EP0164602A2 - Einrichtung zum Regeln des Druckes und der Fördermenge einer verstellbaren Pumpe - Google Patents

Einrichtung zum Regeln des Druckes und der Fördermenge einer verstellbaren Pumpe Download PDF

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Berthold Pfuhl
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/08—Regulating by delivery pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06—Control using electricity

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of the main claim.
  • it is usually necessary to regulate the pressure and the delivery rate in conjunction with corresponding actual value sensors.
  • the controllers used are each switched over or work as a limiter circuit with an automatic transition from speed to pressure control. If such a device or pump is used to control injection molding machines, the problem with a last-mentioned regulator arises that during the speed phase of the pressure cylinder, the pressure regulator runs within the control limits and therefore an optimal transition from speed to pressure control is not possible.
  • the device according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage, in contrast, of adjusting the quantity or pressure of an adjustable pump in accordance with a setpoint value such that the transition from quantity to pressure control is improved. Good damping and good transient response are achieved by maintaining the actual value.
  • the drawing shows a control device for an adjustable pump in a schematic representation.
  • 10 denotes an adjustable pump which sucks pressure medium from a container 12 via a suction line 11 and displaces it into a delivery line 13.
  • the delivery line 13 leads to a working cylinder 14; a directional control valve 15 with three switching positions with a continuous transition is arranged in it, e.g. an electromagnetically actuated proportional valve.
  • the actuator determining the delivery rate of the pump 10 - for example the swash plate of an axial piston pump - is set with unequal areas by means of two counteracting adjusting pistons 17, 18.
  • the Stell piston 18 is acted upon via a line 19, which starts from the delivery line 13, specifically from a point which is downstream of the directional control valve 15.
  • the actuating piston 17 is acted upon by a control line 20, which is also connected to the delivery line 13, specifically at a point which lies between the pump 10 and the directional control valve 15.
  • the directional control valve 15 is set by an electromagnet 23, which is connected via an electrical line 24 to an electronic control device 25, from which a first electrical line 26 leads to an electronic flow limiter 27 and a second electrical line 28 to a position transducer 29 of the directional control valve 15
  • the position sensor 29 continuously signals the position of the directional valve 15 to the electronic control unit 25; this in turn specifies, by means of a signal received from line 26, correspondingly processed values via line 24 to electromagnet 23, which adjusts directional valve 15 accordingly.
  • An electrical pressure transmitter 31 is connected to the delivery line 13 and leads an actual value reserve 33 via an electrical line 32 and the differentiated actual pressure value to a control amplifier 35 via a line 42.
  • An electrical line 34 branches off from the electrical line 32 and also leads to the control amplifier 35, which is entered via an input 36 of the pressure setpoint P to be generated by the pump.
  • the quantity limiter 27 has an input 37, via which the delivery quantity to be provided by the pump is input; at the same time, it limits their maximum output. Furthermore, a tracking 39 is provided in the control device, which brings the control amplifier 35 into operative connection with the quantity limiter 27.
  • the individual units 34, 35, 37 and 39 contain various amplifiers, resistors and capacitors, the mode of operation of which has not been discussed in detail since this does not contribute to a better understanding of the invention. Mention should only be made of a diode 40 in the actual value reserve 33, the function of which was discussed further below.
  • the working cylinder 14 is of single-acting design and represents the pressure cylinder of an injection molding machine in the exemplary embodiment.
  • the speed and pressure curve on the working cylinder 14 is important here.
  • the course of the speed refers to the preliminary stroke movement of the piston.
  • the function of the directional control valve 15 is to adjust the delivery quantity or the delivery pressure of the pump in accordance with the above-mentioned setpoint specifications. As long as the quantity limiter 27 is not effective, the setpoint quantity Mun changes.
  • the electronic control unit is controlled with this value and the directional control valve is positioned according to the setpoint.
  • control piston 18 is connected via the control line 19 to the delivery line 13 in front of the directional control valve, so that the force on this - because its area is larger - prevails, so that the force on the piston 17 is overcome and the pump 10 is set to a larger delivery rate.
  • a constant pressure difference and thus a quantity adjustment of the pump proportional to the setpoint is achieved via this control piston.
  • the pressure setpoint and actual value are compared at the control amplifier 35, and after appropriate amplification, this signal acts on the quantity limiter 27 and corrects the setpoint of the delivery quantity until the actual value determined on the pressure transmitter 31 corresponds to the pressure setpoint entered at the input 36.

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Abstract

Die Einrichtung zur Druck- und Mengenregelung einer verstellbaren Pumpe (10) weist ein Wegeventil (15) auf, das deren die Fördermenge bestimmendes Stellglied (16) einstellt. Das Wegeventil (15) wird eingestellt über eine elektronische Steuereinrichtung, die aus einem elektronischen Mengenbegrenzer (27), einem elektronischen Regelverstärker (35) und einem Istwertvorhalt (33) sowie einem elektronischen Steuergerät (25) besteht. Dem Regelverstärker (35) wird der Drucksollwert (P), dem Mengenbegrenzer (27) der Mengensollwert (M) eingegeben. Durch stetigen Vergleich dieser Werte kann ein als Arbeitszylinder ausgebildeter Verbraucher (14) mit der notwendigen Fördermenge und dem notwendigen Förderdruck optimal versorgt werden.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei derartigen bekannten Einrichtungen ist üblicherweise für die Regelung des Druckes und der Fördermenge in Verbindung mit entsprechenden Istwertaufnehmern erforderlich. Die verwendeten Regler werden jeweils umgeschaltet oder arbeiten als Begrenzerschaltung mit automatischem Übergang von Geschwindigkeits- in Druckregelung. Wird eine derartige Einrichtung bzw. Pumpe zur Steuerung von Spritzgießmaschinen verwendet, so tritt bei einem zuletzt genannten Regler das Problem auf, daß während der Geschwinddigkeitsphase des Druckzylinders der Druckregler in die Stellgrenzen läuft und somit ein optimaler Übergang von Geschwindigkeits- in Druckregelung nicht möglich ist.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Bauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, die Menge bzw. den Druck einer verstellbaren Pumpe entsprechend einer Bollwertvorgabe so einzustellen, daß der Übergang von einer Mengen- zur Druckregelung verbessert wird. Durch einen Istwertvorhalt wird eine gute Dämpfung und ein gutes Einschwingverhalten erreicht.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine Regeleinrichtung für eine verstellbare Pumpe in schematischer Darstellung.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispieles
  • In der Zeichnung ist mit 10 eine verstellbare Pumpe bezeichnet, die über eine Saugleitung 11 Druckmittel aus einem Behälter 12 ansaugt und dieses in eine Förderleitung 13 verdrängt. Die Förderleitung 13 führt zu einem Arbeitszylinder 14; in ihr ist ein Wegeventil 15 mit drei Schaltstellungen mit stetigem Übergang angeordnet, z.B. ein elektromagnetisch betätigbares Proportionalventil.
  • Das die Fördermenge der Pumpe 10 bestimmende Stellglied - z.B. die Schrägscheibe einer Axialkolbenpumpe - vird mit Hilfe zweier einander entgegenwirkender Stellkolben 17, 18 mit ungleich großen Flächen eingestellt. Der Stellkolben 18 wird über eine Leitung 19 beaufschlagt, welche von der Förderleitung 13 ausgeht, und zwar von einer Stelle, die stromabwärts des Wegeventils 15 liegt. Der Stellkolben 17 wird über eine Steuerleitung 20 beaufschlagt, die ebenfalls an die Förderleitung 13 angeschlossen ist, und zwar an einer Stelle, die zwischen der Pumpe 10 und dem Wegeventil 15 liegt. In der Schaltstellung II des Wegeventils 15 sind sämtliche Anschlüsse gesperrt; in seiner Schaltstellung I ist der Arbeitszylinder 14 zu einer zum Behälter führenden Rückleitung 22 verbunden, während in der Schaltstellung III Verbindung von der Förderleitung hergestellt ist zum flächengrößeren Stellkolben 18 und zum Arbeitszylinder 14. Der flächenkleinere Stellkolben 17 ist stets vom Förderdruck der Pumpe beaufschlagt.
  • Das Wegeventil 15 wird durch einen Elektromagneten 23 eingestellt, der über eine elektrische Leitung 24 mit einem elektronischen Steuergerät 25 verbunden ist, von dem eine erste elektrische Leitung 26 zu einem elektronischen Mengenbegrenzer 27 führt und eine zweite elektrische Leitung 28 zu einem Wegaufnehmer 29 des Wegeventils 15. Der Wegaufnehmer 29 signalisiert laufend die Position des Wegeventils 15 dem elektronischen Steuergerät 25; dieses wiederum gibt durch ein von der Leitung 26 empfangenes Signal entsprechend verarbeitete Werte über die Leitung 24 dem Elektromagneten 23 vor, der das Wegeventil 15 entsprechend einstellt.
  • An die Förderleitung 13 ist ein elektrischer Druckgeber 31 angeschlossen, der über eine elektrische Leitung 32 einem Istwertvorhalt 33 und über eine Leitung 42 den differenzierten Druck-Istwert zu einem Regelverstärker 35 führt. Von der elektrischen Leitung 32 zweigt eine elektrische Leitung 34 ab, die ebenfalls zum Regelverstärker 35 führt, dem über einen Eingang 36 der von der Pumpe zu erzeugende Druck-Sollwert P eingegeben wird. Der Mengenbegrenzer 27 hat eine Eingabe 37, über die ihm die von der Pumpe bereitzustellende Fördermenge eingegeben wird; er begrenzt gleichzeitig deren maximale Fördermenge. Weiterhin ist in der Regeleinrichtung eine Nachführung 39 vorgesehen, welche den Regelverstärker 35 mit dem Mengenbegrenzer 27 in Wirkverbindung bringt. In den einzelnen Einheiten 34, 35, 37 und 39 sind diverse Verstärker, Widerstände und Kondensatoren enthalten, auf deren Wirkungsweise im einzelnen nicht eingegangen ist, da dies nicht zum besseren Verständnis der Erfindung beiträgt. Erwähnt sei lediglich eine Diode 40 im Istwertvorhalt 33, auf deren Funktion weiter unten eingegangen ist.
  • Der Arbeitszylinder 14 ist einfach wirkend ausgebildet und stellt im Ausführungsbeispiel den Druckzylinder einer Spritzgießmaschine dar. Dabei ist der Geschwindigkeits-und Druckverlauf am Arbeitszylinder 14 von Bedeutung. Unter Geschwindigkeitsverlauf ist dabei auf die Vorsehubbewegung des Kolbens Bezug genommen. Die Aufgabe des Wegeventils 15 ist es, die Fördermenge bzw. den Förderdruck der Pumpe entsprechend den obengenannten Sollwertvorgaben einzustellen. Solange der Mengenbegrenzer 27 nicht wirksam ist, setzt sich die Sollwertmenge Munverändert durch . Das elektronische Steuergerät wird mit diesem Wert angesteuert und das Wegeventil entsprechend des Sollwerts positioniert. Wenn der Stellkolben 18 über die Steuerleitung 19 mit der Förderleitung 13 vor dem Wegeventil verbunden ist, überwiegt die Kraft an diesem - da seine Fläche größer ist - so daß die Kraft am Kolben 17 überwunden wird und die Pumpe 10 auf größere Fördermenge eingestellt wird. Über diesen Stellkolben wird eine konstante Druckdifferenz und somit eine dem Sollwert proportionale Mengenverstellung der Pumpe erreicht.
  • Am Regelverstärker 35 werden Drucksoll- und Istwert verglichen, und nach entsprechender Verstärkung wirkt dieses Signal auf den Mengenbegrenzer 27 und korrigiert den Sollwert der Fördermenge so lange, bis der am Druckgeber 31 festgestellte Istwert dem an der Eingabe 36 eingegebenen Drucksollwert entspricht.
  • Um auch bei kleinen Differenzen zwischen Drucksoll- und Istwert noch die eingestellte Menge zu erreichen, ist es notwendig, im Regelverstärker 35 eine hohe statische Verstärkung zu erreichen. Da dies nicht mit reiner proportionaler Verstärkung möglich ist, weist dieser ein integrales Verhalten auf. Dieses führt dazu, daß der Regler bei Scll-Istdifferenz in die Stellgrenze läuft. Durch die Nachführung 39 des Regelverstärkers 35 wird erreicht, daß dessen Stellgröße nicht größer als der Sollwert "Fördermenge" werden kann und somit bei Gleichheit von Drucksoll- und Druckistwert der Regler unverzüglich die Mengenvorgabe zurücknimmt.
  • Durch den Istwertvorhalt 33 wird eine zusätzliche Dämpfung und damit ein besseres Einschwingverhalten des Drukkes erreicht. Mit dem Widerstand 41 und der Diode 40 läßt sich die Dämpfung richtungsabhängig einstellen; somit kann diese dem unterschiedlichen Verhalten der Regelstrecke optimal angepaßt werden. Damit werden erhebliche Verbesserungen gegenüber bisherigen Einrichtungen erreicht.
  • Anstelle der zwei Stellkolben 17, 18 ist es auch möglich., nur einen Stellkolben vorzusehen und als Gegenkraft eine Feder einzusetzen. Solche Stellvorrichtungen sind hinlänglich bekannt und nicht erfindungswesentlich.

Claims (5)

1. Einrichtung zum Regeln des Druckes und der Fördermenge einer verstellbaren Pumpe (10), deren Stellglied (16) mit Hilfe eines über ein Steuerventil (15) angesteuerten, druckbeaufschlagten Kolbens (18) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Förderleitung (13) herrschende Druck-Istwert (31) als elektrisches Signal zusammen mit einen Istwertvorhalt (33) einem elektrischen Regelverstärker (35) eingespeist wird, dem auch der Druck-Sollwert (P) eingegeben wird, daß der Fördermengen-Sollwert (M) einem Mengenbegrenzer (27) eingegeben wird, der über eine elektronische Lageregelung (25) das Steuerventil (15) einstellt, dessen der Fördermenge entsprechende Position als elektrisches Signal (29) ebenfalls dem Mengenbegrenzer eingegeben wird und daß im Regelverstärker (35) Drucksoll- und Istwert verglichen und dem Mengenbegrenzer (27) übermittelt und so lange korrigiert werden, bis dieser durch entsprechende Einstellung der Fördermenge den Druck- Istwert hergestellt hat.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße des Regelverstärkers (35) durch eine zwischen diesen und den Mengenbegrenzer (27) geschaltete Machführung (39) nicht größer ist als der Sollwert der Fördermenge.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Istwertvorhalt (33) eine durch eine Diode (40) und Widerstände (41) gebildete richtungsabhängige Dämpfung einstellt.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckistwert durch einen an die Förderleitung (13) der Pumpe angeschlossenen Druckgeber ermittelt wird.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Steuerventils (15) und damit der Istwert der Fördermenge durch einen mit dem Steuerventil verbundenen Weggeber (29) ermittelt wird.
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