DE2850883A1 - Druckgeregeltes hydraulikaggregat aus elektromotor und pumpe - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein druckgeregeltes Hydraulik-
• aggregat aus Elektromotor und Pumpe.
• In den meisten Fällen bestehen derartige Hydraulikaggregate aus einem Konstantstrompumpe, welche von einem Drehstrommotor konstanter Drehzahl angetrieben wird, etwa einem Kurzschlußläufer. Diese Aggregate sind zwar relativ billig, haben jedoch verschiedene Nachteile.
• Die Aggregate müssen für den geforderten maximalen Druck und die benötigte maximale Fördermenge ausgelegt sein. Bei dynamischen Vorgängen, wie zum Beispiel hydraulische Positionierung oder Drehzahlregelung von Hydromotoren, variiert jedoch die benötigte Ölmenge in weitem Maße. Wegen der Maximalauslegung des Aggregates mußte man bei Minderbelastung daher die überschüssige Ölmenge über ein Überdruckventil ableiten. Mithin mußte das Aggregat stets mit voller Leistung arbeiten. Dies bedeutete in der Folge einen schlechten Gesamtwirkungsgrad der Hydraulikanlage, in der ein solches Aggregat eingefügt ist. Es wird stets die maximale Geräuschentwicklung durch das Aggregat hervorgerufen und es wird stets die maximale Energie von dem Aggregat aus der Stromversorgung entnommen, ein Faktor, der im Zeicnen der angestrebten Energieersparnis immer größere Bedeutung erlangt.
• Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man mit den Drehstrommotoren auch sogenannte druckgeregelte Pumpen gekuppelt. Bei diesen läßt sich über einen mechanisch verstellbaren Steuerspiegel der Kolbenhub und damit die Fördermenge bei konstantem Druck einstellen. diese Einstellung kann über eine mechanische Rückführung auch selbsttätig erfolgen.
• Mit solchen "Verstèll,oumpen" bestückte Aggregate haben ihrerseits ebenfalls Nachteile. Zunächst sind Verstellpumpen aufgrund der relativ aufwendigen iechanik sehr teuer. Sodann sind die möglichen Anpassungs- oder Verstellzeiten relativ groß. Dies bedeutet wiederum, daß in den meisten Fällen auf der Druckseite ein hydropneumatisches Speicherelement zugeschaltet sein muß mit all den bekannten Nachteilen, wie zum Beispiel Notwendigkeit einer behördlichen Abnahme. Da schließlich die Drehzahl dieser Verstellpumpen bei unterschiedlichen Fördermengen konstant bleibt -es wird ja nur der Kolbenhub pro Umdrehung vorändert - ist auch die Geräuschentwicklung gleichbleibend hoch.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein drucgeregeltes Hydraulikaggregat der eingangs genannten Art anzugeben, welches diese Nachteile vermeidet und sich durch hohe Energieeinsparung, hohen Wirkungsgrad, schnelles Regelverhalten, beträchtliche Geräuscharmut, Fehlen jeglicher mechanisch bewegter Teile für den Regelvorgang sowie gleichwohl durch einen Aufbau aus handelsüblichen und damit billigen Teilen auszeichnet.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch Merkamle, wie sie im Kennzeichen des Patentanspruches angegeben sind.
• Die erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles erläutert.
• Über Gleichrichter 1, 2 und 5 wird die Spannung der drei Phasen RST eines Drehstroninetzes gleichgerichtet. Auf die Gleichrichter folgt ein elektronischer Schalter 4 an sich beliebiger Art, hier als Transistorschalter gezeIchnet. Auf diesen Schalter folgt die Serienschaltung aus Speicherinduktivität 5 und einem eisenlosen Gleichstrommotor 6 an sich bekannter und handelsüblicher Art.
• Mit dem Motor 6 ist eine ixonstantstrompumpe 7 ebenfalls beliebiger und handelsüblicher Art kuppelt, wie durch 8 veranschaulicht.
• Die Pumpe 7 fördert aus dem Vorratsbehälter 9 und speist die Last 10.
• Parallel zur Serienschaltung der Speicherinduktivität 5 und des eisenlosen Gleichstrommotors 6 liegt eine Entladediode 11.
• Die Teile 4, 5, 6 und 11 stellen eine an sich bekannte verlustarme Impuls steuerung des Motors 6 dar. Je nach Breite der Binschaltimpulse des Schalters 4 stellt sich ein bestimmter Motorstrom ein. Sind die Schließimpulse des Schalters 4 im Vergleich zur Induktivität der Speicherinduktivität 5 nur sehr schmal, so wird während der Schließphase des Schalters 4 nur ein kleines Magnetfeld in der Speicherinduktivität 5 aufgebaut und bei Öffnung des Schalters 4 über die Entladediode 11 wieder abgebaut. Demzufolge fließt auch nur ein kleiner durchschnittlicher Strom durch den Motor 6. Werden die Schließimpulse des Schalters 4 hingegen breiter, so steigt auch der Strom durch den flotor 6. Nähere Ausführungen hierzu dürften sich erübrigen, da diese Art Impulssteuerung eines Gleickstrommotors an sich bekannt ist.
• 3ei der Erfindung wird nun der aktuelle motorstrom am J der stand 12 als Spannung abgegriffen und dem Eingang 13 des Vergleichers 14 zugeführt. Dessen anderem Eingang, 15, wird über das Potentiometer 16, welches an einer konstanten Spannung liegt, eine Sollwertspannung zugeführt. Vom Ausgang des Vergleichers 14 wird ei Impulsgenerator 17 gesteuert derart, daß di Breite der Impulse je nach Richtung der Abweichungen vom Sollwert und Istwert verkleinert oder vergrößert wird, wie bei 18 angedeutet. Die impulsfolgefrequenz liegt relativ hoch, sie beträgt zum Beispiel 20 kHz. Mit den so erzeugten und gesteuerten Impulsen wird über die Verbindung 19 der Transistorschalter 4 betätigt.
• Die Arbeitsweise dieses Aggregates ist nach Vorstehendem leicht ersichtlich. Ms sei angenommen, am Potentiometer 16 sei ein mittlerer Wert als Sollwert vorgegeben. Sinkt nun der Olbedarf der Last 10 aus irgendeinem Grund, so wBirde sich auf der Ausgangsseite der Pumpe 7 ein ansteigender Druck aufbauen wollen. Dieser würde zu einer steigenden Stromaufnahme des rotors 6 führen. ?sies wiederum führt zu einer Erhöhung der am Widerstand 12 abfallenden stromabhängigen Istwertspannung.
• ner Vergleicher 14 gibt demzufolge ein Steuersignal an den Impulsgenerator 17 ab, welches diesen veranlaßt, eine Impulsfolge mit kleineren Breiten der Einzelimpulse zu liefern. I)a diese Impulsfolge über die Verbindung 19 den Transistorschalter 4 betätigt, wird im Endeffekt bewirkt, daß der Motor 6 zwar mit geringerer Drehzahl läuft, aber mit gleichem Drehmoment wie vorher, so daß die Pumpe 7 nunmehr eine geringere Hydraulikmenge liefert, jedoch bei einem Druck, der dem vorherigen Druck entspricht. Demgemäß wird durch die erfindungsgemäße Lösung der Gleichstrommotor nach Vorgabe des sollwertes 16 (Führungsgröße) so geregelt, daß er unabhängig von seiner Drehzahl ein konstantes Drehmoment abgibt, welches wiederum einen konstanten Druck am Ausgang der Pumpe 7 unahängig von der Fördermenge der Pumpe bewirkt. Im extremfall kann der Motor bis zum Stillstand heruntergeregelt werden.
• Wie an sich bekannt, wird durch die Teile 4, 5 und 11 eine sehr verlustarme Einstellung eines Gleichstrommotors ermöglicht. Dies bewirkt eine beträchtliche Energieeinsparung für den Fall, daß die Hydraulikpumpe nur einen Bruchteil ihrer Leistung erbringen muß und bewirkt weiterhin eine Wirkungsgradverbesserung einer mit einem solchen Aggregat ausgerüsteten Hydraulikanlage. Da eisenlose Gleichstrommotoren ein sehr schnelles Regelverhalten haben, ist auch die Anpassung des erfindungsgemäßen Hydraulikaggregates an unterschiedliches Lastbedigungen sehr schnell. Weil das erfindungsgemäße Hydraulikaggregat im Unterschied zu den Aggregaten des eingangs skizzierten Standes der Technik nicht immer mit voller Drehzahl und Leistung laufen muß, ist auch die durchschnittliche Geräscherzeugung wesentlich geringer als bei aggregaten des Standes der Technik.
• Es ist weiterhin offensichtlich, daß die Druckregelung des erfindungsgemäßen Aggregates ohne jegliche bewegte mechanische Teile erfolgt und sich im übrigen völlig handelsüblicher und damit billiger Bauteile der Elektronik bzw. Leistungselektronik bedient.
• bs ist selbstverständlich, daß im Rahmen der Erfindung anstelle des eisenlosen Gleichstrommotors auch ein reaktionsschneller Motor mit einsenbehafteten Anker ve-ofendet werden kann, wenn dessen größere Trägheit für den beabsichtigten Einsatz zweck ausreicht.
• L e e r s e i t e

Claims (1)

1. Druckgeregeltes Hydraulikaggregat aus Elektromotor und Pumpe P a t e nt a n s p r u ch : Druckgeregeltes Hydraulikaggregat aus Elektromotor und Pumpe, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Merkmale: a) Ein eisenloser Gelichstrom-Elektromotor (6) ist mit einer Konstantstrompumpe (7) gekuppelt.

   b) Der Elektromotor liegt in Serie mit der Speicherinduktivität (5) einer an sich bekannten Impulssteuerung mit zu dieser Serienschal-tung parallelliegender Entladediode (11).

   c) Der Motorstrom wird in eine Spannung umgewandelt, die zusammen mit einem Sollwert in einer Vergleichsstufe (14) verglichen wird, deren ausgang die Imnulsbreite eines Impulsgenerators (17) steuert, welcher den die ,peicherinduktivitat anschaltenden Impulsschalter (4) betätigt.