DE2850883B2 - Druckgeregeltes einen Elektromotor und eine Konstantstrompumpe aufweisendes Hydraulikaggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein druckgeregeltes einen Elektromotor und eine Konstantstrompumpe aufweisendes Hydraulikaggregat.

Die Konstantstrompumpe derartiger Hydraulikaggregate wird iii den meisten Fällen von einem Drehstrommotor konstanter C-^hzahl angetrieben, etwa einem Kurzschlußläufer. Diese Aggregate sind zwar relativ billig, haben jedoch veri hiedene Nachteile.

Die Aggregate müssen für den geforderten maximalen Druck und die benötigte 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 Zeichen 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 Rückfühung auch selbsttätig erfolgen.

Mit solchen »Verstellpumpen« bestückte Aggregate haben ihrerseits ebenfalls Nachteile. Zunächst sind Verstellpumpen aufgrund der relativ aufwendigen Mechanik 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 verändert — ist auch die Geräuschentwicklung gleichbleibend hoch.

Aus der DE-OS 23 12 967 ist ein aus einem üblichen Reihenschlußmotor und einer Konstantstrompumpe bestehendes Hydraulikaggregat bekannt Diesem liegt die Aufgabe zugrunde, für jeden BelastungszustJid der

ίο Pumpe das Produkt aus Förderstrorn und Druck konstant zu halten. Dies ist somit keine Regelung auf konstanten Druck, sondern auf konstante Leistung und der mit konstanter Spannung betriebene Motor arbeitet demgemäß immer mit voller Leistung. Hiervon unterscheidet sich die Erfindung, welche ebenfalls von einer Konstantstrompumpe und einem Elektromotor Gebrauch macht, wesentlich.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein druckgeregeltes Hydraulikaggregat der eingangs ge nannten Art anzugeben, welches sich durch hohen Wirkungsgrad, schnelles Regelverhalten, 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 Merkmale, wie sie im Kennzeichen des Patentanspruchs angegeben sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels er läutert

Ober Gleichrichter 1,2 und 3 wird die Spannung der drei Phasen RST eines Drehstromnetzes gleichgerichtet Auf die Gleichrichter folgt ein elektronischer Schalter 4 an sich beliebiger Art, hier als Transistor schalter gezeichnet Auf diesen Schalter folgt die Serienschaltung aus Induktivität 5 und einem eisenlosen Gleichstrommotor 6 an sich bekannter und handelsüblicher Art Mit dem Motor 6 ist eine Konstantstrompumpe 7 ebenfalls beliebiger und handelsüblicher Art gekuppelt, wie durch 8 veranschaulicht Die Pumpe 7 fördert aus dem Vorratsbehälter 9 und speist die Last 10. Parallel zur Serienschaltung der Induktivität 5 und des eisenlosen Gleichstrommotors 6 liegt eine Leerlaufdiode 11.

Die Teile 4,5,6 und 11 stellen eine an sich bekannte verlustarme Impulssteuerschaltung des Motors 6 dar. Je nach Breite der Einschaltimpulse des Schalters 4 stellt sich ein bestimmter Motorstrom ein. Sind die Schließimpulse des Schalters 4. nur sehr kurz, bezogen auf die zum

so Aufbau des Magnetfeldes der Induktivität S erforderlichen Impulslängen, so wird während der Schließphase des Schalters 4 nur ein kleines Magnetfeld in der Induktivität 5 aufgebaut und bei öffnung des Schalters 4 über die Leerlaufdiode 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 Motor 6. Nähere Ausführungen hierzu dürften sich erübrigen, da diese Art Impulssteuerung eines Gleichstrommotors an sich bekannt ist

Bei der Erfindung wird nun der aktuelle Motorstrom am Widerstand 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 ein Impulsgenerator 17 gesteuert derart, daß die 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 Transistor- s schalter 4 betätigt

Die Arbeitsweise dieses Aggregates ist nach Vorstehendem leicht ersichtlich. Es sei angenommen, am Potentiometer 16 sei ein mittlerer Wert als Sollwert vorgegeben. Sinkt nun der ölbedarf der Last 10 aus irgendeinem Grund, so würde sich auf der Ausgangsseite der Pumpe 7 ein ansteigender Druck aufbauen wollen. Dieser würde zu einer steigenden Stromaufnahme des Motors β führen. Dies wiederum führt zu einer Erhöhung der am Widerstand 12 abfallenden stromabhängigen Istwertspannung. Der Vergleicher 14 gibt demzufolge ein Steuersignal an den Impulsgenerator 17 ab, welches diesen veranlaßt, eine Impulsfolge mit kleineren Breiten der Einzelimpulse zu liefern. Da 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 unabhängig 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 ausgenisteten Hydraulikanlage. Da eisenlose Gleichstrommotoren ein sehr schnelles Regelverhalten haben, ist auch die Anpassung des erfindungsgemäßen Hydraulikaggregates an unterschiedliche Lastbedingungen 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 Geräuscherzeugunfe 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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Druckgeregeltes einen Elektromotor und eine Konstantstrompumpe aufweisendes Hydraulikaggregat gekennzeichnet durch die Kombination folgender, Merkmale:

   a) Der Elektromotor ist ein eisenloser Gleichstrommotor (6).

   b) Der Motor liegt in Serie mit einer Speicherinduktivität (5), einem den Motorstrom schaltenden Impulsschalter (4) einer Impulssteuerung wobei zur Serienschaltung von Motor und Induktivität eine Leerlaufdiode (11) parallelgeschaltet ist

   c) Eine dem Motorstromwert proportionale Spannung wird in einer Vergleichsstufe (14) mit einem Sollwert verglichen deren Ausgang die Impulsbreite eines Impulsgenerators (17) steuert, welcher den die Speicherinduktivität und den Motor an Spannung legenden Impulsschalter (4) betätigt