken Seite des Drehzahlstrahls dargestellt ist. Bei einer in Vorwärtsrichtung überströmten Pumpe erhöht sich durch Erhöhen des Antriebsmoments die Drehzahl, so dass die Ableitung des Betrags der Drehzahl nach der Zeit positiv ist. Die Bestimmung des Drehzahlvorzeichens erfolgt somit durch eine Analyse der ersten Ableitung des Drehzahlsignals, welches nur den Betragswert der Drehzahl als Eingangsgröße enthält, wie es von dem Sensor geliefert wird. Entspricht das Vorzeichen der ersten Ableitung des Drehzahlsignals dem Vorzeichen des Versatzes, welcher bei dem Antriebsmoment eingestellt wurde, so ist das Vorzeichen der Drehzahl positiv, d.h. die Pumpe rotiert in der bevorzugten Drehrichtung. Sind die Vorzeichen entgegengesetzt, ist das Vorzeichen der Drehzahl negativ. Die so gewonnene Drehrichtungsinformation kann bei der Bildung der Regelabweichung im Drehzahlregler der Pumpe berücksichtigt werden, wie es in 6 für den Fall dargestellt ist, dass eine negative Drehrichtung ermittelt wurde.How the procedure described above works 40 is described below with reference to the 5 and 6th be clarified. It is assumed that the pump 12th from the control device 15th is controlled with a certain drive torque. The drive torque can, for example, with a current control of the electric drive of the pump 12th or, for example, can be set with a pulse-width-modulated control via an H-bridge. Furthermore, with block commutation, the drive torque can be set by varying the block length. In order to find out in which direction the pump is actually rotating, the control device can briefly do this 15th set drive torque can be varied. In 5 an application of the drive torque with a positive offset, a so-called offset, is shown, ie the drive torque is increased. If the pump flows backwards and therefore runs backwards, the speed is reduced, so that the derivative of the speed with respect to time is negative due to the change in the drive torque, which is shown in 4th is shown on the left side of the speed beam. In the case of a pump overflowing in the forward direction, increasing the drive torque increases the speed, so that the derivative of the amount of the speed with respect to time is positive. The rotational speed sign is thus determined by analyzing the first derivative of the rotational speed signal, which only contains the absolute value of the rotational speed as an input variable, as it is supplied by the sensor. If the sign of the first derivative of the speed signal corresponds to the sign of the offset that was set for the drive torque, then the sign of the speed is positive, ie the pump rotates in the preferred direction of rotation. If the signs are opposite, the sign of the speed is negative. The information about the direction of rotation obtained in this way can be taken into account when forming the system deviation in the speed controller of the pump, as shown in 6th is shown for the case that a negative direction of rotation was determined.

Zusammenfassend wird die Drehrichtung mittels Variation des Antriebsmoments des elektrischen Antriebs und Analyse des Drehzahlsignals ermittelt. Durch aktiven Eingriff in das System wird das Moment des elektrischen Antriebs variiert. Die Drehrichtung wird durch Analyse der Systemreaktion (des Drehzahlsignals) bei einem Einsatz von nur einem einzigen Sensor für die Drehzahlerfassung ermittelt. Sofern es möglich ist, kann die Veränderung des Moments in einer zeitlichen Abfolge mit einem positiven und einem negativen Versatz, einem sogenannten positiven oder negativen Offset, erfolgen, so dass das mittlere Drehmoment idealerweise über der gesamten Zeit unverändert bleibt. Statt der ersten Ableitung des Drehzahlsignals, wie es in 4 gezeigt wurde, kann auch eine Drehzahldifferenz zwischen einer Drehzahl vor dem Verändern des Antriebsmoments und einer Drehzahl nach dem Verändern des Antriebsmoments verwendet werden. Das Antriebsmoment kann für eine bestimmte Zeit verändert werden, welche so lang ist, dass sich die Drehzahl der Pumpe unter Berücksichtigung der Massenträgheit der Pumpe aufgrund der Veränderung des Antriebsmoments verändern kann. Beispielsweise kann das Antriebsmoment für mindestens 100 ms oder mehrere Sekunden, beispielsweise 2 s erhöht oder verringert werden und die Drehzahländerung während dieser Zeit erfasst werden, um daraus die Drehrichtung zu bestimmen. Das in 4 gezeigte Verfahren kann beispielsweise auch zweimal hintereinander ausgeführt werden, wobei im Schritt 41 einmal das Antriebsmoment für eine bestimmte Zeit verringert wird und beim nächsten Mal für eine bestimmte Zeit erhöht wird. Dadurch kann auch in Überströmungssituationen nahe der Drehzahl Null die Drehrichtung zuverlässig erkannt werden.In summary, the direction of rotation is determined by varying the drive torque of the electric drive and analyzing the speed signal. Active intervention in the system varies the torque of the electric drive. The direction of rotation is determined by analyzing the system reaction (the speed signal) when only one sensor is used for speed measurement. If it is possible, the torque can be changed in a time sequence with a positive and a negative offset, a so-called positive or negative offset, so that the mean torque ideally remains unchanged over the entire time. Instead of the first derivative of the speed signal as shown in 4th has been shown, a speed difference between a speed before changing the drive torque and a speed after changing the drive torque can also be used. The drive torque can be changed for a certain time, which is so long that the speed of the pump can change due to the change in the drive torque, taking into account the inertia of the pump. For example, the drive torque can be increased or decreased for at least 100 ms or several seconds, for example 2 s, and the change in speed can be detected during this time in order to determine the direction of rotation therefrom. This in 4th The method shown can, for example, also be carried out twice in succession, in step 41 once the drive torque is reduced for a certain time and the next time it is increased for a certain time. As a result, the direction of rotation can be reliably detected even in overflow situations close to zero speed.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Fahrzeugvehicle
1111
AntriebsmotorDrive motor
1212th
Pumpepump
1313th
LeitungssystemPiping system
1414th
ÜberströmrichtungOverflow direction
1515th
SteuervorrichtungControl device
4040
VerfahrenProcedure
41-4341-43
VerfahrensschritteProcedural steps

Claims (10)

Verfahren zum Bestimmen einer Drehrichtung einer Pumpe, die aufgrund einer extern aufgeprägten hydraulischen Überströmung in Drehung versetzt werden kann, gekennzeichnet durch: - Verändern eines Antriebsmoments der Pumpe (12), - Erfassen einer Drehzahländerung der Pumpe (12) während der Veränderung des Antriebsmoments, und - Bestimmen der Drehrichtung der Pumpe (12) durch Auswerten der Drehzahländerung und der Veränderung des Antriebsmoments.Method for determining a direction of rotation of a pump which can be set in rotation due to an externally applied hydraulic overflow, characterized by : - changing a drive torque of the pump (12), - detecting a change in speed of the pump (12) during the change in the drive torque, and - Determining the direction of rotation of the pump (12) by evaluating the change in speed and the change in the drive torque. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verändern des Antriebsmoments der Pumpe (12) umfasst: - Erhöhen des Antriebsmoments um einen ersten Wert für eine erste Zeit, und - Verringern des Antriebsmoments um einen zweiten Wert für eine zweite Zeit.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the changing of the drive torque of the pump (12) comprises: - increasing the drive torque by a first value for a first time, and - reducing the drive torque by a second value for a second time. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Sollantriebsmoment für die Pumpe (12) vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wert, der zweite Wert, die erste Zeit und die zweite Zeit derart gewählt werden, dass ein mittleres Antriebsmoment der Pumpe (12) während der ersten und zweiten Zeit dem vorgegebenem Sollantriebsmoment entspricht.Procedure according to Claim 2 , wherein a target drive torque for the pump (12) is specified, characterized in that the first value, the second value, the first time and the second time are selected such that an average drive torque of the pump (12) during the first and second Time corresponds to the specified target drive torque. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Drehzahländerung der Pumpe (12) umfasst: - Erfassen eines Drehzahlsignals, welches unabhängig von der Drehrichtung der Pumpe (12) ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the detection of the change in speed of the pump (12) comprises: - Detection of a speed signal which is independent of the direction of rotation of the pump (12). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten umfasst: - Bestimmen eines ersten Vorzeichens einer zeitlichen Ableitung des erfassten Drehzahlsignals, - Bestimmen eines zweiten Vorzeichens einer zeitlichen Ableitung des Antriebsmoments, und - Bestimmen der Drehrichtung der Pumpe (12) in Abhängigkeit von dem ersten Vorzeichen und dem zweiten Vorzeichen.Procedure according to Claim 4 , characterized in that the evaluation comprises: - determining a first sign of a time derivative of the detected speed signal, - determining a second sign of a time derivative of the drive torque, and - determining the direction of rotation of the pump (12) as a function of the first sign and the second sign. Steuervorrichtung für eine Pumpe, die aufgrund einer extern aufgeprägten hydraulischen Überströmung in Drehung versetzt werden kann, umfassend: - einen Sensor zum Erfassen einer Drehbewegung der Pumpe (12), - einen Steuerausgang zum Einstellen eines Antriebsmoments der Pumpe (12), und - eine Verarbeitungsvorrichtung, welche ausgestaltet ist, über den Steuerausgang ein Signal zum Verändern des Antriebsmoments der Pumpe (12) auszugeben, dadurch gekennzeichnet dass die Verarbeitungsvorrichtung ferner ausgestaltet ist, eine Drehzahländerung der Pumpe (12) während der Veränderung des Antriebsmoments zu bestimmen und eine Drehrichtung der Pumpe (12) durch Auswerten der Drehzahländerung und der Veränderung des Antriebsmoments zu bestimmen.Control device for a pump, which can be set in rotation due to an externally applied hydraulic overflow, comprising: - a sensor for detecting a rotary movement of the pump (12), - a control output for setting a drive torque of the pump (12), and - a processing device which is designed to output a signal for changing the drive torque of the pump (12) via the control output, characterized in that the processing device is further designed to determine a change in the speed of the pump (12) during the change in the drive torque and to determine a direction of rotation of the pump ( 12) by evaluating the change in speed and the change in drive torque. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (15) zur Durchführung des Verfahrens (40) nach einem der Ansprüche 1-5 ausgestaltet ist.Control device according to Claim 6 , characterized in that the control device (15) for performing the method (40) according to one of the Claims 1 - 5 is designed. Pumpensystem, umfassend: - eine Pumpe (12) und - eine Steuervorrichtung (15) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (12) aufgrund einer extern aufgeprägten hydraulischen Überströmung (14) in Drehung versetzbar ist, wobei die Pumpe (12) in Abhängigkeit von einer Richtung der extern aufgeprägten Überströmung (14) in eine erste Drehrichtung oder in eine zweite Drehrichtung entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung versetzbar ist.Pump system comprising: - a pump (12) and - a control device (15) according to Claim 6 or 7th , characterized in that the pump (12) can be set in rotation due to an externally applied hydraulic overflow (14), the pump (12) in a first direction of rotation or in a second depending on a direction of the externally applied overflow (14) Direction of rotation can be offset opposite to the first direction of rotation. Pumpensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (12) eine bevorzugte Drehrichtung für eine Förderung in eine hydraulische Richtung aufweist.Pump system according to Claim 8 , characterized in that the pump (12) has a preferred direction of rotation for conveying in a hydraulic direction. Fahrzeug mit einem Pumpensystem nach Anspruch 8 oder 9.Vehicle with a pumping system Claim 8 or 9 .
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