DE3313974A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern von hydromotoren - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Steuern von Hydromotoren
• ====================================================== Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von Hydromotoren, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Bei Zentralversorgungsanlagen, z.B. in der chemischen Industrie, wird eine Vielzahl von Hydromotoren von einer Pumpe mit Druckmittel beaufschlagt, wobei die einzelnene Hydromotoren Rührwerke, Mischer, Zentrifugen usw. antreiben. Die einzelnen Hydromotoren unterliegen dabei den verschiedensten Betriebsbedingungen hinsichtlich Drehzahl und Drehmoment.
• Die Pumpe muß jederzeit den maximal benötigten Förderstrom, durch den die Drehzahl der Hydromotoren beeinflußt wird, und den maximal benötigten Druck sämtlicher Hydromotoren anbieten, durch den das vom Hydromotor abgegebene Drehmoment aufgebaut wird. Den einzelnen Motoren wird die jeweils benötigte Fördermenge durch ein vorgeschaltetes Stromregelventil zugeteilt. Vor dem Stromregelventil steht der von der Pumpe angebotene maximale Druck P1 an, während hinter den einzelnen Stromregelventilen der vom jeweiligen Motor benötigte Druck P2n vorhanden ist, wobei n die Anzahl von Hydromotoren angibt. Zwischen den beiden Extremsituationen, bei denen sämtliche Motoren gleichzeitig den minimalen Druck und sämtliche Motoren gleichzeitig den maximalen Druck benötigen, sind alle denkbaren Betriebsverhältnisse möglich. Dies bedeutet, daß an jedem Stromregelventil unterschiedlich große und vor allem auch stark schwankende Druckdifferenzen auftreten, die Verlustleistungen darstellen, welche unter anderem Wärme an den Stromregelventilen erzeugen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Vermeidung solcher Verlustleistungen die Druckdifferenz an jedem Stromregelventil zwischen dem von der Pumpe gelieferten Druck und dem am zugehörigen Hydromotor anliegenden Druck unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand des Motors auf einen vorbestimmten Wert einzustellen und im wesentlichen konstant zu halten.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Durch Änderung des Schluckvolwiiens bzw. Verstellung der Exzentrizität des Motors kann auch bei unterschiedlichen, dem Hydromotor abverlangten Drehmomenten der am Motor anliegende Druck auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden, so daß. insbesondere in Verbindung mit einer Konstanthaltung des von der Pumpe gelieferten Drucks die Druckdifferenz P1 - P2 am Stromregelventil in engen Grenzen konstant gehalten werden kann. Hierdurch werden Verlustleistungen durch große und schwankende Druckdifferenzen vermieden.
• Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die eine Druchführung des Verfahrens mit einfachen Mitteln erlaubt, ist im Anspruch 4 wiedergegeben.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung wiedergegeben.
• Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Schaltschema der Steuerung in Verbindung mit einem einzelnen Hydromotor und Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Steuerventil.
• In Fig. 1 ist mit 1 ein langsam laufender Radialkolbenmotor mit stufenlos veränderbarem Schluckvolumen bzw. stufenlos verstellbarer Exzentrizität bezeichnet, der beispielsweise ein nicht dargestelltes Rührwerk antreibt. Die Festlegung bzw. Veränderung der Exzentrizität erfolgt über Umschaltanschlüsse U1 und U2, wobei z.B. Druckbeaufschlagung des Anschlusses U1 und Entlastung des Anschlusses U2 eine Verstellung in Richtung maximalen Schluckvolumensergibt, während umgekehrt Beaufschlagung des Anschlusses U2 bei Druckentlastung des Anschlusses U1 eine Verstellung in Richtung minimalen Schluckvolumens ergibt.
• Die Umschaltanschlüsse U1 und U2 des Hydromotors 1 sind mit Ausgangsanschlüssen U1 und U2 eines Steuerventils 2 verbunden, das im einzelnen in Fg. 2 wiedergegeben ist. DiesesSteuerventil 2 hat die Funktion eines hydraulisch betätigten 4/3-Wegeventil , das auf der Eingangsseite mit einem Rücklaufanschluß T und einem Anschluß für den von einer Pumpe 3 gelieferten Primärdruck P1 versehen ist. In dem Steuerventil 2 ist ein Steuerkolben 4 verschiebbar, der auf der einen Seite bei 5 in Fig. 2 mit dem Primärdruck P1 der Pumpe und auf der gegenüberliegenden Seite bei 6 mit dem am Hydromotor 1 anliegenden Druck P2 beaufschlagt ist. Auf der vom Druck P2 beaufschlagten Seite liegt eine Druckfeder 7 am Steuerkolben 4 an, deren Kraft durch eine Einstellschraube 8 einstellbar ist.
• Der Steuerkolben 4 nimmt in der Schaltstellung nach den Fig. 1 und 2 eine Stellung ein, in der die Anschlüsse T und P1 auf der Eingangsseite von den Anschlüssen U1 und U2 auf der Ausgangsseite getrennt sind.
• Die Pumpe 3 liefert über eine Druckleitung 9 einen Druck P1, der durch ein daran angeschlossenes Druckbegrenzungsventil 10 auf einem konstanten Niveau gehalten wird. In der Druckleitung 9 ist ein Stromregelventil 11 angeordne-t, über das dem Hydromotor 1 die jeweils benötigte Fördermenge zugeteilt wird. Hinter dem Stromregelventil 11 herrscht der vom Motor 1 benötigte Druck P2 in der Druckleitung 9. Mit 12 ist eine Rücklaufleitung zwischen Motor 1 und Pumpe 3 bezeichnet.
• Das Steuerventil 2 arbeitet wie folgt. In der dargestellten Schaltstellung sind die Anschlüsse U1 und U2 auf der Ausgangsseite von den Anschlüssen T und P1 auf der Eingangsseite getrennt. Das System befindet sich im Gleichgewicht, das heißt, daß der Hydromotor 1 mit einem bestimmten Druck P2 läuft, der für das dem Motor abverlangte Drehmoment erforderlich ist. Auf den Steuerkolben 4 des Steuerventils 2 wirkt auf einer Seite der Primärdruck Pl und auf der gegenüberliegenden Seite der Sekundärdruck P2 zusammen mit der FederkraftF ein, so daß gilt: P1 = P2 + F oder P1 - P2 = F.
• Sinkt das dem Motor 1 abverlangte Drehmoment aufgrund externer Einflüsse, so sinkt auch der Druck P2. Das Gleichgewicht am Steuerkolben 4 ist nicht mehr vorhanden und der konstante Primärdruck P1 verstellt den Steuerkolben 4 entgegen der Kraft der Feder 7, so daß der Anschluß U2 mit dem bei 5 (Fig. 2) anliegenden Druck P1 beaufschlagt und der Anschluß U1 mit dem Rücklaufanschluß T über eine entsprechend ausgelegte Umfangsnut am Steuerkolben 4 verbunden wird. Dadurch wird das Schluckvolumen des Hydromotors 1 in Richtung auf minimales Schluckvolumen verstellt. Da kleineres Schluckvolumen auch ein kleineres abgebbares Drehmoment bedeutet, muß gleichzeitig der Druck P2 ansteigen, um das weiterhin abverlangte Drehmoment aufzubringen. Durch die dem Hydromotor 1 eigene Steuerung steigt dementsprechend der Druck P2 bei Verringerung des Schluckvolumens bzw. der Exzentrizität. Dieser Anstieg des Drucks P2 bei gleichzeitiger Verstellung in Richtung des minimalen Schluckvolumens erfolgt so lange, bis das Gleichgewicht P1 - P2 - F wieder hergestellt ist. Da P1 konstant gehalten wird und die Federkraft F einen fest eingestellten Wert besitzt, wird der Sekundärdruck P2 auf diese Weise auf den vorgegebenen Wert zurückgestellt, der eine vorbestimmte, am Stromregelventil 11 anliegende Druckdifferenz P1 - P2 ergibt.
• Steigt umgekehrt das dem Motor 1 abverlangte Drehmoment, so muß auch der Druck P2 aufgrund der dem Hydromotor eigenen Steuerung ansteigen, so daß der Steuerkolben 4 gegen den Primärdruck P1 nach links verschoben wird, bis der bei 5 anliegende Druck P1 über eine im Steuerkolben 4 vorgesehene Bohrung 13 mit dem Ausgangsanschluß U1 und der Ausgangsanschluß U2 über die am Steuerkolben 4 ausgebildete Ringnut mit dem Rücklaufanschluß T verbunden ist. Hierdurch wird das Schluckvolumen des Hydromotors 1 in Richtung auf maximales Schluckvolumen verstellt. Durch die Vergrößerung der Exzentrizität kann der für das verlangte Drehmoment benötigte Sekundärdruck P2 wieder sinken, so daß sich auch in diesem Falle das Gleichgewicht P1 - P2 = F wieder einstellen kann.
• Die am Stromregelventil 11 anliegende Druckdifferenz P1- P2 kann somit in engen Grenzen konstant gehalten werden, wodurch eine an dieser Stelle auftretende Verlustleistung auf einem Minimum gehalten werden kann. Die Feder 7 kann entsprechend ausgelegt und über die Einstellschraube 8 so eingestellt werden, daß die Druckdifferenz P1 - P2 einem günstigen Wert entspricht.
• Bei der beschriebenen Steuerung kann der Hydromotor 1 nur in einer Richtung oder wahlweise auch in beiden Drehrichtung umlaufen.
• An den Anschlüssen U1> U2 und T sind am Steuerventil 2 Spiraldrosseln 14 eingebaut, die durch ihre lange Drosselstrecke für eine stetiges ! übersteuerungsfreie Steuerung sorgen.
• Bei Verringerung des Schluckvolumens des Hydromotors steigt seine Drehzahl, wenn der zugeführte Druckmittelstrom konstant bleibt. Umgekehrt sinkt die Drehzahl des Motors, wenn sein Schluckvolumen durch Vergrößerung des Exzentrizität bei gleichbleibender Zufuhr an Druckmittel vergrößert wird. Wenn dies nicht erwünscht ist und der Antrieb mit konstanter Drehzahl laufen soll, kann vor dem Hydromotor 1 in der Druckleitung 9 eine Druchflußmengen-Meßeinrichtung 15 angeordnet werden, die derart auf das Stromregelventil 11 einwirkt, daß dieses zur Konstanthaltung der Drehzahl den zugeführten Förderstrom verringert bzw. vergrößert.
• Wie in Fig. 1 durch Stromregelventile 11' und 11" angedeutet, werden durch die Pumpe 3 üblicherweise mehrere Hydromotoren mit Druckmittel versorgt, wobei jedem Hydromotor ein Stromregelventil zugeordnet ist.
• In entsprechender Weise wird für jeden Hydromotor ein Steuerventil 2 und gegebenenfalls eine Durchflußmengen-Meßeinrichtung 15 für die Konstanthaltung der Drehzahl,entsprechendder Darstellung in Fig. 1, vorgesehen. Das Druckbegrenzungsventil 10 ist dabei unmittelbar hinter der Pumpe 3 in der Druckleitung 9 angeordnet.
• Wird der von der Pumpe geliefer-te Primärdruck P1 nicht konstant gehalten, so ergibt sich durch das Steuerventil 2 eine Steuerung des Sekundärdruckes P2 in Richtung auf eine der Federkraft F entsprechende Druckdifferenz P1 - P2.

Claims (8)

1. Verfahren und Vorrichtung zum Steuern von Hydromotoren ====================================================== PATENTANSPRÜCHE 0 Verfahren zum Steuern von Hydromotoren mit stufenlos verstellbarer Exzentrizität, insbesondere für Zentralversorgungsanlagen, wobei dem Hydromotor von einer Pumpe über ein Stromregelventil Druckmittel zugeführt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß bei einer Änderung des dem Hydromotor abverlangten Drehmoments das Schluckvolumen bzw. die Exzentrizität des Motors so verstellt wird, daß der für das abverlangte Drehmoment erforderliche, am Motor anliegende Druck des Druckmittels einen vorbestimmtei Wert im Verhältnis zu dem von der Pumpe gelieFert.en Primärdruckannimmt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c ii n e t daß der von der Pumpe gelieferte Druck im wesentlichen konstant gehalten cird.
3. 3. Verfahren nacir den Ansprüchen 1 und 2, d d a d u r c h g e k e n n z e i c Ii n e t daß die dem Motor zuströmende Druckmittelmenge gemessen und zur Konstanthaltung der Drehzahl des Hydromotors die Durchflußmenge am Stromregelventil entsprechend geändert wird.
4. 4. Vorrichtung zur Druchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Steuerventil (2) mit einem durch eine Feder (7) beaufschlagten Steuerkolben (4), der auf der federbelasteten Seite mit dem am Hydromotor anliegenden Druck (P2) und auf der gegenüberliegenden Seite mit dem von der Pumpe (3) gelieferten Druck (Pl) beaufschlagt und zum wechselseitigen Verbinden von Anschlüssen (U1, U2) einerseits, die mit den entsprechenden Umsteueranschlüssen (U1, U2) für die Exzentrizität des Hydromotors verbunden sind, und Anschlüssen (T,P1) andererseits, die mit einem Rücklauf und der Pumpe (3) verbunden sind, verschiebbar ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft der Feder (7) einstellbar ist.
6. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daßlin den Anschlüssen (¼>U2, T) des Steuerventils (2) Drosseln (14) mitlangem Drosselweg eingebaut sind.
7. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der von der Pumpe (3) wegführenden Druckleitung (9) Vor dem Motor (l) eine Durchflußmengen-Meßeinrichtung (15) angeordnet ist, die zum Einstellen der Durchflußmenge mit dem Stromregelventil (all) verbunden ist.
8. 8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung (9) hinter der Pumpe (3) ein Druckbegren zungsventil (10) angeordnet ist.