DE8906826U1 - Hydraulische Regeleinrichtung zur Regelung einer Regelpumpe für den Antrieb eines Hydraulikmotors - Google Patents
Hydraulische Regeleinrichtung zur Regelung einer Regelpumpe für den Antrieb eines HydraulikmotorsInfo
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Description
Siegfried Keicher
Im Brühl 17
7906 Blaustein-Dietingen
Im Brühl 17
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Hydraulische Regeleinrichtung zur Regelung einer Regelpumpe für den Antrieb eines Hydraulikmotors
Beschreibung:
Bei hydraulischen Antrieben mit Hydrauliktnotoren hat die
Regelung der Drehzahl des Hydromotors durch direktes
Verstellen einer Rügelpumpe Vorteile gegenüber der Regelung der Drehzahl über eine (^!stromregelung über
zwischengcschaltete Ventile (z.B. Proportionalventile).
Dies ergibt sich dc lurch, daß bei einer direkten Pumpenregelung nur soviel Alstrom und soviel Druck erzeugt wird,
wie für den Antrieb augenblicklich benötigt wird. Bei Regelung der Drehzahl über Ventile muß die zuviel
geförderte Hydraulikflüssigkeit ungenutzt zum Tank zurückfließen.
Außerdem wird der höhere Pumpendruck über Ventile auf den Systemdruck abgebaut. Beides erzeugt Verluste.
Für verschiedene Regelaufgaben wurden verschiedene bekannte Pumpenregler entwickelt. Z.B. hydr. Pumpen-Leistungsregler,
Pumpenregler für konstantes Antriebsmoment des Ölmotors. Beim hydr. Antrieb eines Hydraulikmotors mit konstantem
Schluckvolumen ist die Drehzahl proportional dem zugeführten Hydraulikstrom.
Das Hydraulikmotor-Abtriebsmoment ist bei einem Konstantmotor proportional des am Motor angelegten Differenzdruckes.
Beides kann durch entsprechende Regler direkt an der Pumpe geregelt werden.
-A-
Bekannte Vollmantelschneckenzentrifugen haben ein schnelllaufendes Mantelteil und ein Schneckenteil, das relativ
zum Mautelteil gedreht wird. Bei bekannten Antrieben dieser Art DE-PS 25 25 280 und DE OS 24 32 284 wird diese Differenzdrehzahl
durch einen Hydraulikmotor erzeugt, der zwischen
Mantel und Schnecke geschältet isr.
Beim Trennvorgang in der Zentrifuge wird ein möglichst konstantes Trennergebnis angestrebt, d.h. eine konstante
Restfeuchte bzw. Konsistenz des Austrage gewünscht. Die Feuchte des Austrags ist entgegengesetzt proportional
zum Antriebsmoment, d.h. je trockener das Gut, je höher ist das Schneckenmoment.
Andererseits kann durch Änderung der Schneckendrehzahl die Konsistenz beeinflußt werden. Bei hoher Drehzahl z.B. wird
mehr Feststoff ausgetragen, d.h. der Austrag feuchter, bei längs. Drehzahl trocken.
Bei einer konstanten Schneckendrehzahl besteht auch die Gefahr, daß z.B. durch einen höheren Feststoffanteil des
Einlaufgutes sich die Feststoffkonzentration in der Schnecke erhöbt sich dadurch die Schnecke zusetzt, was zu einer
Erhöhung des Antriebsmomentes der dchnecke bis über das zulässige Moment führen kann und der Antrieb dann stehen
bleibt.
Bei bekannten Antrieben DE-PS 25 25 280 wird dieser Momentenerhöhung
dadurch begegnet, daß bei Erhöhung des Moment die Ölmotordrehzahl dadurch erhöht wird, daß eine zusätzliche
zweite Hydraulikpumpe zugeschaltet wird um den erhöhten Feststoff anteil freizuräumen. Die1? A>ät jedoch keine
kontinuierliche Regelung, da bei der erhöhten Drehzahl der Austrag eventuell zu naß wird und dann wieder auf den alten
Wert zurückgeschaltet wird, der jedoch zu trockene Werte liefert.
Vor allem kann die Anlage nicht darauf reagieren, wenn der Feststoffanteil zu naß wird, zum Beispiel durch Zuführen
sines Gutes mit sehr wenig Feststoffanteilen, was zu einer Verringerung der Drehzahl führen muß, was bei vorstehenden
bekannten Anlagen nur durch Handverstellung der Fördermenge der Hauptpumpe erfolgen kann.
Aufgahp dpr Erfindung i-St <?-■?,- Hpm Rprlipnpr dip g
zu geben, die gewünschte Restfeuchte, d.h. Konsistenz des Austrages, an der Anlage einzustellen, die dann während
des Betriebs durch die Regeleinrichtung aufrecht erhalten bleibt, unabhängig von Konzentration und Mengenschwankungen
des Einlaufgutes sowie andere Störeinflüsse.
Zugrunde liegt die Überlegung, daß die Feststoffkonzentration
eine Funktion der Schneckendifferenzdrehzahl ist. So wird
bei konstanter Konzentration des Einlaufgutes durch Erhöhung der Schneckendifferenzdrehzahl ein feuchter, durch Senkung
der Schneckendrehzahl ein trockener Feststoff-Austrag
erreicht.
Das bedeutet, daß Schwankungen der Restfeuchte des Feststoffaustrages.
die bedingt sind.. z.B. durch Konsistenzschwankungen
des zu trennenden Gutes oder andere Einflüsse, durch Ä'nderung der Differenzdrehzahl der Schnecke ausgeregelt werden können.
Da bei einem Hydraulikkreis, bei dem ein Hydraulikmotor mit konstantem Schluckvolumen durch eine Pumpe mit variabler
Pumpenfördermenge gespeist wird, die Motordrehzahl proportional der Pumpenfördermenge ist, wird der Pumpenförderstrom als
Stellglied der Regeleinrichtung gewählt.
Proportional zur Feststoffkonzentration ist das Drehmoment
an der Schnecke, es wird deshalb im Regelkreis als Messwert der Regelgröße d.h. der Restfeuchte verwendet.
Die direkte Regelung der Pumpe auf entsprechenden Druck entspr. Druck und Fördermenge entspr. Ölmotordrehzahl hat gegen andere
Regeleinrichtungen den Vorteil, daß sich die Verluste auf reine Verluste und Ventilen beschränkt.
Bei Hydraulikstromregelung über zwischen Ölmotor und Pumpe
gecchaltete Regelventile muß die Pumpenfördermenge den größten auftretenden ölstrom entsprechen, die Druckeinstellg.
den größten auftretenden Druck. Das hat zur Folge, daß im vorliegenrinn Fall dauernd die zuviel geförderte Hydraulikflüssigkeit
in den Tank abgeleitet werden muß.
Aiifh hoim Eincsf7 oinor hokaimt-on Ronoinnmnp mi+- Drnrltrpnlprn
entstehen Verluste dadurch, daß das zwischengeschaltete Regelventil, den am Druckregler eingestellte max. Pumpendruck
auf den niedrigen, dem gewünschten Moment entsprechenden Druck, mindern muß.
Um vorstehende Nachteile auszuschließen, wird bei vorstehender
Erfindung der Regelkreis so gestaltet, daß eine Regelpumpe direkt so geregelt wird, daß die Fördermenge
genau den am Ölmotor gerade erforderliche ölstrom entspricht und nur soviel Druck von der Pumpe aufgebaut wird,
der dem erforderlichen Moment am Ölmotor entspricht. Mit dem Pumpenregler soll außerdem erreicht werden, daß
am Motor ein konstantes Moment erreicht wird, was wiederum eine konstante Konsistenz des Schneckenaustrages bedeutet.
Die bekannten Momentenregler für Regelpumpen erzeugen ein konstantes Moment dadurch, daß das Moment über den Druck
der Pumpe gemessen wird. Bei einer Druckerhöhung wird dies durch eine Verringerung der Fördermenge ausgeregelt. Diese
Momentenregelung funktioniert bei einer Vollmantelschneckenzentrifuge
nur für kurzfristige Momentenschwankungen. Bei längerfristigen Momentenänderungen (größer 10s) ist die
Ursache in einer Änderung der zugeführten Suspension zu suchen. Ein Momentenanstieg bedeutet, daß sich die Feststoffkonzentration
in der Schnecke erhöht hat. Bei der bekannten Pumpenregelung führt dies dazu, daß weniger Feststoff ausgetragen
wird und sich dadurch das Moment weiter erhöht, was zu einer weiteren Drehzahlverringerung führt.
D.h. bei atwas längerfristigen Momentenerhöhung muß dies mit
einer Drehzahlerhöhung d.h. Fördermengenerhöhung der Pumpe
ausregelt werden. Genauso deutet ein längerfristiger Momentenabfall auf einen feuchten Austrag hin und kann
durch eine Fördermengenverkleinerung der Pumpe ausgeregelt werden.
D.h. die Momentenregelung für längerfristige Momentenänderung muß entgegengesetzt zum bekannten Momentenregler wirken. Bei
dieser Regelung würden kurzfristig Momentenänderungen selbstverstärkend wirken und müssen deshalb unterdrückt werden.
Eine Änderung der Feststoffkonzentration wird deshalb über
die Regelstrecke durch einen Fördermengenänderung der Pumpe ausregelt, sodaß das Moment an der Schnecke möglichst
konstant bleibt, d.h. die Feststoffeuchte ist ebenfalls konstant.
Auch eine Veränderung der Drehzahl des Zentrifugenmantels, die evtl. betriebsbedingt erforderlich ist, wird von der
Regelung erfaßt, d.h. die Schneckendrehzahl paßt sich der neuen Manteldrehzahl an und ergibt eine neue, geänderte
Schneckendrehzahl, die gerade erforderlich ist um einen unveränderten Feuchtigkeitsgrad zu gewährleisten.
Verschiedene Kennzahlen sind von der Maschinencharakteristik wie Schneckensteigung, Konuswinkel und andere, vom Produkt
abhängig, z.B. Partikelgröße. Das bedeutet, verschiedene Kennzahlen müssen durch den Bediener einstellbar sein, das
sind: optimales Drehmoment, entsprechend optimale Austragfeuchte, Regelkreisverstärkung und Mindestdrehzahl.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein rein hydraulischer Pumepnregler, der in Zeichnung Fig. 1
teilweise schematisch dargestellt ist.
Die regelbare Pumpe (1) speist über einen Druckfilter (2) und über eine zwischengeschaltete Hydraulikstrommeß- und
Regeleinrichtung (3) einen Hydraulikmotor (4).
Für den Fall der schnellaufenden Zntrifug·1, bei dtiin der
Ölmotor nur die Schnecke dreht, muß die Hydraulikflüssigkeitszuführung
zum Ölmotor über eine Drehdurchführung erfolgen.
Bei der Pumpe (1) handelt es sich um eine Pumpe mit variablem Fördervolumen, wobei das Fördervolumen durch einen Stullzylinder
verstellt wird.
Der am Zylinder angelegte Steuerdruck versteilt den Kolben
des dtellzylinders (5) proportional zum angelegten Druck
gegenüber einer eingebauten Feder.
Im Druckflüssigkeitskreis von Pumpe zum Hydraulikmotor ist
eine von Hand verstellbare Messdüse (6) geschaltet, mit der
der Blendenquerschnitt (7) durch das Handrad (8) verstellt werden kann.
Außerdem ist in dem Druckkreis von Pumpe zu Hydraulikmotor eine zweite Messdüse mit einem variablem öffnunqsquerschnitt
(9), bei den die Grüße Öffnungsquerschnitt durch die Lage des Kolbens (10) bestimmt wird, vorgesehen.
Die Lage des Kolbens (10) ergibt sich aus dem Kraftgleichgewicht zwischen Pumpendruck P 1 in der Kammer (ii) auf der
einen Kolbenseite sowie Druck P 4 des Hydraulikmediums in Kammer (12) plus die Federkraft der Fader (13) auf die
andere Kolbenseite. Die kleinste Blendenöffnungsquerschnitt (9) wird durch die Einsteilschraube (14) eingestellt.
Die Federvorspannung, und damit die Höhe des Druckgefälles P 1 - P4, bezogen auf einen bestimmten Düsenquerschnitt
kann mit der Stellschraube (15) eingestellt werden. Bei einem bestimmten Öffnungsquerschnitt der Düsen
(7 uiid 9) kann die Größe des Hydraulikstromes als Differenzdrucksignal
zwischen den Kanälen (16 und 17) gemessen werden. Diese zwei Drucksignale Pl in Leitung (16) und
P2 in Leitung (17) werden auf eine hydraulische Druckwaage (IS) gegeben, die in der Leitung (22) einen
Steuerdruck P3 zur Pumpenverstellung erzeugt.
Für die Kroftverhältnisse in der Druckwaage (18) gilt die
vom Pumpendruck Pl auf die Fläche (19) erzeugte Kraft, ist gleich der vom Druck P2 auf die Fläche (20) erzeugte Kraft:
plus die Kraft der Feder (21).
Da die Fläche (19) gleich der Fläche (20) ist und die
Feder (21) eine konstante Kraft erzeugt, gilt:
Pl - P2 = const. D.h. der Steuerdruck P3 in der Leitung
(22) wird über die Druckwaage immer so geändert bis die
Pumpe eine Fördermenge hat, die so groß ist, daß diese
Gleichung erreicht wird, unabhängig von der absoluten
Höhe des Druckes. Bei einer Verkleinerung einer der
beiden Blendenquerschnitte z.B., würde sich diese
Druckdifferenz Pl - P2 kurzfristig vergrößern, dadurch
steigt der Steuerdruck P3 an und schwenkt die Pumpe auf
einen kleineren Förderstrom bis die alte Druckdifferenz
Pl - P2 wieder erreicht ist.
Feder (21) eine konstante Kraft erzeugt, gilt:
Pl - P2 = const. D.h. der Steuerdruck P3 in der Leitung
(22) wird über die Druckwaage immer so geändert bis die
Pumpe eine Fördermenge hat, die so groß ist, daß diese
Gleichung erreicht wird, unabhängig von der absoluten
Höhe des Druckes. Bei einer Verkleinerung einer der
beiden Blendenquerschnitte z.B., würde sich diese
Druckdifferenz Pl - P2 kurzfristig vergrößern, dadurch
steigt der Steuerdruck P3 an und schwenkt die Pumpe auf
einen kleineren Förderstrom bis die alte Druckdifferenz
Pl - P2 wieder erreicht ist.
Bei Änderung des Motormoments ändert sich das Druckgefälle
Pl - P4 und damit der Düsenquerschnitt (9). Dies würde bei konstantem Flüssigkeitsstrom zu einer Änderung der Druckdifferenz
Fl - P2 führen.
Der Differenzdruck Pl - P2 wird jedoch über die Druckwaage
(18) und dem Pumpenverstellzylinder (5) auf einen konstante Wert geregelt.
Ein höheres Moment an der Schnecke führt deshalb zu einem erhöhten Druckgefälle Pl - P4 und gleichzeitig, da Pl - P2
konstant bleiben, zu einem erhöhten Pumpenförderstrom.
Entsprechend der hohen Pumpenfördermenge erhöht sich auch die Differenzdrehzahl der Schnecke und dadurch der Austrag an Feststoff und zwar so lange, bis Moment d.h. Feststoffkonsistenz und Drehzahl wieder in einem stabilen Gleichgewicht stehen.
Entsprechend der hohen Pumpenfördermenge erhöht sich auch die Differenzdrehzahl der Schnecke und dadurch der Austrag an Feststoff und zwar so lange, bis Moment d.h. Feststoffkonsistenz und Drehzahl wieder in einem stabilen Gleichgewicht stehen.
Ebenso reagiert die Regelung, wenn der Feststoffanteil in
der Suspension sinkt und der Austrag zu naß wird, wird die Differenzdrehzahl so weit verringert, bis wither der gleich
trockene Austrag erreicht ist.
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- 10 -
Zur Begrenzung des max. Pumpendruckes wird der Stelldruck
P2 durch ein Druckbegrenzungsventil (23) begrenzt. Da Pl - P2 durch den Regler (18) konstant gehalten wird,
schwenkt die Pumpe bei Erreichen des am Venril (23) eingestellten Druckes auf Fördermenge 0.
Da kurzzeitige Momentenänderung durch den Regler unterdrückt
werden müssen,, ist als Zeitglied ein Speicher (24)
und als Dämpfungsglied eine Düse (25) in den Regelkreis eingebaut.
In Fig. 2 ist die Regelcharakteristik des Regler (9) dargestellt. Eine Erhöhung der Federvorspannung (13) erfordert
einen höheren Differenzdruck P4 - Pl zum öffnen eines bestimmten Düsenquerschnittes (9). Die Regelkurve wird
in Richtung höheres Moment verschoben. Bezogen auf eine Zentrifuge würde dies bedeuten, daß die Zentrifuge einen
trockeneren Austrag erzeugt.
Entspannen der Feder erzeugt einen nasseren Austrag. Mit Handrad (14) kann der kleinste Düsenquerschnitt und somit
der min. Pumpenförderstrom eingestellt werden. Durch die Düse (7) kann die Regelverstärkung des Proportionalreglers
(Fig. 3) verstellt werden.
Für die Regelgenauigkeit des proportionalen Regelkreises, d.h. möglichst kleine, bleibende Regelabweichung ist eine
möglichst steile Kennlinie (Fig. 3) günstig, d.h. große Regelkreisverstärkung bei kleinster Momentenänderung.
Um Schwingungen zu verhindern, muß diese jedoch Anlagespezifisch verringert werden können bzw. so eingestellt
werden, daß der Regelkreis gerade nicht schwingt.
Bezugszeichenliste
a - Einstellbereich durch Stellrad (15)
b - Einstellbereich der min. Drehzahl durch Handrad (14)
c - Einstellbereich des max. Druckes durch Pumpendruckregler (23)
d - Max. Drehzahlgrenze A/max. Pumpenförder -..snge
e - Große Regelverstärkung f - Kleine RegeivexStärkung
g - Einstellbereich der ^«gelverstärkung
durch Einstelldüse (6)
M - Schneckenantriebsrnoment urd Abtriebsmoment des
Ölmotors (4)
&eegr; - Drehzahl 3es Ölmotors (4)
Pl - Druck Pump'.·
P2 - Steuerdruck Differenzdruckregler
P3 - Steuerdruck Pumpenstellzylinder
P4 - Rücklaufdruck
Q - Pumpenförderstrom
Claims (9)
1.) Hydraulische Regeleinrichtung für eine regelbare Pampe (1) für den Antrieb eines Hydraulikmotors (4)
mit konstantem Schluckvolu.T.en.,'"^.:!durch gekennzeichnet,
daß über eine erste Messgröße Drehmoment Hydraulikmotor ein erstes Stellglied (9) verstellt und über
eine Differenzdruckmessung vor und nach diesem Stellglied (9) eine zweite Messgröße für ein
zweites Stellglied (18) zur Verstellung der Pumpe \1) erzeugt wird um damit die Regelgröße Drehzahl
Hydraulikmotor (4) nachzusteller.
2.) Hydraulische Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Erzeugung des
für die Regelung erforderlichen Differenzdruckes Pl - P2, ein hydr. betätigtes Messventil (10) in den
Druckkreis geschaltet ist, das bei Erhöhung des angelegten Druckgefälles (Pl - P4) der Leitung (16)
den Blendenquerschnitt (9) vergrößert.
3.) Hydraulische Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anteil des für die
Regelung erforderlichen Differenzdruckes Pl - P2 durch einen von Hand verstellbaren Blendenquerschnitt
(7) erzeugt wird und damit die Regelkreisverstärkung eingestellt werden kann.
4.) Hydraulische Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der der Strömung
proportionale Differenzdruck Pl - P2 auf einen Differenzdruckregler (18) geleitet wird, der die
Pumpe über einen Stellzylinder (5) auf die für die Regelung erforderliche Fördermenge einregelt.
5.) Hydraulische Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einstellschraube
(15) die Federvorspannung der Feder (13) verändert werden kann und damit die Regelung auf
einen höheren oder niedrigeren Druck Pl - P4 und damit höheres oder niedrigeres Drehmoment eingestellt
werden kann.
1-5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstellschraube (14) den Hub des Kolbens (10) begrenzt und
dadurch der ölstrom zum Hydraulikmotor und damit die kleinste Drehzahl begrenzt.
7.) Hydraulische Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maximaldruckreyler
(23) beim Erreichen des max. Moments die Pumpe auf Fördermenge null zurückschwenkt.
8.) Hydraulische Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düse (25)
=. &tgr; c? n»-^e-t-^ &igr; ~i ; &Lgr;^&igr; ,,„,3 „■:·, c ^^ ·; ^ u --. *- n/l =>
&igr; &ogr; 1ZoUnUo^
in den Regelkreis geschaltet werden.
9.) Hydraulische Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 2-9, dadurch gekennzeichnet, daß die beschriebenen
hydraulischen Regeleinrichtungen durch entsprechende funktionsgleiche elektr. Regeleinrichtungen ganz oder
teilweise ersetzt werden können.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8906826U DE8906826U1 (de) | 1989-06-03 | 1989-06-03 | Hydraulische Regeleinrichtung zur Regelung einer Regelpumpe für den Antrieb eines Hydraulikmotors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8906826U DE8906826U1 (de) | 1989-06-03 | 1989-06-03 | Hydraulische Regeleinrichtung zur Regelung einer Regelpumpe für den Antrieb eines Hydraulikmotors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE8906826U1 true DE8906826U1 (de) | 1989-09-07 |
Family
ID=6839788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE8906826U Expired DE8906826U1 (de) | 1989-06-03 | 1989-06-03 | Hydraulische Regeleinrichtung zur Regelung einer Regelpumpe für den Antrieb eines Hydraulikmotors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE8906826U1 (de) |
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- 1989-06-03 DE DE8906826U patent/DE8906826U1/de not_active Expired
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