DE102020216601A1

DE102020216601A1 - Ventilatorantriebssystem

Info

Publication number: DE102020216601A1
Application number: DE102020216601.3A
Authority: DE
Inventors: Elias Nielsen
Original assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Current assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2022-06-30
Anticipated expiration: 2040-12-31
Also published as: WO2022144591A1; CN114696715A; DE102020216601B4; EP4023889A1; US20230417253A1; CN216751579U; JP2024501160A; KR20230127986A; EP4023889B1

Abstract

Hydraulisches Ventilatorsystem und Verfahren zum Steuern der Geschwindigkeit eines hydraulischen Ventilatorsystems. Das Ventilatorsystem weist einen Ventilator auf, der von einem Hydraulikmotor betrieben wird, welcher von einer Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung angetrieben wird, die ein Einstellelement des Verdrängungsvolumens aufweist. Ein Schwenkwinkel des Verdrängungsvolumeneinstellelements kann durch Steuern eines an eine elektronische Verdrängungssteuereinheit bereitgestellten Schwenkstroms angepasst werden. Das hydraulische Ventilatorsystem weist weiter Mittel zum Ermitteln eines Volumenstroms der Pumpe und eine Steuereinheit auf, die aufweist: eine Signalverbindung zu den Mitteln zum Ermitteln des Volumenstroms der Pumpe, eine Signalverbindung zu einer Vorgabevorrichtung für die Ventilatorgeschwindigkeit und eine Berechnungseinheit für die Ventilatorgeschwindigkeit zum Berechnen einer Ventilatorgeschwindigkeit aus dem ermittelten Volumenstrom, eine Fehlerermittlungseinheit für die Ventilatorgeschwindigkeit zum Ermitteln eines Ventilatorgeschwindigkeitsfehlers durch Vergleichen der berechneten Ventilatorgeschwindigkeit mit der Ventilatorgeschwindigkeit, die von der Vorgabevorrichtung für die Ventilatorgeschwindigkeit vorgegeben wird. Die Steuereinheit kann einen angepassten Schwenkstrom an die elektronische Verdrängungssteuereinheit bereitstellen, um den Schwenkwinkel der Einstellvorrichtung des Verdrängungsvolumens anzupassen, sodass der Volumenstrom angepasst werden kann, um den Ventilatorgeschwindigkeitsfehler zu reduzieren.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern der Geschwindigkeit eines hydraulischen Ventilatorsystems und auf ein hydraulisches Ventilatorsystem.
Hydraulische Ventilatorsysteme werden im Bereich der Arbeitsmaschinen, beispielsweise in Straßenkehrmaschinen, weit verbreitet eingesetzt. Diese Fahrzeuge werden oft von einem Verbrennungsmotor angetrieben, der eine Hydraulikpumpe antreibt. Die Hydraulikpumpe ist hydraulisch mit einem Hydraulikmotor verbunden, welcher beispielsweise einen Ventilator antreibt, um einen Luftfluss durch eine Saugvorrichtung des Fahrzeugs zu erzeugen.
Im Stand der Technik sind hydraulische Ventilatorsysteme oft mit hydraulischen Mitteln zum Steuern der Geschwindigkeit des Ventilators ausgestattet. Diese hydraulischen Steuermittel stellen normalerweise einen schlechten Wirkungsgrad und nur begrenzte Optionen bereit, um die Ventilatorgeschwindigkeit zu steuern, und sind druckgesteuert (lastabhängig), was bedeutet, dass, sobald der Saugventilator oder ein den Saugventilator abdeckendes Gitter blockiert wird, die Ventilatorgeschwindigkeit so lange ansteigt bis ein ausreichender Luftfluss wiederhergestellt ist. Dies kann negative Auswirkungen haben, da der Ventilator auf überhöhte Geschwindigkeit beschleunigt werden kann, was Schäden am Ventilator verursachen kann. Um solche überhöhten Geschwindigkeiten des Ventilators zu verhindern, können hydraulische Blenden oder Ventile im Hydraulikkreis zwischen der Pumpe und dem Motor angeordnet sein, wobei die Ventile den Druck am Motoreinlass reduzieren, sobald der Hydraulikfluss eine gewisse Grenze übersteigt. Wenn der Druck am Motoreinlass durch solche Ventile reduziert wird, treten Wirkungsgradverluste auf, die existierende Ventilatorantriebssysteme eher ineffizient machen. Zusätzlich wird der aktuelle Betriebszustand von Ventilatorantriebssystemen gemäß dem Stand der Technik nicht überwacht, sodass ein Maschinenbediener keine Einsicht in das Betriebsverhalten der Maschine hat und mögliche Gefahren nicht erkennen kann; beispielsweise ein Blockieren des Ventilatorgitters während des Betriebs der Maschine.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein hydraulisches Ventilatorantriebssystem bereitzustellen, das in der Lage ist, die Ventilatorgeschwindigkeit unabhängig vom Hydraulikflüssigkeitsstrom im zugehörigen Kreislauf zu steuern. Ein derartiges Steuern erhöht den Wirkungsgrad des Ventilatorantriebssystems, da hydraulische Verluste reduziert werden können. Zusätzlich verhindert ein Steuern der Ventilatorgeschwindigkeit, die vom Hydraulikfluss unabhängig ist, Schäden am hydraulischen Ventilatorsystem. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, um die Geschwindigkeit eines hydraulischen Ventilatorsystems zu steuern und ein hydraulisches Ventilatorsystem bereitzustellen, das in der Lage ist, Benachrichtigungen über das hydraulische Ventilatorsystem an einen Maschinenbediener zu senden, welche vom gegenwärtigen Zustand des hydraulischen Ventilatorsystems abgeleitet sind. Das erfindungsgemäße System soll ebenso in der Lage sein, Fehlerbedingungen zu erkennen; beispielsweise ein Blockieren von wesentlichen Systembestandteilen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Steuern der (Rotations-)Geschwindigkeit eines hydraulischen Ventilatorsystems nach Anspruch 1 und durch ein hydraulisches Ventilatorsystem nach Anspruch 8 gelöst.
Ein erfindungsgemäßes hydraulisches Ventilatorsystem weist einen Ventilator auf, der von einem Hydraulikmotor betrieben wird. Der Hydraulikmotor wird von einer Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung angetrieben, die ein Einstellelement für das Verdrängungsvolumen aufweist, dessen Schwenkwinkel durch einen Schwenkstrom steuerbar ist, welcher einer elektronischen Verdrängungssteuereinheit (EDC) bereitgestellt wird. Im Sinne der vorliegenden Erfindungsbeschreibung ist der Schwenkstrom, der ebenso Pumpenstrom oder Pumpensteuerstrom genannt wird, der elektrische Strom, der an ein Schwenkwinkeleinstellmittel bereitgestellt wird, das in der Lage ist, einen Schwenkwinkel vorzugeben, wobei die Größe des Schwenkstroms, der an das Schwenkwinkeleinstellmittel bereitgestellt wird, den Schwenkwinkel festlegt.
Das Verfahren zum Steuern der Geschwindigkeit eines hydraulischen Ventilatorsystems weist die folgenden, sich wiederholenden Schritte auf:

In einem ersten Schritt a) werden die Betriebsgrößen der Pumpe gemessen, um den Volumenstrom der Pumpe zu ermitteln, beispielsweise durch Messen zumindest der Drehgeschwindigkeit der Pumpe und des Schwenkwinkels des Einstellelements für das Verdrängungsvolumen, oder durch vergleichbare Größen. Abgesehen von der Drehgeschwindigkeit der Pumpe und dem Schwenkwinkel des Einstellelements für das Verdrängungsvolumen könnte der Volumenstrom der Pumpe beispielsweise durch Messen einer aufgenommenen Leistung und der Druckdifferenz zwischen dem Pumpeneinlass und dem Pumpenauslass der Pumpe ermittelt werden. Es ist jedoch allgemeines Können eines Fachmanns, andere vergleichbare Größen zu messen oder zu ermitteln, um den Volumenstrom zu ermitteln.
In einem zweiten Schritt b) wird eine Ventilatorgeschwindigkeit basierend auf dem ermittelten Volumenstrom aus Schritt a) unter Benutzung von Gleichungen berechnet, die das Ventilatorsystem repräsentierenden. Diese Gleichungen können physikalische Gleichungen, beispielsweise eine Zustandsmatrix oder ein Modell sein, dass als digitaler Zwilling des hydraulischen Ventilatorsystems fungiert. Die Gleichungen können ebenso in Form eines neuronalen Netzes Verwendung finden, welches einem Eingabewert für den Volumenstrom einen Wert für die Ventilatorgeschwindigkeit zuordnet, nachdem es Trainingsdaten beispielsweise in der Form von Messungen von einem realen oder idealisierten Modell des hydraulischen Ventilatorsystems erhalten hat.
In Schritt c) wird ein Wert für einen Geschwindigkeitsfehler des Ventilators durch Vergleichen der berechneten Ventilatorgeschwindigkeit aus Schritt b) mit einem Sollwert für die Ventilatorgeschwindigkeit ermittelt. Der Sollwert für die Ventilatorgeschwindigkeit kann nicht nur durch einen Bediener vorgegeben werden, sondern der Wert kann auch durch eine Steuereinheit festgelegt werden. Der Sollwert für die Ventilatorgeschwindigkeit kann ebenso mittels einer mechanischen Schnittstelle vorgegeben werden, wobei die mechanische Bewegung einer Vorgabevorrichtung für die Ventilatorgeschwindigkeit in ein elektrisches Signal, das den Sollwert für die Ventilatorgeschwindigkeit darstellt, umgewandelt wird. Dieses elektrische Signal kann dann mit einem elektrischen Signal, das die berechnete Ventilatorgeschwindigkeit darstellt, verglichen werden.
In Schritt d) wird der Schwenkstrom angepasst, der an die elektronische Verdrängungssteuereinheit bereitgestellt wird, um den Schwenkwinkel des Verdrängungsvolumeneinstellelements anzupassen. Der Schwenkwinkel des Verdrängungsvolumeneinstellelements wird dabei so angepasst, dass der Geschwindigkeitsfehler des Ventilators reduziert werden kann. Viele unterschiedliche Lösungen stehen zur Verfügung, wie ein Schwenkstrom eine Anpassung des Schwenkwinkels des Verdrängungsvolumensteuerelements ergeben kann. Beispielsweise könnte der Schwenkstrom an einen Elektromagneten zugeführt werden, der auf eine Schrägscheibe wirkt, die beispielsweise als Einstellelement des Verdrängungsvolumens fungiert, um die Schrägscheibe zu verschwenken und so den Schwenkwinkel anzupassen. Wenn der Schwenkwinkel des Einstellelements des Verdrängungsvolumens in eine Richtung angepasst wird, sodass der Geschwindigkeitsfehler des Ventilators reduziert wird, wird sich die Geschwindigkeit des Ventilators des hydraulisch betriebenen Ventilators dem Sollwert für die Ventilatorgeschwindigkeit annähern. Dies garantiert einen stabiles Betriebsverhalten des hydraulischen Ventilatorsystems.
In einem Schritt e) wird ein idealer Schwenkstrom aus der berechneten Ventilatorgeschwindigkeit aus Schritt b) unter der Annahme eines idealen Verhaltens des Ventilatorsystems abgeleitet. Dieser ideale Schwenkstrom repräsentiert den Strom, der an die elektronische Verdrängungssteuervorrichtung (EDC) bereitgestellt werden sollte, um den Ventilator mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu betreiben, wenn das hydraulische Ventilatorsystem unter idealen Bedingungen betrieben werden würde, d. h. ohne den Einfluss von Störgrößen, oder zumindest ohne den Einfluss von unvorhersehbaren Störgrößen.
In Schritt f) werden sicherheitsbezogene Funktionen/Maßnahmen ausgeführt, um Schäden am Ventilator zu vermeiden, beispielsweise, um überhöhte Geschwindigkeiten des Ventilators zu vermeiden, wenn der Unterschied zwischen dem idealen Schwenkstrom und dem in Schritt d) angepassten Schwenkstrom größer ist als ein vordefinierter Grenzwert für den Schwenkstrom. Wenn der ideale Schwenkstrom signifikant vom angepassten Schwenkstrom abweicht, ist es wahrscheinlich, dass Störungen während des Betriebs des hydraulischen Ventilatorsystems auftreten können.

In diesem Fall kann es bevorzugt sein, bestimmte sicherheitsbezogene Maßnahmen zu ergreifen, die von einem Betrieb unter Einfluss von Störgrößen herrühren, beispielsweise durch Senden einer Warnmitteilung an eine Steuerschnittstelle oder durch Abschalten des Systems, um schweren Schaden am hydraulischen Ventilatorsystem oder am Ventilator (den Flügeln) zu vermeiden. Durch Festlegen der Höhe eines Abweichungsgrenzwerts kann der Systembediener zwischen dem Festlegen eines eher niedrigen Grenzwertes, was Sicherheitsmaßnahmen schon auslösen würde, wenn der Unterschied zwischen dem idealen Schwenkstrom und dem bereitgestellten Schwenkstrom niedrig ist, oder dem Setzen eines höheren Grenzwertes wählen, was zu einem gegenüber Störgrößen eher toleranten Systemverhalten führt.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden die zusätzlichen Schritte e) und f) zumindest teilweise zeitparallel (zeitgleich) mit den Schritten c) bis d) ausgeführt. Im Kontext mit der Erfindung ist der Ausdruck „zeitparallel“ oder gleichzeitig nicht auf ein paralleles Ausführen der Schritte c) und e) und danach ein Ausführen der Schritte d) und f) begrenzt, „zeitparallel“ ist als im Wesentlichen simultan zu behandeln, was heißt, dass beispielsweise die Schritte c), e) und f) gleichzeitig zu den vorher genannten ausgeführt werden können oder als alternative Möglichkeit. Jedoch kann ein Fachmann eine andere Arbeitsfolge auf die ausgeführten Schritte anwenden, beispielsweise das Ausführen von Schritt c), dann Schritt e), dann Schritt f) und schließlich Schritt d). Alle Abfolgen der Schritte c) bis f), die nach Schritt b) beginnen und vor dem Wiederbeginn des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Schritt a) enden, sind von der erfinderischen Idee umfasst.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann ein Grenzwert für den Geschwindigkeitsfehler definiert werden. Dadurch kann ein Grenzniveau festgelegt werden, um Maßnahmen auszuführen, wenn der Fehler der Ventilatorgeschwindigkeit dieses Grenzniveau übersteigt. Hier kann man über das Einleiten einer Schwenkstromanpassung oder über das Vornehmen von Sicherheitsmaßnahmen, wie vorher erwähnt, nachdenken. Durch das Festlegen der Höhe des Grenzwerts für den Geschwindigkeitsfehler, kann die Empfindlichkeit des hydraulischen Ventilatorsystems gegenüber Störgrößen festgelegt werden; je kleiner der Grenzwert für den Geschwindigkeitsfehler, desto höher ist die Empfindlichkeit des Verfahrens zum Steuern der Geschwindigkeit eines hydraulischen Ventilatorsystems.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann angewendet werden, um hydraulische Ventilatorantriebssysteme zu steuern, in denen die Hydraulikpumpe und/oder der Hydraulikmotor in einem offenen oder geschlossenen Hydraulikkreislauf betrieben werden. Es ist also von der Erfindung umfasst, zusätzliche hydraulische Bauteile der gleichen oder einer anderen Art im hydraulischen Kreislauf des Ventilatorsystems anzuordnen, die zusätzliche Funktionalität und/oder Sicherheitseigenschaften für das hydraulische Ventilatorsystem bereitstellen.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auf Hydraulikpumpen und/oder Hydraulikmotoren angewendet werden, wobei das Einstellelement für das Verdrängungsvolumen eine Schrägscheibe oder ein Joch ist. Mit anderen Worten kann das Verfahren ebenso auf Schrägachsen- oder Schrägscheibenpumpen sowie -motoren angewendet werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann ein Abschaltventil hydraulisch zwischen der Pumpe und dem Motor angeordnet sein. Das Abschaltventil weist eine erste Sicherheitsstellung auf, in der der Hydraulikflüssigkeitsstrom zwischen der Pumpe und dem Motor reduziert oder sogar unterbrochen wird, letztlich bis die Motorgeschwindigkeit zum Stillstand reduziert wird, und eine zweite Betriebsstellung, in der die Pumpe und der Motor hydraulisch zum Betreiben des Ventilator verbunden sind.
In Schritt f) kann das Abschaltventil von der Betriebsstellung in die Sicherheitsstellung geschaltet werden, wenn der Unterschied zwischen dem bereitgestellten Schwenkstrom und dem idealen Schwenkstrom oder der Ventilatorgeschwindigkeitsfehler höher ist als der voreingestellte Grenzwert für den Schwenkstrom oder höher ist als der voreingestellte Grenzwert für den Geschwindigkeitsfehler. Beispielsweise sind die Grenzwerte zum Verhindern von Schäden am Ventilator wegen zu hoher Geschwindigkeit des Ventilators definiert. Eine mögliche Ausgestaltung einer funktionalen Sicherheitsmaßnahme ist es, das Abschaltventil von der Betriebsstellung in die Sicherheitsstellung zu schalten. Das Abschaltventil kann ein Ventil mit zwei Schaltstellungen oder ein Proportionalventil sein, abhängig von der gewünschten Anwendung. Wenn das Abschaltventil ein Ventil mit zwei Ventilstellungen ist, trennt das Schalten des Abschaltventils von seiner Betriebsstellung in die Sicherheitsstellung die Hydraulikpumpe vom Hydraulikmotor und schaltet daher den Hydraulikmotor ab, was wiederum bewirkt, dass der Ventilator zum Halten/Stillstand kommt. Wenn das Abschaltventil ein Proportionalventil ist, führt ein Schalten von der Betriebs- in die Sicherheitsstellung zu einem niedrigeren Druck am Motoreinlass, was das Drehmoment und die Geschwindigkeit des Ventilator verringert. Dies kann letztlich dazu führen, dass das Ventil seine geschlossene Stellung erreicht, wobei sich die Ventilatorgeschwindigkeit ebenso verringert, bis dieser stillsteht.
Eine zusätzliche oder alternative Funktion zum Schalten des Abschaltventils in Schritt f) ist es, eine Warnmitteilung an einen Bediener, und/oder an eine Kontrollschnittstelle, und/oder an eine Benutzerschnittstelle des Ventilatorsystems, und/oder an eine Arbeitsmaschine, an der das Ventilatorsystem angebracht ist, zu senden, wenn der Unterschied zwischen dem bereitgestellten Schwenkstrom und dem idealen Schwenkstrom oder der Ventilatorgeschwindigkeitsfehler größer ist als der zugehörige vordefinierte Grenzwert. Nach dem Erhalten dieser Warnmeldung kann der Systembediener oder die Steuerschnittstelle zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen ausführen, um Störgrößen zu eliminieren und dabei das Systemverhalten in Richtung des idealen Systemverhaltens wieder einzustellen. Erfindungsgemäß können ebenso andere Sicherheitsmaßnahmen ausgeführt werden, um Störgrößen zu eliminieren, wie ein elektrisches Abschalten der Maschine, das Reduzieren der Motorgeschwindigkeit, oder das Einleiten einer Reinigung des Saugsystems oder Lufteinlassgitters. Ein Fachmann kennt viele andere Wege, Sicherheitsmaßnahmen auszuführen, um das Systemverhalten beizubehalten und um Schäden am Antriebsventilator oder am hydraulischen Ventilatorsystem zu vermeiden.
Die Anpassung des Schwenkstroms in Schritt d) kann basierend auf dem Ventilatorgeschwindigkeitsfehler unter Benutzung eines P-, PI-, PID-, Fuzzy- oder Predictive Controllers oder einer ähnlichen Art von linearem oder nichtlinearem Controller berechnet werden. Die passende Regelarchitektur wird von einem Fachmann abhängig von der Anwendung und der verfügbaren Rechenleistung ausgewählt. Die Parameter eines beliebigen der vorher genannten Regler können eingestellt werden, um eine eher schnelle oder alternativ langsame Regelantwort zu erhalten. Die Anwendung von Methoden künstlicher Intelligenz, wie beispielsweise neuronale Netze oder die Anwendung von Predictive Controllern sind ebenso von der Erfindung umfasst.
Der ideale Schwenkstrom kann in Schritt e) aus einer Nachschlagetabelle, einer Matrix, eine Funktion oder einer ähnlichen Datenstruktur abgeleitet werden, die jedem Wert einer berechneten Ventilatorgeschwindigkeit einen idealen Schwenkstromwert zuordnet. Die Datenstrukturen können unter Benutzung von Messungen aufgebaut werden, die aus Simulationen oder Experimenten mit dem erfindungsgemäßen hydraulischen Ventilatorsystem oder unter Benutzung der Ergebnisse aus modellbasierten Berechnungen des hydraulischen Ventilatorsystems erhalten werden. Die Datenstrukturen können nicht nur ein ideales Systemverhalten repräsentieren, sondern können auch eine durchschnittliche Störgröße aufweisen, die das ideale Systemverhalten beeinflusst. Diese zweite Option verlangsamt/begrenzt die Antwort des erfindungsgemäßen Sicherheitssystems auf Störungen, die außerhalb dieser durchschnittlichen/gewöhnlichen Störungen liegen.
Ein hydraulisches Ventilatorsystem gemäß der Erfindung weist einen Ventilator auf, der von einem Hydraulikmotor betrieben wird. Der Ventilator und der Motor können beispielsweise durch eine Welle und/oder ein Getriebe oder ähnlichem verbunden sein, das das vom Hydraulikmotor erzeugte Drehmoment auf den Ventilator überträgt. Das System weist weiter eine Hydraulikpumpe mit verstellbarer Verdrängung auf, um den Hydraulikmotor anzutreiben, welche ein Einstellelement für das Verdrängungsvolumen aufweist, das verschwenkt werden kann, wobei der Schwenkwinkel mittels des Steuern eines Schwenkstroms, der an eine elektronische Verdrängungssteuereinheit zugeführt wird, gesteuert werden kann. Die Pumpe mit variabler Verdrängung und der Hydraulikmotor sind hydraulisch miteinander verbunden, sodass Hydraulikdruck am Pumpenauslass zum Einlass des Hydraulikmotors geleitet wird. Das Einstellelement für das Verdrängungsvolumen kann beispielsweise eine Schrägscheibe sein, die verschwenkt werden kann, sodass der Durchfluss und/oder das Verdrängungsvolumen der Pumpe mit verstellbarem Verdrämgungsvolumen angepasst werden kann/können. Der Schwenkwinkel kann durch Mittel zum Steuern eines Schwenkstrom verschwenkt werden, der beispielsweise an einer elektronischen Verdrängungssteuervorrichtung bereitgestellt wird, welche beispielsweise ein Elektromagnet sein kann, der auf das Verdrängungsvolumeneinstellelement wirkt und dabei dessen Schwenkwinkel verändert, was somit zu einer Veränderung des Durchflusses durch die Pumpe mit variabler Verdrängung führt. Das hydraulische Ventilatorsystem weist weiter Mittel zum Ermitteln des Volumenstroms der Pumpe auf. Da unterschiedliche Wege zum Ermitteln des Volumenstroms der Pumpe existieren, die der Fachmann kennt, wird der Fachmann eine geeignete Lösung für die ausgewählte Anwendung wählen.
In einer weiteren Ausführungsform weist das hydraulische Ventilatorsystem weiter eine Steuereinheit auf. Die Steuereinheit weist eine weitere Signalverbindung zu den Mitteln zum Bestimmen des Volumenstroms der Pumpe und eine Signalverbindung zu einer Vorrichtung zum Festlegen der Ventilatorgeschwindigkeit auf. Wie oben ausgeführt, können die Mittel zum Ermitteln des Volumenstroms der Pumpe, beispielsweise einen Drehgeschwindigkeitssensor und ein Schwenkwinkelmesssensor, aus einen weiten Bereich von Vorrichtungen ausgewählt werden. Die Einstellvorrichtung für die Ventilatorgeschwindigkeit kann beispielsweise eine Steuerschnittstelle oder ein Joystick sein. Beide Signalverbindungen sind nicht an irgendwelche physischen Einschränkungen gebunden, d. h. die Verbindung kann über ein Kabel oder eine kabellose Verbindung hergestellt werden und/oder die Verbindung kann ein Bussystem sein oder eine andere Kommunikationsstruktur.
Die Steuereinheit weist weiter eine Ventilatorgeschwindigkeitsberechnungseinheit zum Berechnen einer Ventilatorgeschwindigkeit basierend auf dem ermittelten Volumenstrom auf. Die Berechnungseinheit der Ventilatorgeschwindigkeit kann Mittel zum Speichern einer Berechnungsregel und/oder der gemessenen Werte aufweisen, auf Basis derer die Ventilatorgeschwindigkeit berechnet werden kann. Die Steuereinheit weist weiter eine Fehlerermittlungseinheit für die Ventilatorgeschwindigkeit zum Ermitteln eines Ventilatorgeschwindigkeitfehlers durch Vergleichen der berechneten Ventilatorgeschwindigkeit mit der Ventilatorgeschwindigkeit die durch die Vorgabevorrichtung für die Ventilatorgeschwindigkeit vorgegeben ist. Basierend auf diesem Vergleich stellt die Steuereinheit einen angepassten Schwenkstrom an die Verdrängungsvolumensteuereinheit bereit, sodass der Volumenstrom angepasst werden kann, um den Ventilatorgeschwindigkeitfehler zu reduzieren. Wie vorher ausgeführt, werden das Verdrängungsvolumen oder der Volumenstrom der Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung durch Anpassen des Schwenkstroms angepasst, welcher der Verdrängungssteuereinheit der Pumpen- oder Motoreinheit zugeführt wird.
Die Steuereinheit kann einen Regler aufweisen, um basierend auf dem ermittelten Ventilatorgeschwindigkeitsfehler den Schwenkstrom zu berechnen, welcher der elektronischen Verdrängunssteuereinheit zugeführt wird. Diese Anpassung des Stroms kann direkt oder indirekt vom Ventilatorgeschwindigkeitsfehler abgeleitet werden, beispielsweise unter Verwendung einer Regelarchitektur, beispielsweise eines PI- oder PID Reglers. Wenn ein Computer oder Mikrocontroller als Steuereinheit eingesetzt wird, können die Berechnungseinheit für die Ventilatorgeschwindigkeit, die Fehlerermittlungseinheit für die Ventilatorgeschwindigkeit und die Erkennungseinheit für die Ventilatorgitterblockade als unterschiedliche Computer oder Vorrichtungen gemäß dem erfinderischen Konzept ausgeführt sein oder als Einheiten, die sich den gleichen Computer und/oder Mikrocontroller und/oder Vorrichtung gemäß der erfinderischen Idee teilen.
Die Steuereinheit kann weiter eine Erkennungseinheit für eine Blockade des Ventilatorgitters aufweisen, um funktionale Sicherheitsmaßnahmen in Fällen auszuführen, in denen beispielsweise das Ventilatorgitter mit Schmutz oder Schutt blockiert ist. Diese Maßnahmen können Schaden am Ventilator verhindern, beispielsweise durch Verhindern von zu hohen Geschwindigkeiten des Ventilator. Sicherheitskritische Maßnahmen können ausgeführt werden, wenn der Unterschied zwischen dem angepassten Schwenkstrom und einem idealen Schwenkstrom, der von der berechneten Ventilatorgeschwindigkeit abgeleitet ist, d. h. der Ventilatorgeschwindigkeitsfehler, größer ist als ein vorgegebener Grenzwert. Wenn der Schwenkstrom und der ideale Schwenkstrom sich signifikant voneinander unterscheiden, ist eine Betriebsstörung des hydraulischen Ventilatorsystems wahrscheinlich. Der ideale Schwenkstrom stellt den Schwenkstrom dar, der nötig wäre, wenn das System unter idealen oder optimalen Bedingungen betrieben werden würde. Maßnahmen, die von der Erkennungseinheit für eine Blockade des Ventilatorgitters ausgelöst werden können, können sicherheitskritisch sein, beispielsweise: ein Abschalten des Ventilatorsystems, das Senden von Mitteilungen, ein Verringern des Ventilatordrehmoments oder der Ventilatorgeschwindigkeit, ein Ändern von relevanten Berechnungsparametern, d. h. Parametern, die für die Berechnung des Schwenksstroms auf Basis des Ventilatorgeschwindigkeitsfehlers ursächlich sind oder ähnliche sicherheitskritische Maßnahmen.
Die erfindungsgemäße Erkennungseinheit für eine Blockade des Ventilatorgitters kann in der Lage sein, ein Abschaltventil zu schalten, das hydraulisch zwischen der Hydraulikpumpe und dem Hydraulikmotor angeordnet ist. Das Abschaltventil weist eine Betriebsstellung, in der die Pumpe und der Motor hydraulisch verbunden sind, und eine Sicherheitsstellung auf, in der die hydraulische Verbindung zwischen der Pumpe und der Motor unterbrochen ist. Das Abschaltventil kann als Zwei-Positionsventil mit den zwei vorher genannten Stellungen oder als Proportionalventil ausgestaltet sein, wobei die Fluidverbindung zwischen der Pumpe und dem Motor in der Betriebsstellung des Abschaltventils vollständig geöffnet ist und immer weiter verringert wird, je weiter das Abschaltventil in Richtung der Sicherheitsstellung geschaltet wird. Die Erkennungseinheit für eine Blockade des Ventilatorgitters ist in der Lage, dieses Abschaltventil beispielsweise durch Aufbringen eines Hydraulikdrucks auf einen Abschaltventilschieber oder durch Betätigen auf des Abschaltventilschiebers mittels eines Elektromagneten zu schalten, wenn der Unterschied zwischen dem angepassten Schwenkstrom und dem idealen Schwenkstrom oder der Ventilatorgeschwindigkeitsfehler größer ist als ein vordefinierter Grenzwert für den Ventilatorgeschwindigkeitfehler.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfinderischen Konzepts kann das Abschaltventil zusätzlich eine Feder aufweisen, die das Abschaltventil in seine Sicherheitsstellung drückt. Während des Betriebs wird das Abschaltventil mittels der Erkennungseinheit für eine Blockade des Ventilatorgitters in seine Betriebsstellung gedrückt, die gegen die Kraft der Feder wirkt, oder die ein Signal bereitstellt, gegen die Kraft der Feder zu wirken, wenn der Unterschied zwischen dem bereitgestellten/angepassten Schwenkstrom und dem idealen Schwenkstrom oder der Ventilatorgeschwindigkeitsfehler niedriger ist als der zugehörige vordefinierte Grenzwert für den Schwenkstrom oder den Ventilatorgeschwindigkeitsfehler. Alternativ oder zusätzlich zu der Möglichkeit, das Abschaltventil zu schalten, kann die Blockadeerkennungseinheit in der Lage sein, Warnmitteilungen oder Benachrichtigungen oder andere Signale an einen Bediener, eine Steuerschnittstelle oder eine Benutzerschnittstelle des Ventilatorsystems oder an eine Vorrichtung, an der das Ventilatorsystem angebracht ist, zu senden, wenn der Unterschied zwischen dem bereitgestellten Schwenkstrom und dem idealen Schwenkstrom oder der Ventilatorgeschwindigkeitsfehler größer ist als der zugehörige vordefinierte Grenzwert.
Wie vorher ausgeführt stehen einem Fachmann unterschiedliche Optionen zur Verfügung, um den Volumenstrom der Pumpe zu ermitteln. Der Volumenstrom kann entweder direkt durch einen Volumenstromsensor gemessen werden, oder indirekt durch Messen anderer Größen, aus denen der Volumenstrom berechnet werden kann. Der Volumenstrom kann beispielsweise basierend auf der Drehgeschwindigkeit der Pumpe, die von einem Drehgeschwindigkeitssensor gemessen wird, und basierend auf einem Verdrängungschwenkwinkel der Pumpe, der von einem Schwenkwinkel Sensor gemessen wird, berechnet werden.
Die Messungen und/oder Berechnungen können in einer Speichereinheit gespeichert werden, um für die Fehlererkennung, Zustandsüberwachung, Predictive Maintenance oder einem ähnlichen Zweck zur Verfügung zu stehen. Insbesondere sind die Werte von Volumenstrom, Ventilatorgeschwindigkeit, Ventilatorgeschwindigkeitsfehler, Schwenkstrom und/oder idealen Schwenkstrom von speziellen Interesse, da sie Rückschlüsse auf den derzeitigen Abnutzungszustand des Systems oder auf Störgrößen erlauben, die das System beeinflussen, wie beispielsweise Schmutz oder Schutt, die den das Ventilatorgitter blockieren.
Erfindungsgemäß kann das Verdrängungsvolumeneinstellelement des Hydraulikmotors und/oder der Pumpe eine Schrägscheibe oder ein Joch sein. In anderen Worten können Schrägachsen- oder Schrägscheibenpumpen oder -motoren verwendet werden.
Das erfindungsgemäße hydraulische Ventilatorsystem kann als ein hydraulisches Saug- oder Blassystem oder als eine hydraulische Ventilationsvorrichtung in einem hydraulischen Arbeitsfahrzeug oder einer Maschine verwendet werden. Das hydraulische Arbeitsfahrzeug kann beispielsweise eine Straßenkehrvorrichtung sein oder ein Straßen-/Fußweginstandhaltungsfahrzeug oder ein Schneeräumfahrzeug.
Die oben im Allgemeinen beschriebene Erfindung wird nun mithilfe der beiliegenden Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen und bevorzugte Gestaltungsmöglichkeiten dargestellt sind, weiter detailliert. Diese bevorzugten Ausführungsformen begrenzen jedoch den Umfang der erfinderischen Idee nicht. Die dargestellten bevorzugten Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Des Weiteren können Änderungen im Rahmen der Kenntnisse eines Fachmanns umgesetzt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. In den Figuren ist dargestellt:

1 zeigt ein hydraulisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen hydraulischen Ventilatorsystems;
2 zeigt ein Flussschaltbild eines Verfahrens zum Steuern der Geschwindigkeit eines erfindungsgemäßen hydraulischen Ventilatorsystems;
3 zeigt ein Schema einer erfindungsgemäßen Steuereinheit;

1 zeigt ein hydraulisches Ventilatorsystem 1 gemäß der Erfindung, das einen Ventilator 25 aufweist, der mit einem Hydraulikmotor 20 über eine Welle und/oder ein Getriebemittel verbunden ist. Der Auslass des Hydraulikmotors 20 ist über eine Motorauslassleitung 24 mit einem Hydrauliktank 5 verbunden. Eine Hydraulikpumpe 10 mit variabler Verdrängung ist über eine Pumpensaugleitung 14 hydraulisch mit dem Tank 5 verbunden. Der Pumpenauslass ist über eine Pumpendruckleitung 16 mit einem Abschaltventil 30 verbunden, wobei der Auslass des Abschaltventils 30 hydraulisch mit der Motoreinlassleitung 22 verbunden ist, die geeignet ist, Hydraulikdruck zur Einlassleitung 22 des Hydraulikmotors 20 zu übertragen.
Das Abschaltventil 30 weist eine Sicherheitsstellung 32, auch Abschaltstellung genannt, und eine Betriebsstellung 34 auf. Eine Feder 38 hält das Abschaltventil 30 in seiner Abschalt-/Sicherheitsstellung 32, wenn dieser nicht eine Kraft entgegenwirkt, die von einem Abschaltventilaktuator 36 ausgeübt wird. Das in 1 dargestellte Abschaltventil 30 ist als Ventil mit zwei Stellungen ausgebildet, das zwischen der Sicherheitsstellung 32 und der Betriebsstellung 34 schaltbar ist. In der Sicherheitsstellung 32 sind die Pumpendruckleitung 16 und die Motoreinlassleitung 22 hydraulisch getrennt, wohingegen die Pumpendruckleitung 16 und die Motoreinlassleitung 22 in der Betriebsstellung 34 hydraulisch verbunden sind. Das Abschaltventil 30 könnte jedoch ebenso als Proportionalventil ausgeführt sein, das eine Öffnung bereitstellt, die proportional zur Kraft des Abschaltventilaktuators 36 reduziert werden kann. Der Abschaltventilaktualtor 36 ist über eine Sicherheitsmaßnahmensignalverbindung 35 mit einer Steuereinheit 40 verbunden, die vorgesehen ist, Sicherheitsmaßnahmensignale 52 zu senden (siehe 2 und 3).
Die Hydraulikpumpe 10 weist ein Verdrängungsvolumeneinstellelement 15 auf, das den Volumenstrom 19 der Pumpe 10 steuert. Der Volumenstrom 19 der Pumpe 10 wird mittels eines Drehgeschwindigkeitssensors 17 und eines Schwenkwinkelsensors 18 ermittelt, die mit der Steuereinheit 40 über eine Volumenstromsignalverbindung 41 verbunden sind. Die Steuereinheit 40 ist des Weiteren ausgestaltet, einen Schwenkstrom 12 an eine elektronische Verdrängungsteuereinheit (EDC) zu senden, die mit dem Verdrängungsvolumeneinstellelement 15 gekoppelt ist. Der Schwenkwinkel des Einstellelements 15 für das Verdrängungsvolumen wird im Einklang mit dem Schwenkstrom 12 festgelegt.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung der Geschwindigkeit eines bespielhaft in 1 dargestellten hydraulischen Ventilatorsystems 1, das die Schritte a) bis d) und e) bis f) aufweist. Das Verfahren kann zur Steuerung von Hydrauliksystemen angewendet werden, die einen Ventilator 25 aufweisen, der von einem Hydraulikmotor 20 betrieben wird, der von einer Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung 10 angetrieben wird. Die Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung 10 weist ein Verdrängungsvolumeneinstellelement 15 auf, beispielsweise eine Schrägscheibe oder ein Joch, dessen Schwenkwinkel 13 durch einen an ein EDC bereitgestellten Schwenkstrom 12 gesteuert wird. Das Verfahren gemäß der Erfindung weist, wie in 2 dargestellt, die folgenden Schritte auf, die wiederholt und/oder periodisch ausgeführt werden (siehe 1 für Elemente des Bezugssystems):

Schritt a) Der Volumenstrom 19 der Hydraulikpumpe 10 wird mittels Messen von Betriebsparametern des Hydrauliksystems ermittelt. Der Volumenstrom 19 der Pumpe 10 kann beispielsweise durch Messung der Drehgeschwindigkeit 11 der Pumpe 10 und des Schwenkwinkel 13 des Verdrängungsvolumeneinstellelements 15 ermittelt werden. Da der Schwenkwinkel 13 des Verdrängungsvolumeneinstellelement 15 direkt das Verdrängungsvolumen der Hydraulikpumpe 10 beeinflusst, kann der Volumenstrom 19 der Pumpe 10 in diesem Beispiel durch Multiplikation der Drehgeschwindigkeit 11 der Pumpe 10 mit dem Verdrängungsvolumen pro Umdrehung der Pumpe 10 berechnet werden. Alternativ könnte der Volumenstrom der Pumpe 10 direkter unter Verwendung eines Volumenstromsensors gemessen werden, der in der Hydraulikleitung 16 installiert werden könnte, welche den Auslass der Pumpe mit der Einlassleitung 22 des Motors verbindet.
Schritt b) Eine Ventilatorgeschwindigkeit 45 wird basierend auf dem Volumenstrom 19 in Schritt a) unter Verwendung von Gleichungen, die das Ventilatorsystem 1 repräsentieren, berechnet. Die Gleichungen repräsentieren die technische Verbindung zwischen dem Volumenstrom 19 und der Ventilatorgeschwindigkeit 45 und können aufgestellt werden mittels Erstellen eines physikalischen Modells des hydraulischen Ventilatorsystems 1 oder mittels Trainieren eines neuronalen Netzes, das geeignet ist, einem Wert für die Ventilatorgeschwindigkeit 45 einen korrespondierenden Wert für den Volumenstrom 19 zuzuordnen, mit Trainingsdaten, die beispielsweise während des Betriebs des hydraulischen Ventilatorsystems 1 gemessen wurden.
Schritt c) Ein Ventilatorgeschwindigkeitsfehler 48 wird durch Vergleichen der berechneten Ventilatorgeschwindigkeit 45 aus Schritt b) mit einem Sollwert für die Ventilatorgeschwindigkeit 43 ermittelt, der von einer Vorgabevorrichtung 47 für die Ventilatorgeschwindigkeit festgelegt wurde, beispielsweise gemäß einer Bedienereingabe. Der Vergleich wird beispielsweise durch Subtrahieren des in Schritt b) für die Ventilatorgeschwindigkeit 45 berechneten Werts von dem Sollwert für die Ventilatorgeschwindigkeit 43 ausgeführt.
Schritt d) Ein Schwenkstrom 12, der an die elektronische Verdrängungssteuereinheit (EDC) zugeführt wird, wird angepasst, um den Schwenkwinkel 13 des Verdrängungsvolumeneinstellelements 15 derart anzupassen, dass der Ventilatorgeschwindigkeitsfehler 48 reduziert wird. In anderen Worten wird ein Schwenkstrom 12 basierend auf dem in Schritt c) ermittelten Ventilatorgeschwindigkeitsfehler 48 berechnet und an die elektronische Verdrängungssteuereinheit (EDC) gesendet, um den Schwenkwinkel 13 des Einstellelement 15 für das Verdrängungsvolumen, beispielsweise eine Schrägscheibe oder ein Joch, anzupassen. Dabei erhöht sich oder verringert sich der Volumenstrom 19 der Pumpe 10.

Der Schwenkstrom 12 kann zu einem Elektromagneten geleitet werden, der auf das Verdrängungsvolumeneinstellelement 15 wirkt, wobei er den Schwenkwinkel 13 des Verdrängungsvolumeneinstellelements 15 proportional zum Schwenkstrom 12 festlegt.
Im Fall, dass der Sollwert 43 für die Ventilatorgeschwindigkeit größer ist als die berechnete Ventilatorgeschwindigkeit 45, kann der Schwenkstrom 12 in eine Richtung verändert werden, sodass der Schwenkwinkel des Verdrängungsvolumeneinstellelements 15 vergrößert wird, was zu einem vergrößerten Volumenstrom 19 der Pumpe 10 führt und damit zu einer höheren berechneten Ventilatorgeschwindigkeit 45. Deshalb wird der Ventilatorgeschwindigkeitsfehler 48 zwischen dem Sollwert für die Ventilatorgeschwindigkeit 43 und der berechneten Ventilatorgeschwindigkeit 45 reduziert, beispielsweise wenn ein Proportionalregler (P-Controller) eingebaut ist, wird der Ventilatorgeschwindigkeitsfehler 48 mit einem konstanten Faktor multipliziert, um den Schwenkstrom 12 zu ermitteln. Ein Fachmann kennt jedoch verschiedene Arten von Reglern, die zum Berechnen einer Anpassung des Schwenkstroms basierend auf dem Ventilatorgeschwindigkeitsfehler 48 anwendbar sind.
Wie in 2 dargestellt, werden die Schritte e) und f) im Wesentlichen gleichzeitig mit den Schritten c) und d) ausgeführt. In Schritt e) wird ein idealer Schwenkstrom 12 von der berechneten Ventilatorgeschwindigkeit 45 abgeleitet, wobei ein ideales Verhalten des Ventilatorsystems 1 angenommen wird. Ausgehend von der berechneten Ventilatorgeschwindigkeit 45 wird in Schritt e) ein Idealwert für den Schwenkstrom 55 ermittelt, beispielsweise unter Zuhilfenahme einer Nachschlagetabelle, einer Matrix oder einer ähnlichen Methode, bei der der Zusammenhang zwischen der Ventilatorgeschwindigkeit und dem Schwenkstrom 12 unter Idealbedingungen beschrieben ist. Das bedeutet, dass jeder berechneten Ventilatorgeschwindigkeit 45 ein Idealwert für den Schwenkstrom 55 zugeordnet werden kann. Hier können auf einem theoretischen Niveau unterschiedliche physikalische Modelle oder Störungen berücksichtigt werden.
Im folgenden Schritt f) wird der Idealwert 55 für den Schwenkstrom 12, der in Schritt e) ermittelt wurde, mit dem in Schritt d) angepassten und an die elektronische Verdrängungssteuervorrichtung EDC gesendeten Schwenkstrom 12 verglichen. Wenn der Unterschied zwischen den beiden Strömen größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist, werden Sicherheitsmaßnahmen 52 ausgeführt, um Schäden am Ventilator 25 zu vermeiden, beispielsweise durch zu hohe Geschwindigkeiten des Ventilators. Zu hohe Geschwindigkeiten des Ventilators können auftreten, wenn beispielsweise der Volumenstrom 19 oder der Druck in der Einlassleitung 22 des Hydraulikmotors 20 dergestalt sind, dass der Druckabfall über den Hydraulikmotor 20 oder der Volumenstrom 19 durch den Hydraulikmotor 20 zu hoch sind. Dies führt zu einem/einer sehr hohen Drehmoment und/oder Drehgeschwindigkeit an der Welle, die den Ventilator 25 mit dem Hydraulikmotor 20 verbindet.
Ein vordefinierter Grenzwerte kann definieren, wie schnell das hydraulische Ventilatorsystem 1 auf Abweichungen von seinem Idealverhalten reagiert. Je höher der vordefinierte Grenzwert festgelegt ist, desto langsamer oder später (weicher) wird das System auf Störungen reagieren, die zu einem Anstieg oder Abfall des bereitgestellten Schwenkstroms ist im Vergleich zum idealen Schwenkstrom führen.
3 zeigt ein Schema einer erfindungsgemäßen Steuereinheit 40. Die durchgezogenen Pfeile in 3 repräsentieren physische Verbindungen außerhalb der Steuereinheit 40, wohingegen die gestrichelten Linien Kommunikationsgrößen innerhalb der Steuereinheit 40 darstellen, welche über physische Verbindungen geleitet werden können, aber ebenso virtuell zwischen den Untereinheiten in der Steuereinheit 40 ausgetauscht werden können. Die Steuereinheit 40 weist eine Volumenstromsignalverbindung 41 auf, über die die Sensoren 17, 18 zum Ermitteln der Drehgeschwindigkeit 11 der Pumpe 10 und des Schwenkwinkels 13 des Verdrängungsvolumeneinstellelements 15 mit der Steuereinheit 40 verbunden sind. Die Steuereinheit 40 weist weiter eine Signalverbindung 42 für den Ventilatorgeschwindigkeitssollwert auf zum Empfangen des Sollwerts für die Ventilatorgeschwindigkeit 43 von einem Steuerinterface oder einer ähnlichen Einstellvorrichtung 47 für die Ventilatorgeschwindigkeit. Die Sensorsignale 17 und 18, die über die Signalverbindung 41 gesendet werden, werden in einer Berechnungseinheit 44 für die Ventilatorgeschwindigkeit verarbeitet, die eine Ventilatorgeschwindigkeit 45 basierend auf den Sensorsignalen 17 und 18 berechnet. Die berechnete Ventilatorgeschwindigkeit 45 wird intern an eine Fehlerermittlungseinheit 46 für die Ventilatorgeschwindigkeit und an eine Ventilatorgitterblockadeerkennungseinheit 50 verteilt. Die Fehlerermittlungseinheit 46 für die Ventilatorgeschwindigkeit ist in der Lage, einen Ventilatorgeschwindigkeitsfehler 48 durch Vergleichen der berechneten Ventilatorgeschwindigkeit 45 mit dem Sollwert 43 für die Ventilatorgeschwindigkeit zu ermitteln. Basierend auf dem Ventilatorgeschwindigkeitsfehler 48 stellt ein Regler 60 einer elektronischen Verdrängungssteuereinheit EDC über eine Schwenkstromleitung 49 einen angepassten Schwenkstrom 12 als Ausgang der Steuereinheit 40 bereit.
Eine Ventilatorgitterblockadeerkennungseinheit 50 ist in der Lage, funktionale Sicherheitsmaßnahmen 52 auszuführen, die entweder als Ausgang der Steuereinheit 40 gesendet oder innerhalb der Steuereinheit 40 verarbeitet werden können, um die vom Regler 60 ausgeführte Berechnung des Schwenkstroms 12 basierend auf dem Ventilatorgeschwindigkeitsfehler 48 anzupassen. Die Erkennungseinheit 50 einer Blockade des Ventilatorgitters wählt und berechnet, welche sicherheitskritischen Maßnahmen ausgeführt werden sollen, basierend auf dem berechneten Schwenkstrom 12 und der berechneten Ventilatorgeschwindigkeit 45, wobei die Erkennungseinheit 50 einer Blockade des Ventilatorgitters in der Lage ist, einen idealen Schwenkstrom 55 von der berechneten Ventilatorgeschwindigkeit 45 abzuleiten, um diese mit dem Schwenkstrom 12, der an die elektronische Verdrängungssteuerungseinheit EDC bereitgestellt wird, zu vergleichen.
Wenn der bereitgestellte Schwenkstrom 12 vom idealen Schwenkstrom 55 um mehr als einen voreingestellten Grenzwert für den Schwenkstrom abweicht, führt die Steuereinheit 40 sicherheitskritische Maßnahmen aus, beispielsweise ein Reduzieren des Stroms, der dem Abschaltventilaktuator 36 bereitgestellt wird, um die Hydraulikverbindung zwischen der Pumpendruckleitung 16 und der Motoreinlassleitung 22 zu reduzieren oder zu schließen oder die Stromversorgung zur elektronischen Verdrängungssteuereinheit EDC zu reduzieren oder zu unterbrechen, und um das Verdrängungsvolumeneinstellelement 15 zurück zu schwenken und damit den Volumenstrom über die Motoreinlassleitung 22 zum Hydraulikmotor 20 zu reduzieren.
Aus der obigen Offenbarung und den beiliegenden Figuren und Ansprüchen wird erachtet, dass das Verfahren zum Steuern der Geschwindigkeit eines hydraulischen Ventilatorsystems und das hydraulische Ventilatorsystem gemäß der Erfindung viele Möglichkeiten und Vorteile gegenüber dem Stand der Technik bieten. Von einem Fachmann wird weiter gewürdigt werden, dass weitere Abwandlungen und Veränderungen an den Verfahren zum Steuern der Geschwindigkeit eines hydraulischen Ventilatorsystems und an den hydraulischen Ventilatorsystemen im Stand der Technik bei dem Verfahren und dem hydraulischen Ventilatorsystem gemäß der Erfindung ausgeführt werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Deshalb liegen all diese Abwandlungen und Veränderungen im Geltungsbereich der Ansprüche und sind durch diese abgedeckt. Es soll des Weiteren verstanden werden, dass Beispiele und Ausführungsformen, die oben beschrieben sind, nur illustrativen Zwecken dienen und dass verschiedene Abwandlungen, Veränderungen und Kombinationen der Ausführungsbeispiele im Lichte dessen, was einem Fachmann vorgeschlagen wird, im Geiste und Umfang dieser Anmeldung enthalten sind.
Bezugszeichenliste

1: Hydraulisches Ventilatorsystem
5: Tank
10: Hydraulikpumpe
11: Drehgeschwindigkeit der Pumpe
12: Schwenkstrom
13: Schwenkwinkel
14: Pumpensaugleitung
15: Verdrängungsvolumeneinstellelement
16: Pumpendruckleitung
17: Drehgeschwindigkeitssensor
18: Winkelsensor
19: Volumenstrom
20: Hydraulikmotor
22: Motoreinlassleitung
24: Motorauslassleitung
25: Ventilator
30: Abschaltventil
32: Sicherheitsstellung
34: Betriebsstellung
35: Sicherheitshandlungssignalverbindung
36: Abschaltventilaktuator
38: Feder
40: Steuereinheit
41: Volumenstromsignalverbindung
42: Ventilatorgeschwindigkeitssollwertsignalverbindung
43: Ventilatorgeschwindigkeitssollwert
44: Ventilatorgeschwindigkeitsberechnungseinheit
45: Berechnete Ventilatorgeschwindigkeit
46: Ventilatorgeschwindigkeitsfehlerermittlungseinheit
47: Ventilatorgeschwindigkeitseinstellvorrichtung
48: Ventilatorgeschwindigkeitsfehler
49: Schwenksstromleitung
50: Ventilatorgitterblockadeerkennungseinheit
52: Sicherheitsmaßnahme
55: Idealwert für Schwenkstrom
60: Regler/Controller
EDC: Elektronische Verdrängungssteuereinheit

Claims

Verfahren zum Steuern der Geschwindigkeit eines hydraulischen Ventilatorsystems (1) aufweisend einen von einem Hydraulikmotor (20) betriebenen Ventilator (25), der von einer Hydraulikpumpe mit verstellbarem Verdrängungsvolumen (10) angetrieben wird, die ein Einstellelement (15) für das Verdrängungsvolumen aufweist, dessen Schwenkwinkel (13) mittels Steuern eines Schwenkstroms (12) einstellbar ist, welcher einer elektronischen Verdrängungssteuereinheit (EDC) bereitgestellt wird, wobei das Verfahren die folgenden, sich wiederholenden Schritte aufweist: a) Ermitteln eines Volumenstroms (19) der Pumpe (10) mittels Messen von Betriebsgrößen der Pumpe (10); b) Berechnen einer Ventilatorgeschwindigkeit (45) basierend auf dem in Schritt a) ermittelten Volumenstrom (19) unter Benutzung von Gleichungen, die das Ventilatorsystem (1) beschreiben; c) Ermitteln eines Geschwindigkeitsfehlers (48) des Ventilators durch Vergleichen der berechneten Ventilatorgeschwindigkeit (45) aus Schritt b) mit einem Sollwert (43) der Ventilatorgeschwindigkeit, der von einer Eingabevorrichtung (47) bereitgestellt wird; d) Anpassen des an die elektronische Verdrängungssteuereinheit (EDC) bereitgestellten Schwenkstroms (12), um den Schwenkwinkel (13) des Einstellelements (15) für das Verdrängungsvolumen anzupassen, sodass der Geschwindigkeitsfehler (48) des Ventilators verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Sicherheitsmaßnahmen (52) ausgeführt werden, um Schäden am Ventilator (25) zu vermeiden, wenn der in Schritt c) ermittelte Geschwindigkeitsfehler (48) des Ventilators größer als ein Geschwindigkeitsfehlergrenzwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die folgenden Schritte gleichzeitig zu den Schritten c) bis d) ausgeführt werden: e) Ableiten eines Idealwertes (55) für den Schwenkstrom aus der berechneten Ventilatorgeschwindigkeit (45) aus Schritt b); f) Ausführen von Sicherheitsmaßnahmen (52), um Schäden am Ventilator (25) zu vermeiden, wenn der Unterschied zwischen dem in Schritt e) abgeleiteten Idealwert (55) für den Schwenkstrom und dem in Schritt b) angepassten angepassten Schwenkstrom (12) größer ist als ein Schwenkstromgrenzwert.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei in Schritt f) ein Abschaltventil (30) von einer Betriebsstellung (34), in der die Pumpe (10) und der Motor (20) hydraulisch verbunden sind, in eine Sicherheitsstellung (32) geschaltet wird, in der die hydraulische Verbindung zwischen der Pumpe (10) und dem Motor (20) verringert oder unterbrochen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein Warnsignal an einen Bediener, an eine Steuerschnittstelle, an eine Benutzerschnittstelle des Ventilatorsystems (1) oder an eine das Ventilatorsystem (1) aufnehmende Arbeitsmaschine gesendet wird, wenn der Grenzwert des Schwenkstrom oder der Grenzwert für den Geschwindigkeitsfehler überschritten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpassung des Schwenkstroms in Schritt d) basierend auf einem Geschwindigkeitsfehler (48) des Ventilators unter Benutzung eines P-, PI-, PID-, Fuzzy- oder eines Predictive Controllers (60) oder einer ähnlichen Art von linearem oder nicht-linearem Controller berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Idealwert für den Schwenkstrom (55) in Schritt e) aus einer Look-Up-Table, einer Matrix, einer Funktion oder einer ähnlichen Datenstruktur abgeleitet wird, die jedem Wert für die berechnete Ventilatorgeschwindigkeit (45) einen Wert für den idealen Schwenkstrom (55) zuordnet.
Hydraulisches Ventilatorsystem (1) aufweisend: - einen von einem Hydraulikmotor (20) angetriebenen Ventilator (25), - eine Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung (10) zum Antreiben des Hydraulikmotors (20), aufweisend ein schwenkbares Einstellelement (15) für das Verdrängungsvolumen, dessen Schwenkwinkel (13) mittels einer Steuereinheit (40) einstellbar ist, welche einen Schwenkstrom (12) steuert, der an eine elektronische Verdrängungssteuervorrichtung (EDC) bereitgestellt werden kann; - eine Vorgabevorrichtung (47) für die Ventilatorgeschwindigkeit zum Einstellen eines Sollwerts (43) für die Ventilatorgeschwindigkeit gemäß einem Eingabebefehl; - Mittel zum Ermitteln des Volumenstroms (19) der Pumpe (10); wobei die Steuereinheit (40) aufweist: - eine Volumenstromsignalverbindung (41) zu den Mitteln zum Ermitteln des Volumenstroms (19) der Pumpe (10); - eine Sollwertsignalverbindung (42) für die Ventilatorgeschwindigkeit zur elektronischen Verdrängungssteuervorrichtung (EDC); - eine Berechnungseinheit (44) für die Ventilatorgeschwindigkeit zum Berechnen der Ventilatorgeschwindigkeit (45) basierend auf dem ermittelten Volumenstrom (19); - eine Fehlerermittlungseinheit (46) für die Ventilatorgeschwindigkeit zum Ermitteln eines Ventilatorgeschwindigkeitsfehlers (48) durch Vergleichen der berechneten Ventilatorgeschwindigkeit (45) mit dem durch die Einstellvorrichtung (47) für die Ventilatorgeschwindigkeit festgelegten Sollwert für die Ventilatorgeschwindigkeit (43); wobei die Steuereinheit (40) in der Lage ist, den Schwenkstrom (12), der an die elektronische Verdrängungssteuervorrichtung (EDC) bereitgestellt wird, anzupassen, sodass der Schwenkwinkel (13) angepasst werden kann, um den Ventilatorgeschwindigkeitsfehler (48) zu reduzieren.
Hydraulisches Ventialtorsystem (1) nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit (40) in der Lage ist, Sicherheitsmaßnahmen (52) auszuführen, um Schäden am Ventilator (25) zu vermeiden, wenn der durch die Ermittlungseinheit (46) für Ventilatorgeschwindigkeitsfehler ermittelte Ventilatorgeschwindigkeitsfehler (48) größer ist als ein Grenzwert des Geschwindigkeitsfehler.
Hydraulisches Ventilatorsystem (1) nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit (40) weiter eine Erkennungseinheit (50) für eine Blockade des Ventilatorgitters aufweist, die zu jeder berechneten Ventilatorgeschwindigkeit (45) einen Idealwert für den Schwenkstrom (55) zuweist, die den Idealwert für den Schwenkstrom (55) mit dem mittels der Steuereinheit (40) angepassten Wert des Schwenkstrom (12) vergleicht und die Sicherheitsmaßnahmen (52) ausführt, um Schäden am Ventilator (25) zu verhindern, wenn der Unterschied zwischen dem Idealwert des Schwenkstroms (55) und dem angepassten Wert des Schwenkstroms (12) größer ist als ein Schwenkstromgrenzwert.
Hydraulisches Ventilatorsystem (1) nach Anspruch 10, wobei die Erkennungseinheit (50) für eine Blockade des Ventilatorgitters in der Lage ist, ein Abschaltventil (30) von einer Sicherheitsstellung (32), in der die hydraulische Verbindung zwischen der Pumpe (10) und dem Motor (20) reduziert oder unterbrochen ist, in eine Betriebsstellung (34) zu schalten, in der die Pumpe (10) und der Motor (20) hydraulisch verbunden sind, wenn der Grenzwert für den Schwenkstrom nicht überschritten ist.
Hydraulisches Ventilatorsystem (1) nach Anspruch 11, wobei das Abschaltventil (30) mittels der Erkennungseinheit (50) für eine Blockade des Ventilatorgitters gegen die Kraft einer Feder (38) in seine Betriebsstellung (34) gezwungen wird, wenn der Grenzwert für den Schwenkstrom nicht überschritten ist.
Hydraulisches Ventilatorsystem (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Erkennungseinheit (50) für eine Blockade des Ventilatorgitters in der Lage ist, eine Warnmeldung an einen Betreiber, eine Steuerschnittstelle oder eine Benutzerschnittstelle des Ventilatorsystems (1) oder an ein Host-Gerät zu senden, wenn der Grenzwert für den Schwenkstrom überschritten ist.
Hydraulisches Ventilatorsystem (1) nach einem der Anspruch 8 bis 13, wobei der Volumenstrom (19) der Pumpe (10) basierend auf der von einem Rotationsgeschwindigkeitssensor (17) gemessenen Drehgeschwindigkeit (11) der Pumpe (10) und basierend auf dem von einem Schwenkwinkelsensor (18) gemessenen Schwenkwinkel (13) des Einstellelements (15) des Verdrängungsvolumens ermittelt wird.
Hydraulisches Ventilatorsystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Werte für Volumenstrom (19), Ventilatorgeschwindigkeit (45), Ventilatorgeschwindigkeitsfehler (48), Schwenkstrom (12) und/oder idealen Schwenkstrom (55) in einer Speichereinheit gespeichert sind, um für Fehlererkennung, Zustandsüberwachung, Predictive Maintenance oder einen ähnlichen Grund zugänglich zu sein.
Hydraulisches Ventilatorsystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei die Steuereinheit (40) einen Controller (60) aufweist, vorzugsweise einen PI-Controller, um den Schwenkstrom (12) zu berechnen.
Hydraulisches Ventilatorsystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei die Pumpe (10) und der Motor (20) in einem offenen oder geschlossenen Hydraulikkreis betrieben werden.
Hydraulisches Ventilatorsystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 17, wobei das Einstellelement (15) des Verdrängungsvolumens eine Schrägscheibe oder ein Joch ist.
Verwendung eines hydraulischen Ventilatorsystems (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 18 als hydraulisches Ansaug- oder Blassystem oder als hydraulische Ventilatorvorrichtung in einem/einer hydraulischen Arbeitsfahrzeug oder -maschine.
Verwendung eines hydraulischen Ventilatorsystems (1) nach Anspruch 19, wobei das hydraulische Arbeitsfahrzeug eine Straßenkehrmaschine ist.