DE102017222761A1

DE102017222761A1 - Hydraulische Versorgungseinrichtung

Info

Publication number: DE102017222761A1
Application number: DE102017222761.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-06-19
Also published as: CN110005598B; CN110005598A

Abstract

Eine hydraulische Versorgungseinrichtung zur Versorgung oder Ansteuerung eines hydraulischen Verbrauchers mit hydraulischen Druckmittel umfasst eine hydraulische Pumpe, einen Elektromotor, der zum Antreiben der Pumpe angeordnet ist, und einen Umrichter, angeordnet zum Ansteuern des Elektromotors mit einer vorgebbaren Drehzahl. Erfindungsgemäß ist der Umrichter mit einer elektronischen Ablaufsteuerung versehen, die dazu eingerichtet ist einen zeitlichen oder ereignisgesteuerten Verlauf eines von der hydraulischen Pumpe - in Folge der Ansteuerung des elektrischen Motors - erbrachten hydraulischen Drucks und/oder einer geförderten Druckmittelmenge vorzugeben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Versorgungseinrichtung zur Versorgung oder Ansteuerung eines hydraulischen Verbrauchers.
Herkömmliche Versorgungseinrichtungen, auch Aggregate genannt, sind bekannt. Die Anmelderin bietet unter der Bezeichnung ABPAC, CytroPac bzw. DFE oder Sytronix hydraulische Einheiten an, die einen hydraulischen Verbraucher mit Druckmittel versorgen oder sogar direkt ansteuern.
Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2015 219 091 A1 der Anmelderin zeigt eine sogenanntes Kompaktaggregat, bei dem ein Ölbehälter, ein mittels eines Umrichters drehzahlvariabel angesteuerter Elektromotor und eine hydraulische Pumpe eine Baueinheit bilden. Mit Hilfe des Umrichters kann die Fördermenge des Aggregats gesteuert werden.
Eine Anordnung aus drehzahlvariablen Motor, in ihrem Fördervolumen verstellbarer Pumpe und einer dieser Anordnung zugeordneten Steuerung zeigt die DE 10 2008 019 501 A1 . Dabei werden von einer übergeordneten Steuerung Druck- und Förderstrom-Werte der Motor-/Pumpenanordnung als Sollwerte vorgegeben. Die der Motor-/Pumpenanordnung zugeordnete Steuerung steuert entsprechend dieser vorgegebenen Sollwerte ein Volumenstellglied der Pumpe und die Drehzahl des Elektromotors mit Hilfe eines sogenannten Drehzahlvorgabeglieds. Allerdings sind der abgegebene hydraulische Förderstrom und der Druck am Ausgang der Motor-/Pumpenanordnung immer durch die von außerhalb der Motor-/Pumpenanordnung vorgegebenen Sollwerte bestimmt. In der der Motor-/Pumpenanordnung zugeordnete Steuerung wird eine Optimierung zur Einstellung der vorgegebenen Sollwerte mit Hilfe der Stellgrößen Drehzahl und Fördernmenge der Verstellpumpe betrieben.
Bei solchen Aggregaten oder Anordnungen ist bisher das gewünschte Betriebsverhalten der Motor-/Pumpenanordnung - einschließlich des Verhaltens in Fehlerfällen - weitestgehend von der übergeordneten Steuerung abzubilden und verursacht daher gewissen Aufwand bei der Projektierung und Implementierung.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Aufgabe, eine hydraulische Versorgungseinrichtung einfacher in eine Produktionsanlage oder Maschine einbinden zu können.
Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Versorgungseinrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine hydraulische Versorgungseinrichtung zur Versorgung oder Ansteuerung eines hydraulischen Verbrauchers mit hydraulischen Druckmittel angegeben, welche eine hydraulische Pumpe, einen Elektromotor, der zum Antreiben der Pumpe angeordnet ist, und einen Umrichter, angeordnet zum Ansteuern des Elektromotors mit einer vorgebbaren Drehzahl, umfasst. Dabei ist der Umrichter mit einer elektronischen Ablaufsteuerung versehen, die dazu eingerichtet ist, einen zeitlichen oder ereignisgesteuerten Verlauf eines von der hydraulischen Pumpe - in Folge der Ansteuerung des elektrischen Motors - erbrachten hydraulischen Drucks und/oder einer geförderten Druckmittelmenge vorzugeben. Auf diese Weise können einfache und auch aufwendigere Betriebsabläufe der hydraulischen Versorgungseinrichtung bereits vorkonfiguriert in der hydraulischen Versorgungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden und zwar in einer Steuerung des Umrichters - die erfindungsgemäß nun als Ablaufsteuerung ausgebildet ist. Auch können vorkonfigurierte Druckverläufe und/oder Förderstromverläufe - in dieser Anmeldung auch vereinfacht als Druck-/ Förderstrom-Profil bzw. als P/Q-Verlauf oder P/Q-Profil bezeichnet, und z.B. dargestellt als Ablaufprogramm - für den Fall eines Auftretens von Fehlern oder als Reaktion auf äußerer Einflüsse auf die hydraulische Versorgungseinrichtung vorgehalten werden. Diese P/Q-Verläufe kann der Endanwender z.B. durch bestimmte Trigger-Signale auslösen, oder sie laufen automatisch ab, ohne das der Endanwender dafür selbst ein Verhalten der Versorgungseinrichtung definieren und implementieren müsste.
Die so ausgestattete hydraulische Versorgungseinrichtung ist daher mit sehr wenig Projektierungsaufwand in eine Produktionsanlage oder eine Maschine einzubinden und führt im Betrieb selbstständig vorkonfigurierte zeitliche oder ereignisgesteuerte Verläufe bezüglich Förderstrom oder Druck aus. So kann der Aufwand zur Projektierung und Einrichtung einer Produktionsanlage oder einer Maschine deutlich reduziert werden, da auf vorgegebene Programme für typische Abläufe der hydraulischen Versorgungseinrichtung zurückgegriffen werden kann. Einfache Abläufe können von der hydraulischen Versorgungseinrichtung mit Hilfe von in der Ablaufsteuerung hinterlegten P/Q-Verläufen sogar im Stand-Alone Betrieb durchgeführt werden.
Ein Beispiel für einen vorkonfigurierten Ablauf, könnte z.B. eine Notfahrt mit einem vorgegebenen Druck-/Förderstrom-Profil sein, das ausgeführt wird, wenn der Anwender einen Nothalt-Taster betätigt. Oder es könnte nach Eingang eines Start Signals von einer übergeordneten Steuerung ein in der Steuerung des Umrichters vorkonfiguriertes Druck-/ Förderstrom-Profil selbstständig von der hydraulischen Versorgungseinrichtung gefahren werden. Dabei können sogar Randbedingungen, wie das Erreichen einer bestimmten Position des hydraulischen Verbrauchers abgeprüft werden und demgemäß das Fortschreiten des vorgegebenen Verlaufs mit z.B. phasenweise vorgegebenen Druck- oder Förderstrom-Werten von z.B. einer ersten Bewegungsphase in eine zweite Bewegungsphase gesteuert werden. Außerdem können umweltbedingte oder einsatzbedingte Randbedingungen erfasst und zur Eigensteuerung der hydraulischen Versorgungseinrichtung oder zur Anpassung von hinterlegten Abläufen oder zur Anpassung von einer externen Steuerungsvorgabe genutzt werden. So kann z.B. bei kalter Temperatur des Druckmittels oder bei erhöhten Verschmutzungsgrad eines Filters ein anderes Ablaufprogramm selektiert werden als bei Standard-Betriebsbedingungen.
Als Ablaufprogramm kommen in diesem Sinne auch z.B. das Fahren von Rampen zum Erreichen einer Sollwertvorgabe in Betracht. Es können in Abhängigkeit von den besagten äußeren Bedingungen die Steilheit der Rampen oder die Amplitude-Zeit-Kontur solcher Rampen geändert werden.
Denkbar sind weiterhin Warmlaufprogramme, bei denen die Pumpe zunächst mit vorgegebener Fördermenge Druckmittel über einen Bypass oder über einen Filter in den Tank rückfördert, ebenfalls Speicherladeprogramme, bei denen ein Füllstand oder ein Druck am Speicher gemessen wird und damit eine bestimmte Druck- und/oder Förderstrom-Verlauf eingestellt oder angepasst wird. Weiter denkbar sind - wie bereits gesagt - Notfahrtprogramme, ebenso Ablaufprogramme für die Bewegung von hydraulischen Verbrauchern, die dezentral in der Ablaufsteuerung der hydraulischen Versorgungseinrichtung in deren Umrichter vorgehalten werden.
Die Ablaufsteuerung kann auch den Wärmehaushalt der Komponenten der hydraulischen Versorgungseinrichtung - nämlich Leistungsteil des Umrichters, Elektromotor, Pumpe, Behälter, ggf. Kühler - berücksichtigen und demgemäß z.B. Rampen oder die Fördermenge und den Druck, zusammen also die erbrachte Leistung der hydraulischen Versorgungseinrichtung innerhalb von den vorgegebenen Abläufen oder ausgehend von extern vorgegebenen Sollwerten anpassen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Als besonders vorteilhaft wird angesehen, wenn eine elektronische Schaltung des Umrichters und die elektronische Ablaufsteuerung im selben Gehäuse angeordnet sind, insbesondere wenn der Umrichter einen Mikrokontroller aufweist, der mittels eines auf ihm ausführbaren Programmes die besagte elektronische Ablaufsteuerung darstellt - zusätzlich zu einem herkömmlichen Umrichtersteuermodul, welches das Leistungsteils des Umrichters anhand von Sollwertvorgaben ansteuert. Auf diese Weise wird die herkömmlicher Weise ohnehin vorhandene Ressource des Mikrokontrollers optimal für die Zwecke der Erfindung genutzt. Vorzugsweise ist die elektronische Ablaufsteuerung als eine frei programmierbare Ablaufsteuerung mit NC und/oder SPS Funktionalität ausgebildet. Dann können auf einfache Weise zeitliche oder ereignisgesteuerte Abläufe beschrieben und programmiert werden, es können Randbedingungen abgeprüft und ein vorgegebener Ablauf anhand der Randbedingungen modifiziert werden.
Es wird bevorzugt, wenn die elektronische Ablaufsteuerung eine erste Schnittstelle zu einem Bussystem aufweist, und insbesondere, wenn über das Bussystem eine übergeordnete Steuerung verbindbar ist, um die Ablaufsteuerung auf einfache Weise zu konfigurieren und anzusprechen.
Vorzugsweise ist in der elektronischen Ablaufsteuerung ein Ablaufprogramm für die Vorgabe des besagten zeitlichen Verlaufes vorgehalten, und die elektronische Ablaufsteuerung ist weiter vorzugsweise so eingerichtet, dass über die erste Schnittstelle das Ablaufprogramm selbst und/oder Parameter des Ablaufprogrammes eingespielt und/oder ausgelesen und/oder verändert werden können.
Vorteilhaft ist es außerdem, wenn die elektronische Ablaufsteuerung eine zweite Schnittstelle aufweist, und wenn die elektronische Ablaufsteuerung dazu eingerichtet ist, das besagte Ablaufprogramm oder einen vorgegebenen Teil des Ablaufprogramms nach Empfang eines Trigger-Signals auf der zweiten Schnittstelle auszuführen. Es können dann zeitliche oder ereignisgesteuerte Druck- und/oder Förderstromverläufe anhand des Ablaufprogramms vom Anwender oder automatisch von einer übergeordneten Steuerung ausgelöst werden. Diese zweite Schnittstelle und die im folgenden beschriebenen Schnittstellen können natürlich Teil der ersten Busschnittstelle sein. Die einmal ausgelösten Abläufe mit den zeitlichen oder ereignisgesteuerten Druck- und/oder Förderstromverläufen müssen oft auch gar nicht mehr weiter überwacht werden, sondern werden gemäß dem Ablaufprogramm selbstständig von der Ablaufsteuerung als P- und/oder Q-Sollwerte oder P-/Q-Sollwertverläufe vorgegeben und vom Umrichter mit Hilfe des Umrichtersteuermoduls und des Leistungsteils ausgeführt. Lediglich im Fehlerfall würde die übergeordnete Steuerung eine Meldung vom Umrichter erhalten und müsste ggf. sichernd eingreifen. Ein Beispiel für ein anwendergeneriertes Triggersignal kann ein Schaltsignal von einem Taster sein, durch das z.B. ein Ablaufprogramm für einen Nothalt der hydraulischen Versorgungseinrichtung oder des hydraulischen Verbrauchers initiiert wird, oder durch das ein vorgegebenes Ablaufprogramm mit einem vorgegebenen Druck-/ Förderstromverlauf oder mit einer Reihe von nacheinander ablaufenden, ggf. ereignisgesteuert weitergeschalteten Druck-/ Förderstromverlaufsphasen gestartet wird.
Weiter bevorzugt wird, wenn die elektronische Ablaufsteuerung eine dritte Schnittstelle aufweist, die dazu eingerichtet ist ein Positionssignal und/oder ein Geschwindigkeitssignal von einem hydraulischen Verbraucher zu empfangen, und wenn die elektronische Ablaufsteuerung dazu eingerichtet ist, den besagten zeitlichen Verlauf - z.B. dargestellt als Ablaufprogramm - unter Berücksichtigung des Positionssignals und/oder Geschwindigkeitssignals anhand vorgegebener Regelungskriterien oder Entscheidungskriterien vorzugeben. Es kann so z.B. in einem Ablaufprogramm die Weiterschaltung von einer ersten Druck-/ Förderstromverlaufsphase in eine zweite Druck-/ Förderstromverlaufsphase in Anhängigkeit von einer Position des Verbrauchers bewerkstelligt werden. So kann z.B. eine positionsabhängige Geschwindigkeitsreduzierung des Verbrauchers, vermittelt durch eine entsprechende Förderstromreduzierung der hydraulischen Pumpe, ähnlich einer Anschlagsdämpfung ausgeführt werden. Oder es wird z.B. bei Betätigung eines Spannzylinders von einer Zustellbewegung, d.h. Ausfahren des Zylinders mit vorgegebenen Förderstrom in eine Einspann-Phase mit vorgegebenen Druck umgeschaltet. Die Beendigung der Spannphase kann der Werker dann über einen Taster oder eine übergeordnete Steuerung über einen Trigger vorgeben, worauf sich eine Rückzugsbewegung, d.h. Einfahren des Zylinders mit vorgegebenen Förderstrom bis zum Erreichen einer Offen-Position anschließt. Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die elektronische Ablaufsteuerung eine vierte Schnittstelle aufweist, die dazu eingerichtet ist ein Zustandssignal der hydraulischen Pumpe und/oder des Elektromotors und/oder des Umrichters zu empfangen, und dass die elektronische Ablaufsteuerung dazu eingerichtet ist, den besagten zeitlichen oder ereignisgesteuerten Verlauf unter Berücksichtigung des auf der besagten vierten Schnittstelle empfangenen Zustandssignals anhand vorgegebener Entscheidungskriterien vorzugeben. So können z.B. Beschleunigungsvorgänge in den Druck- und/oder Förderstromverläufen sanfter gestaltet werden, oder es können Rampen, die zur Erreichung von Sollwertvorgaben aus der übergeordneten Steuerung oder aus der Ablaufsteuerung gefahren werden, steiler oder weniger steil gestaltet werden. Es können z.B. Sensoren für die Temperatur des Elektromotors, der Pumpe, des Umrichters vorhanden sein, die jeweils ein Zustandssignal generieren und der fünften Schnittstelle zuführen. Der Umrichter kann selbst ein Signal über die thermische Auslastung des Motors generieren, was ebenfalls unter den Begriff Zustandssignal fallen soll. Es können Vibrationssensoren an der Pumpe vorhanden sein, die einen Kavitationszustand anzeigen oder es kann ein Druck am Sauganschluss oder ein Druck am Druckmittelausgang der Pumpe mittels Sensor erfasst werden und der vierten Schnittstelle als Zustandssignal zugeführt sein.
Weiter bevorzugt wird es, wenn bei einer hydraulische Versorgungseinrichtung mit einem Behälter für hydraulisches Druckmittel ein Sensor vorhanden ist, der angeordnet ist, ein Zustandssignal des Behälters, des im Behälter befindlichen hydraulischen Druckmittels oder einer dem Behälter zugeordneten Kühleinrichtung oder Filtereinrichtung zu generieren, wobei die elektronische Ablaufsteuerung eine fünfte Schnittstelle aufweist, die mit dem Sensor verbunden ist, und wobei die elektronische Ablaufsteuerung dazu eingerichtet ist, den besagten zeitlichen oder ereignisgesteuerten Verlauf unter Berücksichtigung des auf der besagten fünften Schnittstelle empfangenen Zustandssignals anhand vorgegebener Entscheidungskriterien vorzugeben. Auf diese Weise können, ähnlich wie im Zusammenhang mit den Zustandssignalen der hydraulischen Pumpe und/oder des Elektromotors und/oder des Umrichters beschrieben, entweder schonende Druck- und/oder Förderstromverläufe oder bei Nennbedingungen die Leistungsspezifikationen der hydraulischen Versorgungseinrichtung voll ausnutzende Druck- und/oder Förderstromverläufe gefahren werden. Es können z.B. Sensoren für Öltemperatur, Füllstand, Gaslast im Druckmittel im Behälter, Vibration, Kühlertemperatur, Filterstaudruck, Filterverschmutzung etc. vorhanden sein, die jeweils ein Zustandssignal generieren und der fünften Schnittstelle zuführen. Signale dieser oder der in den vorherigen Absätzen erwähnten Sensoren können natürlich auch dazu genutzt werden ein vorgegebenes Ablaufprogramm anzusteuern oder ein bestimmtes Teilprogramm eines Ablaufprogramms zu selektieren und auszuführen.
Sämtliche zuvor erwähnte Sensoren können natürlich auch per Buskoppler über den Bus an die Ablaufsteuerung angekoppelt sein und mit dieser kommunizieren. Die jeweiligen Sensor-Schnittstellen sind dann Bestandteil der Busschnittstelle der Ablaufsteuerung.
Die einzige Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen hydraulischen Versorgungseinrichtung.
Gemäß der Figur ist eine hydraulische Versorgungseinrichtung 1, ausgebildet als Aggregat oder Kompaktaggregat oder als steuerbare Druckmittelquelle mit einer hydraulischen Pumpe 12 versehen, die Druckmittel über hydraulische Leitungen einer hydraulischen Schaltung 3 - hier symbolisch dargestellt durch Ventil 36 - oder direkt einem hydraulischen Verbraucher, dem Zylinder 10 zuführt. Zudem kann die hydraulische Versorgungseinrichtung einen Speicher 54 aufweisen, der Druckmittel vorhält. Die Pumpe 12 wird von einem Elektromotor 14 angetrieben. Der Elektromotor 14 wird von einem Umrichter 16 mit elektrischem Strom versorgt. Dazu ist der Umrichter 16 mit einem 3-Phasen Drehstromanschluss mit dem Elektromotor 14 verbunden. Der Umrichter 16 besitzt ein Leistungsteil 17 sowie eine elektronische Steuerung, die erfindungsgemäß als Ablaufsteuerung 18 ausgebildet ist, bzw. die ein Modul zur Durchführung einer Ablaufsteuerung 18 umfasst.
Die elektronische Steuerung 18 wird im Wesentlichen mithilfe eines Mikrokontrollers 20 implementiert. Der Mikrocontroller 20 besitzt einen Mikroprozessor, einen Speicher für Daten und für Programme, sowie eigene Schnittstellen. Mit der Hilfe dieser Schnittstellen ist der Mikrokontrollers 20 mit digitalen oder analogen Ein- und Ausgängen des Umrichters verbunden, wie zum Beispiel einer Busschnittstelle 22, sowie analogen oder digitalen Sensoranschlüssen 30, 31, 32, 33. Mithilfe seiner Schnittstellen steuert der Mikrocontroller 20 außerdem das Leistungsteil 17 des Umrichters 16 zur Umsetzung einer Drehzahl-oder Drehmomentvorgabe des Elektromotors 14 an.
In dem Mikrokontroller 20 sind Programme oder Programmmodule vorgehalten: Ein Umrichtersteuermodul 19' dient zur Ansteuerung des Leistungsteils 17 mit den bereits genannten Drehzahl- oder Drehmoment-Sollwertvorgaben. Es kann ein Programmmodul vorgehalten werden, dass einen Regler 19" für hydraulische Größen implementiert. Diesem Regler 19" kann ein Drucksollwert oder ein Förderstromsollwert oder beides vorgegeben werden und der Regler 19" gibt einen entsprechenden Drehzahl- oder Drehmoment-Stellwert an das Umrichtersteuermodul 19', um die geforderte hydraulischen Regelgröße einzustellen. Die dazu benötigten Istwerte werden von entsprechenden Sensoren, zum Beispiel von einem Drucksensor 12" oder von einem Drehzahlsensor 14" oder von einem Wegsensor 10' ermittelt und an den Regler 19" übermittelt.
Des Weiteren ist ein Programmmodul vorhanden, das eine Ablaufsteuerung 18 implementiert. Die Ablaufsteuerung 18 ist dazu eingerichtet Ablaufprogramme auszuführen, die zum Beispiel dem Standard EN 61131-3 oder IEC 61131-3 für NC oder SPS Programme entsprechen. Ablaufprogramme können in Programmiersprachen wie Instruction List, Function Block Diagram, Sequential Function Chart und Structured Text kodiert sein. Weiterhin kann die nicht-blockieren Ausführung freilaufender Tasks, wie sie zum Beispiel in der Anmeldung DE 10 2009 055 752 A1 geschrieben ist, implementiert sein, um insbesondere Sollwert-Verläufe wie bei einer Motion Control Steuerung zu generieren bzw. zu intrapolieren. Insbesondere soll es mithilfe der Ablaufsteuerung 18 und mit Hilfe von durch die Ablaufsteuerung 18 ausgeführten Ablaufprogrammen möglich sein, einen zeitlichen Sollwert-Verlauf für eine Drehzahlvorgabe, eine Förderstromvorgabe, oder für eine Druck-Vorgabe darzustellen und dem Regler 19" oder dem Umrichter Steuermodul 19' zuzuführen. Druck- und Förderstrom-Vorgabewerte sollen jeweils einzeln oder auch gemeinsam als Wertepaar (P, Q) dem Regler 19" zugeführt werden können. Alternativ oder zusätzlich soll es möglich sein, mithilfe der Ablaufsteuerung 18 Sollwert-Verläufe der eben geschilderten Art ereignisgesteuert auszulösen, im Ablaufprogramm vorgegebene P/Q-Verläufe auszugeben, vorgegebene Verläufe anzupassen, oder von einer übergeordneten Steuerung erhaltene Sollwerte oder Sollwertverläufe anzupassen. Der Begriff Sollwertverläufe soll auch Sollwertrampen umfassen, die von der Ablaufsteuerung 18 - in Folge des Erhalts eines Sollwerts von der übergeordneten Steuerung - dargestellt werden.
Bevor auf die Funktion der Ablaufsteuerung 18 näher eingegangen wird, sollen zunächst die weiteren Elemente der hydraulischen Schaltung in der Figur erläutert werden. Wie gesagt fördert die Pumpe 12 Druckmittel in einen hydraulischen Kreis, der einen hydraulischen Speicher 54 und diverse hydraulische Ventile - hier nur symbolisch dargestellt durch das Ventil 36 - beinhalten kann. Zudem ist ein hydraulischer Verbraucher - hier ein Zylinder 10 - vorhanden, der mithilfe des von der Pumpe 12 geförderten Druckmittels angetrieben wird. Das vom Zylinder 10 rückgeführte Druckmittel kann über einen Rücklauffilter 52 und gegebenenfalls über einen Kühler 50 geführt werden, bevor es in den hydraulischen Behälter 40 zurückgelangt. Der Umrichter 16 mit seiner Ablaufsteuerung 18 und seinem Mikrokontroller 20 ist über ein Feldbusschnittstelle 22 mit einem Feldbus 24 verbunden. Weiter ist eine übergeordnete Steuerung 26 vorhanden, die über den Feldbus 24 den Umrichters 16 ansteuern kann.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind verschiedene Sensoren gleichzeitig oder alternativ vorgesehen, die an jeweilige Schnittstellen 30, 31, 32, 33 angeschlossen sind. Selbstverständlich können die Sensoren auch mittels Feldbuskopplern an den Feldbus 24 angeschlossen sein. Die eben genannten Schnittstellen 30-33 wären dann als Teil der Busschnittstelle 22 implementiert. An der Pumpe 12 kann ein Saugdrucksensor 12' vorgesehen sein, der den Druck im Sauganschluss misst. Es kann des Weiteren ein Drucksensor 12" am Ausgang vorhanden sein, der den Druck des von der Pumpe 12 geförderten Druckmittels misst. Weiter können einen Temperatursensor 12'" und ein Vibrationssensor 12'''' an der Pumpe verbaut sein. Am Elektromotor können ein Temperatursensor 14' und ein Drehzahlsensor 14" angeordnet sein. Das Leistungsteil 17 des Umrichters 16 kann selbst mit einem (nicht dargestellten) Temperatursensor versehen sein. Der Kühler 50 kann mit einem Temperatursensor 50' versehen sein. Der Filter 52 kann einen Sensor 52' für die Ermittlung des Verschmutzungsgrades des Filters 52 aufweisen. Dieser Sensor 52' kann den Verschmutzungsgrad anhand des am Filter 52 anstehenden Staudrucks messen. Der Behälter 40 kann mit einem Temperatursensor 42, einem Füllstandssensor 44 und einem Sensor 46 zur Ermittlung der Druckmittelqualität ausgestattet sein. Dieser Sensor 46 kann zum Beispiel so ausgestaltet sein, dass er einen Wassergehalt oder einen Gasgehalt des Druckmittels - üblicherweise ein mineralisches Öl - misst. Am hydraulischen Speicher 54 kann ein Drucksensor 54', gegebenenfalls auch ein Füllstandssensor oder ein Dichtigkeitssensor angeordnet sein. Wie bereits gesagt, kann der Zylinder 10 mit einem Weggeber 10' versehen sein. Des Weiteren kann ein Taster 38 vorgesehen, und mit dem Umrichter verbunden sein, um die manuelle Erzeugung eines Triggersignals oder Steuersignals durch einen Benutzer zu ermöglichen. Wie gesagt sind diese Sensoren, soweit vorhanden, signaltechnisch mit Eingängen 30-33 des Umrichters 16 bzw. der Ablaufsteuerung 18 verbunden. In der Figur ist dies durch Verbindungslinien dargestellt, oder durch mit punktiert endenden Linien angedeutet. Messwerte der Sensoren können dem Regler 19"als Istwerte für die jeweilige Regelgröße zugeführt sein. Messwerte dieser Sensoren können ebenfalls der Ablaufsteuerung 18 zugeführt sein, und dienen dann dazu, eine Sollwertvorgabe, die die Ablaufsteuerung 18 generiert, zu modifizieren, oder sie dienen dazu einen bestimmten, vorgegebenen zeitlichen Verlauf eines Sollwertes im Ablaufprogramm auszuwählen und von der Ablaufsteuerung 18 an den Regler 19" oder das Umrichtersteuermodul 19' auszugeben. Ebenso kann ein durch den Taster 38 erzeugtes Triggersignal dazu dienen, einen bestimmten, vorgegebenen zeitlichen Verlauf eines des P-, des Q- oder der (P, Q)-Sollwerte im Ablaufprogramm auszuwählen und auszugeben. Messwerte mancher Sensoren können auch als Zustandssignale angesehen werden, die einen Zustand einer Komponente, zum Beispiel des Leistungsteils 17, des Motors 14, der Pumpe 12, des Filters 52, des Speicher 54, dass Behälter 40 oder des darin befindlichen Druckmittels angeben. Außerdem können Messwerte für Umgebungsbedingungen, zum Beispiel lokale Temperaturen oder Vibrationen, erfasst und durch die Sensoren an den Umrichter 16 bzw. an die Ablaufsteuerung 18 übermittelt werden.
Die übergeordnete Steuerung 26 kann über den Feldbus 24 dem Umrichter 16 Sollwerte für einen von der hydraulischen Versorgungseinrichtung 1 bereit zu stellenden DruckmittelFörderstrom Q_soll oder den Druck P_soll vorgeben. Außerdem können auf diesem Wege Ablaufprogramme in den Speicher des Mikrokontrollers 20 eingespielt werden. Ebenso können Ablaufprogramme angepasst, Teile davon ausgewählt und gestartet, gelöscht oder editiert werden.
Nachfolgend wird anhand eines Beispiels die Funktion der hydraulischen Versorgungseinrichtung 1 mit der Ablaufsteuerung 18 erläutert.
Im Mikrokontroller 2o des Umrichters 16 wird ein Programm vorgehalten und ausgeführt, das eine Ablaufsteuerung 18 implementiert. Im Speicher des Mikrokontrollers 20 sei ein erstes Ablaufprogramm für einen Bewegungszyklus des hydraulischen Zylinders 10 hinterlegt, mit einer Liste von Wegpunkten und Geschwindigkeiten, mit denen diese Wegpunkte angefahren werden sollen. Außerdem sei zu bestimmten Wegpunkten ein hydraulischer Druck im Zylinder vorgegeben. Ein solcher Bewegungszyklus könnte zum Beispiel in einer hydraulischen Spannvorrichtung eingesetzt werden.
Ein Benutzer drückt den Taster 38 und erzeugt damit ein Triggersignal, dass von der Ablaufsteuerung 18 an der Schnittstelle 30 empfangen wird. Als Reaktion auf das Triggersignal wird in der Ablaufsteuerung 18 das Ablaufprogramm gestartet. Daraufhin werden Förderstrom-Sollwerte Q_soll erzeugt und an den Regler 19"ausgegeben, so dass das Umrichtersteuermodul 19' entsprechende Drehzahl-Stellwerte erhält und die Pumpe 12 den Zylinder 10 mit Druckmittel versorgt und diesen in Richtung des 1. Wegpunktes bewegt. Dabei übermittelt der Wegsensor 10 fortlaufend die aktuelle Position des Zylinders an die Ablaufsteuerung 18. Wenn die Position des 1. Wegpunktes erreicht ist, schaltet das Ablaufprogramm in eine zweite Bewegungsphase und erzeugt Förderstrom-Sollwerte, die dazu dienen, auf diese Weise einen 2. Wegpunkt, z.B. mit verlangsamter Geschwindigkeit anzufahren. Ist der 2. Wegpunkt erreicht, wird in einer dritten Phase zum Beispiel ein Druck-Sollwert P_soll vorgegeben. Daraufhin betätigt der Regler 19" das Umrichtersteuermodul 19' mit Drehzahl-Stellwerten, um den vorgegebenen Druck am Ausgang der Pumpe 12, gemessen mit dem Sensor 12", oder gemessen am hydraulischen Zylinder 10, einzustellen. Nach einer bestimmten, im Ablaufprogramm vorgegebenen Zeit, oder nach Erhalt eines Weiterschaltungsignals von der übergeordneten Steuerung 26, sorgt das Ablaufprogramm dafür, dass in einer vierten Phase ein 3. Wegpunkt zur Ausführung einer Rückzugsbewegung des Zylinders 10 angefahren wird, indem wieder entsprechende Förderstrom-Sollwerte generiert werden. Wenn die Drehrichtung der Pumpe 12 geändert werden kann, können für die Rückzugsbewegung des Zylinders 10 negative Förderstrom-Sollwerte generiert werden. Es könnte jedoch auch ein Schaltsignal für ein Wegeventil - zum Beispiel Ventil 36 - von der Ablaufsteuerung 18 erzeugt werden, um bei gleicher Förderrichtung der Pumpe 12 die Bewegungsrichtung des Zylinders 10 umzukehren.
Es wäre auch ein zweites Ablaufprogramm denkbar, dass eine Speicherladung steuert. Dazu wird ein Füllstandssignal oder ein Drucksignal am Speicher 54 mit dem Sensor 54' von der Ablaufsteuerung 18 erfasst und von dem Ablaufprogramm ausgewertet. Grundsätzlich kann dieses Ablaufprogramm einen gewünschten Speicherladedruck vorgeben. Zusätzlich kann dieses Ablaufprogramm eine Förderstrom-Kennlinie vorgeben mit deren Hilfe der gewünschte Speicherladedruck optimal erreicht wird, d.h. zum Beispiel möglichst energieeffizient, oder möglichst schnell, oder möglichst materialschonend, insbesondere ohne Überschwinger im Druckistwert.
Ein drittes mögliches Ablaufprogramm könnte das Verhalten nach Betätigung eines Nothalt-Taster - entsprechend dem Taster 38 - steuern. Dieses Ablaufprogramm könnte vorsehen, für eine bestimmte Zeit einen vorgegebenen Druck durch die Pumpe 12 zur Verfügung zu stellen und dann den Druck-Vorgabewert und den Förderstrom-Vorgabewert auf 0 setzen. Außerdem könnte danach das Leistungsteils 17 abgeschaltet werden.
Ein viertes mögliches Ablaufprogramm könnte das Verhalten der hydraulischen Versorgungseinrichtung 1 bei bestimmten Umgebungsbedingungen steuern. So könnten zum Beispiel in Abhängigkeit von gemessenen Temperaturen oder in Abhängigkeit von gemessenen Vibrationen oder bei einem zu niedrigen Saugdruck die Steilheit von Druck-Sollwert-Rampen oder Förderstrom-Sollwert-Rampen angepasst werden. Dabei können die Rampen von der Ablaufsteuerung 18 generiert werden, anlässlich von Druck-Sollwertvorgaben P_soll oder Förderstrom-Sollwertvorgaben Q_soll von der übergeordneten Steuerung 26 oder anlässlich von den Sollwerten, die von anderen Ablaufprogrammen der Ablaufsteuerung 18 generiert werden. Ein fünftes mögliches Ablaufprogramm könnte das Verhalten der hydraulischen Versorgungseinrichtung 1 in Abhängigkeit von einem Zustand seiner Komponenten einschließlich dem Druckmittel oder in Abhängigkeit von einem Zustand weiterer Komponenten der hydraulischen Schaltung steuern oder anpassen. So könnte ein maximal erlaubter Wert einer Förderstrom-Sollwertvorgabe Q_soll in Abhängigkeit von einem Filter-Verschmutzungssignal des Filters 52, oder bei niedrigem Ölstand im Behälter 40 reduziert werden. Der Förderstrom-Sollwert Q_soll könnte auch in Abhängigkeit von einer Temperatur am Kühler 50 angepasst, insbesondere reduziert werden. Auch eine erhöhte Temperatur am Motor 14, an der Pumpe 12, des Druckmittels im Behälter 40, könnte Anlass für eine Anpassung der erlaubten maximalen Werte der Förderstrom-Sollwertvorgabe und/oder der Druck-Sollwertvorgabe P_soll sein. Ein entsprechendes Teilprogramm im Ablaufprogramm würde dann einen von der übergeordneten Steuerung 26 erhaltenen Sollwert oder einen aus einem anderen Ablaufprogramme erhaltenen Sollwert entsprechend der Maximalwert-Vorgabe begrenzen. Das Umrichtersteuermodul 19' kann eine thermische Belastung des Elektromotors 14 auch anhand eines physikalischen Modells berechnen und die Vorgabewerte der hydraulischen Größen - Druck oder Förderstrom - bei Erreichen von oder beim Annähern an einen thermischen Belastungsgrenzwert verringern oder begrenzen. Wenn der Sensor 46 eine erhöhte Gaslast oder einen erhöhten Wassergehalt im Druckmittel feststellt, könnte dieses Ablaufprogramm auch eine Entgasungsvorrichtung oder eine Entwässerungseinrichtung (nicht dargestellt) einschalten, und währenddessen die Druck-Sollwerte oder die Förderstrom-Sollwerte begrenzen.
Eine hydraulische Versorgungseinrichtung zur Versorgung oder Ansteuerung eines hydraulischen Verbrauchers mit hydraulischen Druckmittel umfasst eine hydraulische Pumpe, einen Elektromotor, der zum Antreiben der Pumpe angeordnet ist, und einen Umrichter, angeordnet zum Ansteuern des Elektromotors mit einer vorgebbaren Drehzahl. Erfindungsgemäß ist der Umrichter mit einer elektronischen Ablaufsteuerung versehen, die dazu eingerichtet ist einen zeitlichen oder ereignisgesteuerten Verlauf eines von der hydraulischen Pumpe - in Folge der Ansteuerung des elektrischen Motors - erbrachten hydraulischen Drucks und/oder einer geförderten Druckmittelmenge vorzugeben.
Es können dadurch einfache und auch aufwendigere Betriebsabläufe der hydraulischen Versorgungseinrichtung bereits vorkonfiguriert in der hydraulischen Versorgungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden und zwar in einer Steuerung des Umrichters - die erfindungsgemäß nun als Ablaufsteuerung ausgebildet ist. So kann der Aufwand zur Projektierung und Einrichtung einer Anlage oder einer Maschine deutlich reduziert werden, da auf vorgegebene Programme für typische Abläufe der hydraulischen Versorgungseinrichtung zurückgegriffen werden kann. Einfache Abläufe der Verbraucher in der Maschine können von der hydraulischen Versorgungseinrichtung sogar im Stand-Alone Betrieb durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Hydraulische Versorgungseinrichtung
3: Hydraulische Schaltung
10: Hydraulischer Verbraucher
10': Wegsensor am hydraulischen Verbraucher
12: Pumpe
12': Saugdrucksensor
12": Ausgangsdrucksensor
12'": Temperatursensor
12"": Vibrationssensor
14: Elektromotor
14': Temperatursensor
14": Drehzahlsensor
16: Umrichter
17: Leistungsteil
18: Ablaufsteuerung
19': Umrichtersteuermodul
19": Reglermodul
20: Mikrokontroller
22: Busschnittstelle
24: Feldbus
26: übergeordnete Steuerung
30: Schnittstelle Trigger
31: Schnittstelle Zylinderweggeber
32: Schnittstelle Zustandssignale Motor oder Pumpe
33: Schnittstelle Zustandssignale Behälter und weitere Signale
36: Ventil
38: Taster
40: Behälter
42: Temperatursensor
44: Füllstandssensor
46: Sensor Druckmittelqualität
50: Kühleinrichtung
50': Temperatursensor
52: Filter
52': Verschmutzungssensor, Staudrucksensor
54: Druckmittelspeicher
54': Sensor am Druckmittelspeicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015219091 A1 [0003]
DE 102008019501 A1 [0004]
DE 102009055752 A1 [0026]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN 61131-3 [0026]
IEC 61131-3 [0026]

Claims

Hydraulische Versorgungseinrichtung zur Versorgung oder Ansteuerung eines hydraulischen Verbrauchers (10) mit hydraulischen Druckmittel, umfassend eine hydraulische Pumpe (12), einen Elektromotor (14), der zum Antreiben der Pumpe (12) angeordnet ist, und einen Umrichter (16), angeordnet zum Ansteuern des Elektromotors (14) mit einer vorgebbaren Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (16) mit einer elektronischen Ablaufsteuerung (18) versehen ist, die dazu eingerichtet ist einen zeitlichen oder ereignisgesteuerten Verlauf eines von der hydraulischen Pumpe (12) - in Folge der Ansteuerung des elektrischen Motors (14) - erbrachten hydraulischen Drucks und/oder einer geförderten Druckmittelmenge vorzugeben.
Hydraulische Versorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Schaltung (17, 19', 19") des Umrichters (16) und die elektronische Ablaufsteuerung (18) im selben Gehäuse angeordnet sind.
Hydraulische Versorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (16) einen Mikrokontroller (20) aufweist, der mittels eines auf ihm ausführbaren Programmes die besagte elektronische Ablaufsteuerung (18) darstellt.
Hydraulische Versorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Ablaufsteuerung (18) als eine frei programmierbare Ablaufsteuerung mit NC und/oder SPS Funktionalität ausgebildet ist.
Hydraulische Versorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Ablaufsteuerung (18) eine erste Schnittstelle (22) zu einem Bussystem (24) aufweist, und insbesondere über das Bussystem (24) mit einer übergeordneten Steuerung (26) verbindbar ist.
Hydraulische Versorgungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektronischen Ablaufsteuerung (18) ein Ablaufprogramm für die Vorgabe des besagten zeitlichen Verlaufs vorgehalten ist, und insbesondere, dass die elektronische Ablaufsteuerung (18) so eingerichtet ist, dass über die erste Schnittstelle (22) das Ablaufprogramm selbst und/oder Parameter des Ablaufprogrammes eingespielt und/oder ausgelesen und/oder verändert werden können.
Hydraulische Versorgungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Ablaufsteuerung (18) eine zweite Schnittstelle (30) aufweist, und dass die elektronische Ablaufsteuerung (18) dazu eingerichtet ist, das besagte Ablaufprogramm oder einen vorgegebenen Teil des Ablaufprogramms nach Empfang eines Trigger-Signals auf der zweiten Schnittstelle (30) auszuführen.
Hydraulische Versorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Ablaufsteuerung (18) eine dritte Schnittstelle (31) aufweist, die dazu eingerichtet ist ein Positionssignal und/oder ein Geschwindigkeitssignal von einem hydraulischen Verbraucher (10) zu empfangen, und dass die elektronische Ablaufsteuerung (18) dazu eingerichtet ist, den besagten zeitlichen oder ereignisgesteuerten Verlauf unter Berücksichtigung des Positionssignals und/oder Geschwindigkeitssignals anhand vorgegebener Regelungskriterien oder Entscheidungskriterien vorzugeben.
Hydraulische Versorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Ablaufsteuerung (18) eine vierte Schnittstelle (32) aufweist, die dazu eingerichtet ist ein Zustandssignal der hydraulischen Pumpe und/oder des Elektromotors und/oder des Umrichters zu empfangen, und dass die elektronische Ablaufsteuerung dazu eingerichtet ist, den besagten zeitlichen oder ereignisgesteuerten Verlauf unter Berücksichtigung des auf der besagten vierten Schnittstelle (32) empfangenen Zustandssignals anhand vorgegebener Entscheidungskriterien vorzugeben.
Hydraulische Versorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend einen Behälter (40) für hydraulisches Druckmittel, der mit einem Sauganschluss der Pumpe (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (42, 44, 46, 50', 52') vorhanden ist, der angeordnet ist, ein Zustandssignal des Behälters (40), des im Behälter (40) befindlichen hydraulischen Druckmittels oder einer dem Behälter (40) zugeordneten Kühleinrichtung (50) oder Filtereinrichtung (52) zu generieren, dass die elektronische Ablaufsteuerung (18) eine fünfte Schnittstelle (33) aufweist, die mit dem Sensor (42, 44, 46, 50', 52') verbunden ist, und dass die elektronische Ablaufsteuerung (18) dazu eingerichtet ist, den besagten zeitlichen oder ereignisgesteuerten Verlauf unter Berücksichtigung des auf der besagten fünften Schnittstelle (33) empfangenen Zustandssignals anhand vorgegebener Entscheidungskriterien vorzugeben.