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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Druckspeichers eines Hydrauliksystems.
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Druckspeicher werden in Hydrauliksystemen unter anderem dazu eingesetzt, um Druckschwankungen des Versorgungsdrucks zu verringern und/oder Druckspitzen zu vermeiden. Der Druckspeicher wird unter anderem durch seinen Vorladedruck charakterisiert, d. h. den Druck, welchen er im ungeladenen Zustand einem Ladevorgang entgegensetzt. Weist der Druckspeicher einen mit Gas gefüllten Druckraum auf, entspricht der Druck im mit Gas gefüllten Druckraum im ungeladenen Zustand des Druckspeichers üblicherweise dem Vorladedruck.
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Der Ausfall eines Druckspeichers kann zu Druckschwankungen und/oder Druckspitzen im Hydrauliksystem führen, welche zum einen den Betrieb der an das Hydrauliksystem angeschlossenen Verbraucher beeinträchtigen und zum anderen die Komponenten des Hydrauliksystems beschädigen können.
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Daher ist es bekannt, die Funktionsfähigkeit des Druckspeichers in regelmäßigen Abständen zu testen. Bei einem bekannten Verfahren ist hierfür ein Drucksensor vorgesehen, mittels welchem der Vorladedruck des Druckspeichers überprüft werden kann. Hierzu muss jedoch das Hydrauliksystem drucklos geschaltet werden, so dass die Überwachung nur in großen Abständen und mit erheblichem Aufwand möglich ist. Weiterhin wird für die Überwachung lediglich ein bei Erstinbetriebnahme gemessener Wert als Vergleichswert herangezogen. Ist der Hydraulikspeicher damit bereits bei Erstinbetriebnahme defekt, wird dies nicht erkannt.
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Aus der
DE 290 68 97 A1 ist weiterhin ein Verfahren zur Überwachung eines Gasdruckspeichers auf eine bestimmten Anforderungen genügende Speicherfähigkeit für hydraulisches Druckmittel, das im Speicher gegen die elastische Kraft eines Gaskissens unterwechselndem Druck gespeichert wird, bekannt, wobei eine Aufladung des entladenen Speichers durch eine Druckquelle oder eine Entladung des aufgeladenen Speichers eingeleitet wird und messtechnisch ermittelt wird, ob die Druckänderung pro Zeiteinheit im Speicher bei Erreichen eines vorgegebenen Druckwerts einen vorgegebenen Schwellwert über- oder unterschreitet. Das Verfahren beruht dabei auf der sich bei Erreichen des Vorfülldrucks ändernden Druckänderung pro Zeiteinheit und kann daher ebenfalls nicht im laufenden Betrieb durchgeführt werden, da der Druck im Hydrauliksystem unter den Soll-Vorfülldruck abgesenkt werden muss.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Überwachung eines Druckspeichers eines Hydrauliksystems zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zur Überwachung des Vorfülldrucks eines Druckspeichers eines Hydrauliksystems, wobei der Druckspeicher mittels einer Pumpe geladen und/oder durch den Betrieb eines oder mehrerer Verbraucher entladen wird. Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, dass mindestens ein bei einem Druckniveau oberhalb des Soll-Vorfülldrucks erfolgender Ladevorgang und/oder Entladevorgang des Druckspeichers überwacht wird.
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Insbesondere erfolgt der Ladevorgang und/oder der Entladevorgang des Druckspeichers, welcher überwacht wird, damit auch oberhalb des tatsächlichen Vorfülldrucks. Dies ist dadurch bedingt, dass der Vorfülldruck im Druckspeicher üblicherweise nur bis zu seinem Soll-Wert eingestellt wird.
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Dass der Ladevorgang und/oder Entladevorgang des Druckspeichers bei einem Druckniveau oberhalb des Soll-Vorfülldrucks und/oder Vorfülldrucks erfolgt, bedeutet, dass sowohl der Anfangsdruck als auch der Enddruck des Ladevorgangs und/oder Entladevorgangs oberhalb des Soll-Vorfülldrucks und/oder Vorfülldrucks liegen.
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In einer möglichen Ausgestaltung können sowohl der Anfangsdruck als auch der Enddruck des Ladevorgangs und/oder Entladevorgangs um mindestens 5 Bar oberhalb des Soll-Vorfülldrucks und/oder Vorfülldrucks liegen, bevorzugt um mindestens 10 Bar.
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Insbesondere wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung überwacht, ob der tatsächliche Vorfülldruck des Druckspeichers sich in einem zulässigen Druckbereich relativ zum Soll-Vorfülldruck befindet und insbesondere den Soll-Vorfülldruck nicht um mehr als einen zulässigen Wert unterschreitet. Wird detektiert, dass der tatsächliche Vorfülldruck des Druckspeichers sich nicht mehr in einem zulässigen Druckbereich relativ zum Soll-Vorfülldruck befindet und insbesondere den Soll-Vorfülldruck um mehr als einen zulässigen Wert unterschreitet, wird bevorzugt eine Warnung ausgegeben und/oder eine Abschaltung vorgenommen.
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Insbesondere kann die Überwachung dabei erfolgen, während sich das Hydrauliksystem auf Betriebs-Solldruck befindet, wobei bevorzugt sowohl vor dem Ladevorgang und/oder Entladevorgang als auch nach dem Ladevorgang und/oder Entladevorgang ein Druck im Hydrauliksystem vorliegt, welcher bei oder über einem für den Betrieb des Hydrauliksystems vorgesehenen Minimaldruck und damit über dem Soll-Vorfülldruck des Druckspeichers liegt.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass auch durch die Überwachung eines bei einem Druckniveau oberhalb des Soll-Vorfülldrucks erfolgenden Ladevorgangs und/oder Entladevorgangs des Druckspeichers eine zuverlässigere Überwachung des Druckspeichers möglich ist. In der
DE 290 68 97 A1 war man dagegen fälschlicherweise davon ausgegangen, dass oberhalb des Vorfülldrucks die Druckänderung pro Zeiteinheit beim Laden bzw. Entladen konstant ist und daher in diesem Bereich eine Überprüfung nicht möglich ist. Erfindungsgemäß wird die Überwachung gegenüber dem Stand der Technik, bei welchem für die Überprüfung der Druck im Hydrauliksystem abgelassen oder zumindest unter den Soll-Vorfülldruck verringert werden musste, erheblich vereinfacht.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass für die Überwachung ein Parameter des Ladevorgangs und/oder Entladevorgangs bestimmt und/oder überwacht wird. Insbesondere kann dabei nur ein einziger Parameter des Ladevorgangs und/oder Entladevorgangs zur Überwachung herangezogen werden.
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Insbesondere kann es sich bei dem Parameter um eine Ladezeit und/oder eine Entladezeit des Druckspeichers handeln. Diese kann besonders einfach bestimmt werden. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben dabei erkannt, dass die Überwachung mindestens einer dieser beiden Größen dennoch für eine zuverlässige Überwachung des Druckspeichers ausreicht.
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Insbesondere haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben dabei erkannt, dass die Ladezeit und/oder eine Entladezeit des Druckspeichers in einem eindeutigen Verhältnis zum Vorladedruck steht und insbesondere mit sinkendem Vorladedruck ebenfalls sinkt. Durch eine Überwachung der Ladezeit und/oder eine Entladezeit des Druckspeichers kann daher der Vorladedruck überwacht werden.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Druckspeicher in Abhängigkeit von dem Druck im Hydrauliksystem geladen wird.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Laden des Druckspeichers jeweils mittels eines Ladevorgangs erfolgt, welcher in Abhängigkeit von dem Druck im Hydrauliksystem gestartet und beendet wird.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Ladevorgang startet, wenn der Druck auf oder unter einen ersten Druckwert fällt und dass der Ladevorgang endet, wenn der Druck auf oder über einen zweiten Druckwert steigt. Bevorzugt ist der zweite Druckwert höher als der erste Druckwert, so dass sich eine Hysterese ergibt. Bei dem ersten Druckwert kann es sich insbesondere um einen für den Betrieb des Hydrauliksystems vorgesehenen Minimaldruck handeln.
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Der erste und der zweite Druckwert liegen bevorzugt oberhalb des Soll-Vorfülldrucks des Druckspeichers.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ladezeit als die Dauer eines Ladevorgangs bestimmt wird und/oder dass die Entladezeit als der zeitliche Abstand zwischen zwei Ladevorgängen bestimmt wird. Hierdurch sind keine zusätzlichen Sensoren notwendig.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Ladevorgang über das Schalten eines Ventils und/oder einer Pumpe gesteuert wird.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ladezeit und/oder Entladezeit anhand eines Schaltzustands des Ventils und/oder der Pumpe bestimmt wird, insbesondere indem die Steuersignale zum Ansteuern des Ventils und/oder der Pumpe ausgewertet werden. Dies ermöglicht eine besonders einfache Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Parameter des Ladevorgangs und/oder Entladevorgangs, insbesondere die Ladezeit und/oder Entladezeit, zur Überwachung mit einem oder mehreren Grenzwerten verglichen wird. Auch hierdurch lässt sich eine besonders einfache Überwachung realisieren.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Warnung ausgegeben wird, wenn ein Parameter des Ladevorgangs und/oder Entladevorgangs, insbesondere die Ladezeit und/oder Entladezeit, auf oder unter einen ersten Grenzwert fällt. So kann der Benutzer bspw. durch Nachfüllen von Gas den Vorladedruck wieder auf das Soll-Niveau anheben, bevor der Druckspeicher komplett ausfällt.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Sicherheitsabschaltung erfolgt, wenn ein Parameter des Ladevorgangs und/oder Entladevorgangs, insbesondere die Ladezeit und/oder Entladezeit, auf oder unter einen zweiten Grenzwert fällt. Hierdurch wird bei einem Ausfall des Druckspeichers eine Beschädigung der Komponenten des Hydrauliksystems verhindert.
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Bevorzugt ist der zweite Druckwert kleiner als der erste Druckwert. In möglichen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch nur der erste oder nur der zweite Grenzwert überwacht werden.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der oder die Grenzwerte während des Betriebs des Hydrauliksystems unverändert bleiben und/oder nur von den Parametern des Druckspeichers und/oder des Ladevorgangs abhängen. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn ein Parameter des Ladevorgangs, insbesondere die Ladezeit, überwacht wird.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Überwachung während des laufenden Betriebs des Hydrauliksystems erfolgt. Die erfindungsgemäße Überwachung eines Ladevorgangs und/oder Entladevorgangs ermöglicht dabei eine solche Überwachung bei bedrucktem Hydrauliksystem und/oder während des laufenden Betriebs des Hydrauliksystems.
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Insbesondere kann dabei ein während des normalen Betriebs des Hydrauliksystems erfolgender Ladevorgangs und/oder Entladevorgang für die Überwachung des Druckspeichers herangezogen werden. Insbesondere kann ein Parameter eines dem laufenden Betrieb dienenden Ladevorgangs und/oder Entladevorgangs zur Überwachung des Vorfülldrucks des Druckspeichers herangezogen werden, insbesondere eine Ladezeit und/oder Entladezeit eines dem laufenden Betrieb dienenden Ladevorgangs und/oder Entladevorgangs.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Parameter bei jedem Ladevorgang überwacht wird und/oder die Überwachung unabhängig von dem Betrieb von Verbrauchern erfolgt.
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Dies ist insbesondere dann möglich, wenn es sich bei dem Parameter um die Ladezeit handelt. Die Ladezeit vergrößert sich zwar, wenn während des Ladevorgangs ein Verbraucher betrieben wird, so dass ein zu niedriger Vorladedruck möglicherweise nicht erkannt wird, wenn während des Ladevorgangs gleichzeitig ein Verbraucher betrieben wird. Durch den Betrieb des Verbrauchers treten jedoch ohnehin keine Druckspitzen auf, welche die Komponenten des Hydrauliksystems beschädigen könnten. Bei dem nächsten Ladevorgang, bei welchem keine Verbraucher betrieben werden, wird der zu geringe Vorladedruck dann erkannt.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass zur Überwachung die Entladezeit mit einem während der Entladezeit erfolgten Hydraulikfluidverbrauch mindestens eines Verbrauchers in Beziehung gesetzt wird.
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Wird ein Entladevorgang und insbesondere die Entladezeit zur Überwachung herangezogen, ist dabei üblicherweise eine Berücksichtigung des Betriebs der Verbraucher notwendig, um einen Ausfall des Druckspeichers zu erkennen. Die Überwachung des Ladevorgangs ist daher in den meisten Fällen gegenüber einer Überwachung des Entladevorgangs bevorzugt.
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Die Überwachung der Ladezeit und/oder Entladezeit kann erfolgen, indem die Ladezeit und/oder Entladezeit bestimmt und mit einem Grenzwert verglichen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Überwachung der Ladezeit und/oder Entladezeit erfolgen, indem nach dem Start eines Ladevorgangs und/oder Entladevorgangs überprüft wird, ob dieser innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne endet. Ist dies der Fall, kann eine Warnung ausgegeben und/oder eine Sicherheitsabschaltung erfolgen, da in diesem Fall die Ladezeit und/oder Entladezeit unterhalb des durch die Zeitspanne definierten Grenzwertes liegt.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass es sich bei dem Parameter des Ladevorgangs und/oder Entladevorgangs um eine Ladegeschwindigkeit und/oder Entladegeschwindigkeit des Druckspeichers handelt, welche bestimmt und überwacht wird. Insbesondere kann dabei während eines Ladevorgangs und/oder Entladevorgangs die Druckänderung pro Zeiteinheit bestimmt und zur Überwachung herangezogen werden.
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Die vorliegende Erfindung umfasst neben dem erfindungsgemäßen Verfahren weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Insbesondere umfasst die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Überwachung des Vorfülldrucks eines Druckspeichers eines Hydrauliksystems mit einer Steuerung, welche so ausgestaltet und/oder programmiert ist, dass sie ein Verfahren, wie es oben beschrieben wurde, durchführt. Insbesondere kann die Vorrichtung so ausgestaltet und/oder programmiert sein, dass sie ein Verfahren, wie es oben beschrieben wurde, automatisiert durchführt.
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Insbesondere kann die Steuerung daher mindestens einen bei einem Druckniveau oberhalb des Soll-Vorfülldrucks erfolgenden Ladevorgang und/oder einen Entladevorgang des Druckspeichers überwachen.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerung für die Überwachung einen Parameter des Ladevorgangs und/oder Entladevorgangs bestimmt und/oder überwacht, insbesondere eine Ladezeit und/oder eine Entladezeit des Druckspeichers.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass in der Steuerung einer oder mehrere Grenzwerte hinterlegt sind, mit welchen die Steuerung einen Parameter des Ladevorgangs und/oder Entladevorgangs vergleicht.
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Die Steuerung kann in einer möglichen Ausgestaltung eine Ladeschaltung umfassen, durch welche ein Druck im Hydrauliksystem oberhalb eines Minimaldruck gehalten wird. Insbesondere startet die Ladeschaltung einen Ladevorgang, wenn ein Druck im Hydrauliksystem den Minimaldruck unterschreitet, und stoppt den Ladevorgang, wenn der Druck im Hydrauliksystem einen Maximaldruck erreicht. Minimaldruck und Maximaldruck liegen bevorzugt oberhalb des Soll-Vorfülldrucks des Druckspeichers.
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Bevorzugt wird von der Steuerung ein Parameter der von der Ladeschaltung vorgenommenen Ladevorgänge überwacht, insbesondere die Ladezeit.
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Alternativ oder zusätzlich wird von der der Steuerung ein Parameter von Entladevorgängen überwacht, welche in einem Bereich zwischen dem Maximaldruck und dem Minimaldruck liegen, insbesondere die Entladezeit.
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Die Steuerung kann beispielsweise Teil eines Hydraulikaggregats aus Druckspeicher und Pumpe sein, oder Teil einer übergeordneten Steuerung einer Maschine, welche durch ein solches Hydraulikaggregat mit Hydraulikdruck versorgt wird.
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Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Hydrauliksystem mit einem Druckspeicher, einer Pumpe und/oder einem oder mehreren Verbrauchern und mit einer Vorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde, d.h. insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Steuerung. Bei dem Hydrauliksystem kann es sich insbesondere um ein Hydraulikaggregat aus Druckspeicher und Pumpe handeln, welches eine erfindungsgemäße Steuerung umfasst.
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Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin eine Maschine mit einem Hydrauliksystem, wie es oben beschrieben wurde.
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Bei der Maschine kann es sich beispielsweise um eine mobile Maschine, ein Transportsystem und/oder eine Werkzeugmaschine handeln. Insbesondere kann es sich um eine Verzahnmaschine handeln.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 ein Hydraulik-Schaltbild eines Hydrauliksystems gemäß der vorliegenden Erfindung und
- 2 ein Diagramm, welches den Zusammenhang zwischen Ladezeit und Vorladedruck für zwei unterschiedliche Hydraulikspeicher zeigt.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hydrauliksystems. Dargestellt sind dabei lediglich jene Komponenten des Hydrauliksystems, welche mit der erfindungsgemäßen Lösung in Zusammenhang stehen. Das Hydrauliksystem kann zusätzlich weitere Komponenten wie Druckbegrenzungsventile, Filter, Ein-/Ausschaltventile und ähnliches umfassen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems handelt es sich um einen offenen Hydraulikkreislauf. Hydraulikfluid wird dabei von einem Tank 35 mittels einer Pumpe 30 zu einem oder mehreren Verbrauchern 50, 51 und 52 gepumpt, welche hier nur schematisch dargestellt sind, und fließt von dort zurück zum Tank. Mithilfe des Systemdruckreglers 15, welcher ein Druckbegrenzungsventil umfassen kann, wird das Hydraulikfluid nur in einem bestimmten Druckbereich an die Verbraucher 50, 51 und 52 gefördert.
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Das Hydrauliksystem weist einen Druckspeicher 20 auf, welcher über die Pumpe 30 geladen wird. Durch den Druckspeicher 20 werden Druckspitzen im Hydrauliksystem vermieden und Schwankungen des Systemdrucks, welcher die Verbraucher erreicht, verringert.
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Als Druckspeicher 20 kann jeder beliebige Typ von Druckspeicher eingesetzt werden. Druckspeicher weisen üblicherweise einen Druckraum für das Hydraulikfluid auf, dessen Volumen veränderbar ist, wobei der Druckspeicher eine Federanordnung umfasst, welche einer Vergrößerung des Volumens des Druckraums entgegenwirkt. Bei der Federanordnung kann es sich insbesondere um eine Gasfeder handeln. Bei einem Druckspeicher mit Gasfeder umfasst der Druckspeicher daher üblicherweise ein Gasvolumen, welches durch eine Vergrößerung des Volumens des Druckraums komprimiert wird.
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Ein Druckspeicher wird üblicherweise über seinen Vorfülldruck definiert, d.h. den Druckwert, ab welchem sich das Volumens des Druckraums ausgehend von einem nicht beladenen Druckspeicher entgegen der Kraft der Federanordnung vergrößert. Bei einem Druckspeicher mit Gasfeder entspricht der Vorfülldruck üblicherweise dem Druck des Gases im Gasvolumen bei nicht beladenen Druckspeicher.
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Sinkt der Vorfülldruck des Druckspeichers unter den Sollwert, so beeinträchtigt dies die Funktion des Druckspeichers. So führt der verringerte Vorfülldruck im Druckspeicher zunächst zu vermehrten Ladeschaltungen. Bei fehlendem Vorfülldruck verliert der Druckspeicher seine Funktion komplett.
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Um die Funktionsfähigkeit des Druckspeichers 20 zu überwachen, ist daher erfindungsgemäß eine Steuerung 40 vorgesehen, welche bei einem Druckniveau oberhalb des Soll-Vorfülldrucks das Laden und/oder Entladen des Druckspeichers überwacht. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben dabei erkannt, dass durch eine solche Überwachung des Ladens und/oder Entladens des Druckspeichers auch im bedrucktem Zustand des Hydrauliksystems eine sichere Erfassung eines defekten Druckspeichers möglich ist.
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Dies beruht auf der Erkenntnis, dass bei einem oberhalb des Vorfülldrucks erfolgenden Ladevorang das Ladevolumen, d.h. das Volumen, welches bei einem Ladevorgang in den Gasspeicher gepumpt wird, und damit bei konstanter Laderate die Ladezeit, wie folgt linear von dem Vorfülldruck abhängt:
wobei es sich bei p1 um den Startdruck des Ladevorgangs und bei p2 um den Enddruck des Ladevorgangs handelt. Für einen Entladevorgang gilt der gleiche Zusammenhang.
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Damit besteht oberhalb des Vorfülldrucks ein linearer Zusammenhang zwischen der Lade- bzw. Entladezeit und dem Vorfülldruck, durch welchen dieser problemlos überwacht werden kann. Insbesondere kann daher bei oberhalb des Soll-Vorfülldrucks erfolgenden Lade- und/oder Entladevorgängen überwacht werden, ob sich der tatsächliche Vorfülldruck in einem zulässigen Wertebereich relativ zum Soll-Vorfülldruck befindet.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel wird hierbei die Ladezeit des Druckspeichers 20 überwacht, und mit einem oder mehreren Grenzwerten verglichen. Diese ist besonders einfach zu erfassen, und ermöglicht dennoch eine sichere Überwachung der Funktionsfähigkeit des Druckspeichers, da sie, wie die Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannt haben, in einem eindeutigen Verhältnis zum Vorfülldruck steht.
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2 zeigt diesen für zwei unterschiedliche Druckspeicher gemessenen Zusammenhang zwischen dem Vorfülldruck des jeweiligen Druckspeichers und der Ladezeit. Wie sich aus dem Diagramm unmittelbar ergibt, besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Ladezeit und dem Vorfülldruck. Durch Bestimmung der Ladezeit kann daher unmittelbar auf den Vorfülldruck zurückgeschlossen werden.
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Fällt die Ladezeit daher auf oder unter einen ersten Grenzwert, erzeugt die Steuerung 40 eine Warnung. Dies ermöglicht es einem Benutzer, den Vorfülldruck des Druckspeichers wieder auf den Sollwert zu erhöhen, oder den Druckspeicher zu reparieren oder auszutauschen. Die Warnung kann beispielsweise über ein Display 41 erfolgen, welches in 1 schematisch dargestellt ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine akustische Warnung erfolgen.
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Fällt die Ladezeit auf oder unter einen zweiten Grenzwert, wird das Hydrauliksystem und/oder die Vorrichtung, in welchem das Hydrauliksystem vorgesehen ist, abgeschaltet. Hierdurch werden Beschädigungen des Hydrauliksystems durch einen defekten Druckspeicher vermieden. Die Steuerung 40 steuert hierfür bevorzugt eine Sicherheitsabschaltung 42 an, welche in 1 ebenfalls schematisch dargestellt ist.
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In 2 weisen die beiden Druckspeicher dabei jeweils einen Soll-Vorfülldruck von 60 bar auf, welcher einer Ladezeit zwischen 1,6 und 1,8 Sekunden entspricht. Selbstverständlich ist der gleiche Zusammenhang jedoch auch bei einem anderen Soll-Vorfülldruck gegeben.
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Der erste Grenzwert kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 50 Prozent und 80 Prozent des Nenn-Vorfülldruckes gewählt werden, im Ausführungsbeispiel beispielsweise bei 40 bar bzw. ca. 1,15 - 1,2 Sekunden.
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Der zweite Grenzwert kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 10 Prozent und 40 Prozent des Soll-Vorfülldruckes gewählt werden. Im Ausführungsbeispiel beispielsweise bei 20 bar bzw. 0,6 - 0,7 Sekunden.
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Selbstverständlich sind auch Ausgestaltungen denkbar, bei welchem nur ein einziger Grenzwert oder mehr als zwei Grenzwerte eingesetzt werden, wobei ein entsprechend abgestuftes Vorgehen bei der Warnung bzw. Abschaltung vorgenommen wird.
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Das erfindungsgemäße Vorgehen hat den Vorteil, dass die Beschädigung des Druckspeichers während des normalen Betriebs des Hydrauliksystems überwacht werden kann. Weiterhin werden keine zusätzlichen Sensoren benötigt.
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Die Überwachung der Ladezeit hat dabei den Vorteil, dass der Betriebszustand der Verbraucher 50-52 bei der Überwachung nicht berücksichtigt werden muss. Ist während eines Ladevorgangs einer der Verbraucher eingeschaltet, verlängert sich zwar gegebenenfalls die Ladezeit, sodass in diesem Fall ein Druckspeicher mit zu geringem Vorfülldruck während dieses Ladevorgangs nicht erkannt wird. Durch den Betrieb des Verbrauchers werden jedoch ohnehin Druckspitzen in dem Hydrauliksystem vermieden, sodass eine Beschädigung des Hydrauliksystems ohnehin nicht zu befürchten ist. Bei dem ersten Ladevorgang, bei welchem keiner der Verbraucher betätigt wird, wird der zu geringe Vorladedruck dann durch die Steuerung 40 erkannt.
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In einer alternativen Ausgestaltung wäre es jedoch ebenfalls denkbar, Entladevorgänge des Druckspeichers zu überwachen. Insbesondere könnte dabei die Entladezeit gemessen und mit einem bekannten Verbrauch während des Entladevorgangs in Beziehung gesetzt werden. Hierfür ist es allerdings notwendig, den Betrieb der Verbraucher 50-52 in die Überwachung mit einzubeziehen. Weiterhin muss zumindest für einige Entladevorgänge der Verbraucher der Verbrauch an Hydraulikfluid durch die jeweiligen Verbraucher bekannt sein, bzw. bestimmt werden können.
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Anstelle der Entladezeit oder der Ladezeit könnten auch andere Parameter des Ladevorgangs- und/oder Entladevorgangs überwacht werden, insbesondere die Ladegeschwindigkeit und/oder Entladegeschwindigkeit. Hierzu müsste jedoch der Druck im Hydrauliksystem separat überwacht werden.
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Das Laden des Hydraulikspeichers 20 erfolgt im Ausführungsbeispiel über eine Ladesteuerung 11, welche einen Ladevorgang startet, wenn der Druck auf oder unter einen ersten Druckwert fällt, und den Ladevorgang beendet, wenn der Druck auf oder über einen zweiten Druckwert steigt. Es handelt sich daher um eine ZweiPunkt-Ladesteuerung bzw. eine Ladesteuerung mit einer Hysterese. Der Druck wird bevorzugt an einer Stelle zwischen der Pumpe 30 und dem Hydraulikspeicher 20 gemessen und zur Steuerung des Ladevorgangs herangezogen. 1 zeigt eine übliche Vorrichtung, in der die Ladesteuerung 11 und der Drucksensor 13 bereits verbunden vorliegen. Alternativ können Druckspeicher und Ladesteuerung mit entsprechender Signalverbindung einzeln vorliegen. Der erste und der zweite Druckwert liegen dabei oberhalb des Sollvorfülldrucks, im Ausführungsbeispiel beispielsweise bei 90 Bar und bei 140 Bar.
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Im Ausführungsbeispiel wird der Ladevorgang über ein Schaltventil 12 ausgelöst, welches die Druckseite der Hydraulikpumpe 30 mit dem Tank verbindet, wenn es geöffnet ist, und diese Verbindung schließt, wenn es geschlossen ist. Ist das Schaltventil 12 daher geöffnet, fließt der durch die Pumpe 30 erzeugte Hydraulikfluidstrom unmittelbar zurück zum Tank. Ist das Schaltventil dagegen geschlossen, so lädt die Pumpe 30 den Druckspeicher 20. Im Ausführungsbeispiel ist das Schaltventil in einem Bereich des Hydrauliksystems zwischen der Pumpe 30 und dem Druckspeicher 20 angeordnet.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel läuft damit die Pumpe 30 durchgehend, lädt den Hydraulikspeicher 20 jedoch nur dann, wenn das Schaltventil 12 geschlossen ist. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Ausgestaltungen denkbar, bei welchen der Ladevorgang durch eine Ansteuerung der Pumpe 30 bzw. des die Pumpe 30 antreibenden Motors 31 gesteuert wird, oder durch eine andere Ventilanordnung.
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Die Überwachung des Lade- und Entladevorgangs erfolgt im Ausführungsbeispiel dadurch, dass ein Steuersignal der Ladesteuerung 11 über die Signalleitung 14 abgegriffen und durch die Steuerung 40 ausgewertet wird. Hierdurch kann auf zusätzliche Sensorik komplett verzichtet werden.
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Insbesondere kann als Ladezeit diejenige Zeitdauer überwacht werden, in welcher die Ladesteuerung 11 ein Signal zum Laden des Hydraulikspeichers 20 ausgibt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Signal zum Schließen des Schaltventils 12.
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Als Endladezeit könnte dementsprechend die Zeitdauer überwacht werden, welche zwischen zwei so erkannten Ladevorgängen verstreicht.
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Im Ausführungsbeispiel ist weiterhin ein Drucksensor 13 dargestellt, welcher alternativ zur Überwachung des Lade- und Entladevorgangs herangezogen werden könnte, beispielsweise indem die Ladegeschwindigkeit und/oder Entladegeschwindigkeit überwacht wird. Weiterhin könnte auch anhand des Signals dieses Drucksensors ein Ladevorgang bzw. Entladevorgang erkannt und damit die Ladezeit und/oder Entladezeit bestimmt werden.
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Der Drucksensor 13 ist im Ausführungsbeispiel an einer Stelle zwischen der Pumpe 30 und dem Druckspeicher 20 angeordnet, da stromabwärts des Druckspeichers 20 die Ladezyklen einen geringeren Einfluss auf den Hydraulikdruck haben.
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Im Ausführungsbeispiel bilden die Pumpe 30 und der Druckspeicher 20 ein Hydraulikaggregat 10, welches die Hydraulikversorgung der Verbraucher übernimmt. Die Ladesteuerung 11 sowie die weiteren für den Ladevorgang vorgesehenen Komponenten, insbesondere im Ausführungsbeispiel das Schaltventil 12, sind dabei ebenfalls Teil des Hydraulikaggregates.
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Je nach Ausgestaltung kann die Ladesteuerung 11, sowie die weiteren für den Ladevorgang vorgesehenen Komponenten, wie das Schaltventil 12 oder der Druckspeicher 20 Teil des übergeordneten Hydrauliksystems 1 sein.
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Die Steuerung 40, welche die erfindungsgemäße Überwachung implementiert, kann je nach Ausgestaltung entweder ebenfalls Teil des Hydraulikaggregates 10 sein, oder Teil einer übergeordneten Maschine 1, in welcher das Hydraulikaggregat 10 verbaut ist.
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Im Rahmen des Ausführungsbeispiels hängen die Grenzwerte, mit welchem der Parameter des Ladevorgangs und/oder Entladevorgangs, insbesondere die Ladezeit, verglichen wird, nur von dem eingesetzten Druckspeicher 20 der Pumpe 30 sowie den zur Ansteuerung des Ladevorgangs eingesetzten Druckwerten ab. Die Grenzwerte können daher bei der Auslegung des Systems fest vorgegeben werden, und müssen nicht während des Betriebes eingelernt oder verändert werden.
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Beispielsweise wäre es denkbar, in einer Steuerung des Hydraulikaggregats 10 eine Grenzwerttabelle zu hinterlegen, welche in Abhängigkeit von dem Soll-Druck, welchen das Hydraulikaggregat zur Verfügung stellt, sowie gegebenenfalls in Abhängigkeit von dem Hydraulikspeicher-Typ und/oder dem Pumpen-Typ die oder den geeigneten Grenzwert angibt.
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Die vorliegende Erfindung kann dabei in jedwedem Bereich, in welchem Hydrauliksysteme zum Einsatz kommen, welche einen Druckspeicher aufweisen, eingesetzt werden.
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Mögliche Einsatzgebiete sind beispielsweise Werkzeugmaschinen, in welchen das Hydrauliksystem zum Antrieb einer oder mehrerer Komponenten eingesetzt wird. Beispielsweise kann das Hydrauliksystem in einer Verzahnmaschine zum Einsatz kommen, beispielsweise zum Spannen von Werkstücken und/oder Werkzeugen oder zum Betätigen von hydraulischen Maschinenachsen.
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Selbstverständlich ist ein Einsatz jedoch auch in anderen technischen Bereichen denkbar, beispielsweise im Bereich von mobilen Maschinen, welche ganz oder teilweise hydraulisch angetrieben werden, oder im Bereich von Transporteinrichtungen mit hydraulisch angetriebenen Komponenten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2906897 A1 [0005, 0015]
