EP1332288B1

EP1332288B1 - Verfahren zur steuerung einer aus zwei hydraulisch angetriebenen plungerkolbenpumpen gebildeten pumpenanordnung

Info

Publication number: EP1332288B1
Application number: EP01993768A
Authority: EP
Inventors: Norbert Penz
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2000-11-11
Filing date: 2001-10-27
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2021-10-27
Also published as: WO2002038958A1; EP1332288A1; DE10055986A1; DE50111870D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer aus zwei hydraulisch angetriebenen Plungerkolbenpumpen gebildeten Pumpenanordnung zur Förderung von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 35 35 175 A1 bekannt. Die Plungerkolben von zwei Plungerkolbenpumpen sind mit dem Kolben je eines doppeltwirkenden hydraulischen Zylinders verbunden. Die Kolben der beiden Zylinder werden derart mit Druckmittel beaufschlagt, daß jeder Plungerkolben in einem Förderhub Flüssigkeit zu einem Verbraucher fördert und in einem darauf folgenden Saughub Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter ansaugt. Die bodenseitigen Kammern der Zylinder sind miteinander verbunden, und zwischen den bodenseitigen Kammern ist ein Druckmittelvolumen eingeschlossen, das bei einer Bewegung der Kolben entsprechend zwischen diesen verschoben wird. Der stangenseitigen Kammer eines Zylinders wird von einer Pumpe Druckmittel zugeführt. Gleichzeitig wird aus der stangenseitigen Kammer des jeweils anderen Zylinders Druckmittel in einen Tank zurückgeführt. Die hydraulische Kopplung der Kolben über das in den bodenseitigen Kammern und der zwischen ihnen angeordneten Verbindungsleitung eingeschlossene Druckmittelvolumen bewirkt eine Zwangsführung der beiden Kolben. Befindet sich der eine Kolben in der einen Endstellung, befindet sich der andere Kolben in der jeweils anderen Endstellung. Der Hub der beiden Kolben wird kontinuierlich gemessen. Erreichen die Kolben.ihre Endstellungen, wird die stangenseitige Kammer des jeweils anderen Zylinders mit Druckmittel beaufschlagt und die Kolben bewegen sich in der entgegengesetzten Richtung bis sie wieder ihre Endstellungen erreicht haben. Anders als bei einer mechanischen Zwangsführung der beiden Kolben kann jedoch, z. B. aufgrund von Leckverlusten, ein Kolben früher seine Endstellung erreichen als der andere Kolben. In einem derartigen Fall werden die bodenseitigen Kammern so lange mit Druckmittel beaufschlagt oder aus ihnen Druckmittel abgeführt, bis sich beide Kolben wieder gleichzeitig in den jeweiligen Endstellungen befinden. Für die Steuerung der Druckmittelzufuhr zu den Kammern der Zylinder sind elektrisch betätigte Steuerorgane in Form von Schaltventilen und steuerbaren Drosseln vorgesehen. Aus dem Hub der Plungerkolben, der gleich dem Hub der Kolben ist, wird der von den Plungerkolben geförderte Einzel- und Gesamt-Mengenstrom errechnet und mit einem Sollmengenstrom verglichen. Bei Abweichungen wird die den Zylindern zugeführte Druckmittelmenge im Sinne einer Verringerung der Abweichung verändert. Aufgrund der Zwangsführung der mit den Plungerkolben verbundenen Kolben der beiden Zylinder führt immer ein Plungerkolben einen Förderhub aus, der jeweils andere Plungerkolben führt in dieser Zeit einen Saughub aus. In den Endstellungen findet eine kurzzeitige Unterbrechung der Förderung statt, da der eine Plungerkolben aufgrund der Bewegungsumkehr nicht mehr fördert und der andere Plungerkolben gerade erst zu fördern beginnt. Auch wenn diese Unterbrechungen nur kurz sind, wirken sie sich doch störend in Form von Druckstößen aus.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das Druckstöße der zu fördernden Flüssigkeit beim Übergang der Förderung von dem einen Plungerkolben auf den anderen Plungerkolben weitestgehend vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bewußt davon Gebrauch gemacht, daß sich bei Pumpenanordnungen mit zwei hydraulisch angetriebenen Plungerkolbenpumpen - anders als bei einer mechanischen Zwangsführung - die die Plungerkolben antreibenden Kolben nicht exakt gegenläufig bewegen. Im Gegensatz zu dem aus der DE 35 35 175 A1 bekannten Verfahren wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht versucht, durch entsprechende Steuerung der Druckmittelzufuhr in Abhängigkeit von den jeweiligen Positionen der Kolben eine exakt gegenläufige Bewegung der Kolben zu erreichen, sondern die Bewegungen der beiden Kolben werden voneinander entkoppelt. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß der einen Saughub ausführende Plungerkolben vor dem Beginn der Schlußphase des Förderhubs des anderen Plungerkolbens seine Umkehrposition erreicht hat. Erfindungsgemäß setzt in der Schlußphase des Förderhubs des einen Plungerkolbens bereits der Förderhub des anderen Plungerkolbens ein. In dem Maß, in dem sich die Fördermenge des bis dahin fördernden Plungerkolbens verringert, vergrößert sich die Fördermenge des anderen Plungerkolbens, der die Förderung übernimmt. Die Förderung erfolgt somit während einer Übergangsphase durch beide Plungerkolben gemeinsam. Dabei wird die Fördermenge des einen Plungerkolbens stetig verringert und die Fördermenge des anderen Plungerkolbens entsprechend erhöht. Damit ergibt sich auch während der Bewegungsumkehr der Plungerkolben eine unterbrechungsfreie Förderung der Pumpenanordnung.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Saughub des bisher fördernden Plungerkolbens beginnt, wenn der andere Plungerkolben die Förderung vollständig übernommen hat. Dabei ist es vorteilhaft, den zeitlichen Verlauf der Druckmittelzufuhr so zu wählen, daß die Druckmittelzufuhr nicht schlagartig beginnt und auch nicht schlagartig endet. Dies wird dadurch erreicht, daß das elektrische Signal für die Steuerung der Druckmittelzufuhr während eines ersten Zeitabschnitts stetig auf einen vorgebbaren Wert ansteigt, danach während eines zweiten Zeitabschnitts auf diesem Wert gehalten wird und während eines dritten Zeitabschnitts wieder verringert wird. Um sicherzustellen, daß der Förderhub eines Zylinders nicht vorzeitig beginnt, wird das elektrische Signal für den Saughub am Ende des dritten Zeitabschnitts nicht ganz auf Null verringert, sondern bis zum Beginn des Förderhubs auf einem geringfügig von Null verschiedenen Wert gehalten wird, der in Saugrichtung wirksam ist. Der vorgebbare Wert des elektrischen Signals für den Saughub wird mindestens so groß gewählt wie derjenige Wert, der der von der Pumpenanordnung maximal zu fördernden Menge entspricht. Damit ist sichergestellt, daß der Saughub unabhängig von der Höhe des elektrischen Signals für die Steuerung der zu fördernden Menge beendet ist, bevor ein neuer Förderhub beginnt. Als Kriterium für den Beginn des dritten Zeitabschnitts eines Saughubs ist ein unterer Positionswert des den Saughub ausführenden Kolbens vorgesehen.
Als Kriterium für den Beginn der Schlußphase eines Förderhubs ist ein oberer Positionswert des den Förderhub ausführenden. Kolbens vorgesehen. Weitere Positionswerte sind für die Steuerung der Pumpenanordnung nicht erforderlich. Um eine gleichmäßige Fördermenge zu erzielen, ist die Summe der den Steuerorganen zugeführten Signale gleich dem der Steuereinrichtung zugeführten Steuersignal. Die Änderung der den Steuerorganen zugeführten Steuersignale erfolgt im einfachsten Fall rampenförmig, d. h. linear über die Zeit.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden mit seinen weiteren Einzelheiten anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels einer Pumpenanordnung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1: eine aus zwei hydraulisch angetriebenen Plungerkolbenpumpen gebildete Pumpenanordnung als Bestandteil einer Einrichtung zur Druckprüfung von Rohren mit Wasser in schematischer Darstellung,
Figur 2: eine vergrößerte Darstellung der beiden in der Figur 1 dargestellten Plungerkolbenpumpen,
Figur 3: den zeitlichen Verlauf der elektrischen Signale für die Steuerung der Druckmittelzufuhr zu den die Plungerkolbenpumpen antreibenden Zylindern für einen ersten Wert des der Steuereinrichtung zugeführten Steuersignals und
Figur 4: den zeitlichen Verlauf der elektrischen Signale für die Steuerung der Druckmittelzufuhr zu den die Plungerkolbenpumpen antreibenden Zylindern für einen zweiten Wert des der Steuereinrichtung zugeführten Steuersignals.

In der Figur 1 ist eine Pumpenanordnung 10 mit zwei hydraulisch angetriebenen Plungerkolbenpumpen 11 und 12 als Bestandteil einer Einrichtung zur Druckprüfung von Rohren mit Wasser schematisch dargestellt. In einem Saughub saugt der Plungerkolben 13 der Plungerkolbenpumpe 11 über ein erstes Rückschlagventil 14 Wasser aus einem Vorratsbehälter 15. In einem darauffolgenden Förderhub fördert der Plungerkolben 13 das Wasser über ein zweites Rückschlagventil 16 und eine hydraulische Leitung 17 in ein zu prüfendes Rohr 18. Das Rohr 18 ist zwischen zwei Haltevorrichtungen 19 und 20 druckdicht eingespannt. Hierzu werden auf die Haltevorrichtungen 19 und 20 mit F1 bzw. F2 bezeichnete von außen wirkenden Kräfte aufgebracht. Der Plungerkolben 23 der Plungerkolbenpumpe 12 saugt in einem Saughub über ein drittes Rückschlagventil 24 Wasser aus dem Vorratsbehälter 15 und fördert es über ein viertes Rückschlagventil 26 und die hydraulische Leitung 17 in das zu prüfende Rohr 18. Wie weiter unten im Einzelnen ausgeführt ist, ist die Bewegung der Plungerkolben 13 und 23 so gesteuert, daß der eine Plungerkolben Wasser aus dem Vorratsbehälter 15 saugt und der jeweils anderer Plungerkolben in dieser Zeit Wasser in die zu dem Rohr 18 führende Leitung 17 fördert.
Der Plungerkolben 13 der Plungerkolbenpumpe 11 ist über eine Kolbenstange 28 mit einem.Kolben 29 eines Zylinders 30 verbunden. Eine Verstellpumpe 31 fördert hydraulisches Druckmittel aus einem Tank 32 zu dem Zylinder 30. Als Steuerorgan für das dem Zylinder 30 zugeführte Druckmittel dient ein elektrisch gesteuertes Proportionalventil 33. In gleicher Weise ist der Plungerkolben 23 der Plungerkolbenpumpe 12 über eine Kolbenstange 35 mit einem Kolben 36 eines Zylinders 37 verbunden. Als Steuerorgan für das dem Zylinder 37 zugeführte Druckmittel dient ein elektrisch gesteuertes Proportionalventil 38, das zwischen der Pumpe 31 und dem Zylinder 37 angeordnet ist. Sind - wie in der Figur 1 dargestellt - die Flächen der miteinander verbunden Kolben 13 und 29 bzw. 23 und 36 unterschiedlich groß, wirken die Plungerkolbenpumpen 11 und 12 als Druckübersetzer.
Dem auf Druckfestigkeit zu prüfenden Rohr 18, das zwischen den Haltevorrichtungen 19 und 20 eingespannt ist, führt die Pumpenanordnung 10 - wie oben beschrieben - über die Leitung 17 Wasser zu. Ein Drucksensor 40 erfaßt den Druck des Wassers in dem Rohr 18 und setzt ihn in ein dem Druck entsprechendes elektrisches Signal upi um, das einem Druckregler 41 als Istwert zugeführt ist. Der Druckregler 41 vergleicht den Istwert mit einem als Sollwert für den Druck zugeführten elektrischen Signal ups. Der Druckregler 41 verarbeitet die Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert zu einem Stellsignal ust, das der Pumpenanordnung 10 als elektrisches Eingangssignal zugeführt ist. Das Stellsignal ust ist ein Maß für die Menge des dem Rohr 18 zuzuführenden Wassers bzw. die Menge des aus dem Rohr 18 abzuführenden Wassers. In diesem Ausführungsbeispiel bedeuten positive Werte von ust, daß dem Rohr 18 von der Pumpenanordnung 10 Wasser zuzuführen ist. Negative Werte von ust bedeuten, daß Wasser aus dem Rohr 18 abzulassen ist.
Das Stellsignal ust ist einer elektrischen Steuereinrichtung 43 der Pumpenanordnung 10 zugeführt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Stellsignal ust eine elektrische Spannung, die Werte zwischen -10 V und +10 V annehmen kann. Die Steuereinrichtung 43 wertet das Stellsignal ust nach Vorzeichen und Betrag aus und verknüpft es mit den Signalen von vier Positionsgebern 45 bis 48. Die Positionsgeber 45 und 46 sind dem Zylinder 30 zugeordnet. Der Positionsgeber 45 führt der Steuereinrichtung 43 ein erstes Positionssignal zu, wenn der Kolben 29 einen unteren Positionswert UP1 unterschreitet. Der Positionsgeber 46 führt der Steuereinrichtung 43 ein zweites Positionssignal zu, wenn der Kolben 29 einen oberen Positionswert OP1 überschreitet. Die Positionsgeber 47 und 48 sind dem Zylinder 37 zugeordnet. Der Positionsgeber 47 führt der Steuereinrichtung 43 ein drittes Positionssignal zu, wenn der Kolben 36 einen unteren Positionswert UP2 unterschreitet. Der Positionsgeber 48 führt der Steuereinrichtung 43 ein viertes Positionssignal zu, wenn der Kolben 36 einen oberen Positionswert OP2 überschreitet. Die Steuereinrichtung 43 gibt zwei stetig veränderliche elektrische Signale u1 und u2 sowie ein elektrisches Schaltsignal u3 ab. Die Signale u1 und u2 sind in diesem Ausführungsbeispiel elektrische Spannungen, die Werte zwischen -10 V und +10 V annehmen können. Sie sind den Proportionalventilen 33 bzw. 38 zugeführt. Das Schaltsignal u3 steuert ein Schaltventil 50, das zum Ablassen von Wasser aus dem Rohr 18 dient, wenn der Istwert des Drucks in dem Rohr 18 während des Prüfvorgangs größer als sein Sollwert ist oder wenn das Rohr 18 nach dem Abschluß eines Prüfvorgangs entleert werden soll. In der Ruhestellung sperrt das Schaltventil 50 die Verbindung zwischen dem Rohr 18 und dem Vorratsbehälter 15. Bei negativem Vorzeichen des Stellsignals ust schaltet die Steuereinrichtung 43 das Schaltventil 50 in die Arbeitsstellung, und es fließt Wasser aus dem Rohr 18 in den Vorratsbehälter 15.
Die Signale u1 und u2 lenken bei positivem Vorzeichen des Stellsignals ust die Steuerschieber der Proportionalventile 33 bzw. 38 entsprechend ihrem Vorzeichen und ihrem Betrag aus. Ist das Signal u1 gleich Null, befindet sich der Steuerschieber des Proportionalventils 33 in seiner federzentrierten Mittelstellung. In dieser Stellung wird den Kammern des Zylinders 30 kein Druckmittel zugeführt, und es findet keine Bewegung des Kolbens 29 statt. Ist das Signal u1 positiv, wird der Kolben 29 derart mit Druckmittel beaufschlagt, daß sich der Kolben 29 aufwärts bewegt und der durch die Kolbenstange 28 mit ihm verbundene Plungerkolben 13 einen Förderhub ausführt. Hierzu wird der Steuerschieber des Proportionalventils 33 derart ausgelenkt, daß der bodenseitigen Kammer des Zylinders 30 Druckmittel zugeführt wird und aus der stangenseitigen Kammer des Zylinders 30 Druckmittel abgeführt wird. Der Betrag des Signals u1 bestimmt dabei die Menge des Druckmittels, die dem Zylinder 30 zugeführt wird, und damit die Geschwindigkeit, mit der der Förderhub ausgeführt wird. Je größer der Betrag des Signals u1 ist, desto größer ist auch die Geschwindigkeit, mit der der Förderhub ausgeführt wird.
Ist das Signal u1 negativ, wird der Kolben 29 derart mit Druckmittel beaufschlagt, daß sich der Kolben 29 abwärts bewegt und der durch die Kolbenstange 28 mit ihm verbundene Plungerkolben 13 einen Saughub ausführt. Hierzu wird der Steuerschieber des Proportionalventils 33 derart ausgelenkt, daß der stangenseitigen Kammer des Zylinders 30 Druckmittel zugeführt wird und aus der bodenseitigen Kammer des Zylinders 30 Druckmittel abgeführt wird. Der Betrag des Signals u1 bestimmt dabei die Menge des Druckmittels, die dem Zylinder 30 zugeführt wird, und damit die Geschwindigkeit, mit der der Saughub ausgeführt wird. Je größer der Betrag des Signals u1 ist, desto größer ist auch die Geschwindigkeit, mit der der Saughub ausgeführt wird.
Ist das Signal u2 positiv, wird der Kolben 36 derart mit Druckmittel beaufschlagt, daß der durch die Kolbenstange 35 mit ihm verbundene Plungerkolben 23 einen Förderhub ausführt. Hierzu wird der Steuerschieber des Proportionalventils 38 derart ausgelenkt, daß der bodenseitigen Kammer des Zylinders 37 Druckmittel zugeführt wird und aus der stangenseitigen Kammer des Zylinders 37 Druckmittel abgeführt wird. Der Betrag des Signals u2 bestimmt dabei die Menge des Druckmittels, die dem Zylinder 37 zugeführt wird, und damit die Geschwindigkeit, mit der der Förderhub ausgeführt wird. Je größer der Betrag des Signals u2 ist, desto größer ist die Geschwindigkeit, mit der der Förderhub ausgeführt wird.
Ist das Signal u2 negativ, wird der Kolben 36 derart mit Druckmittel beaufschlagt, daß er sich abwärts bewegt und der durch die Kolbenstange 35 mit ihm verbundene Plungerkolben 23 einen Saughub ausführt. Hierzu wird der Steuerschieber des Proportionalventils 38 derart ausgelenkt, daß der stangenseitigen Kammer des Zylinders 37 Druckmittel zugeführt wird und aus der bodenseitigen Kammer des Zylinders 37 Druckmittel abgeführt wird. Der Betrag des Signals u2 bestimmt dabei die Menge des Druckmittels, die dem.Zylinder 38 zugeführt wird, und damit die Geschwindigkeit, mit der der Saughub ausgeführt wird. Je größer der Betrag des Signals u2 ist, desto größer ist auch die Geschwindigkeit, mit der der Saughub ausgeführt wird.
Die Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Plungerkolbenpumpen 11 und 12. Die Position der Kolben 29 und 36 ist auf den für ihre Bewegung zur Verfügung stehenden Bereich bezogen. Dabei ist jeweils die unterste Position mit 0% und die oberste Position mit 100% bezeichnet. Die von den Positionsgebern 45 und 47 erfaßten unteren Positionswerte UP1 bzw. UP2 liegen jeweils im unteren Drittel des Bereichs, die von den Positionsgebern 46 und 48 erfaßten oberen Positionswerte OP1 bzw. OP2 liegen jeweils im oberen Drittel des Bereichs.
Im folgenden ist anhand der Figuren 3 und 4 in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer aus zwei hydraulisch angetriebenen Plungerkolbenpumpen gebildeten Pumpenanordnung beschrieben. Die Figuren 3 und 4 zeigen für unterschiedliche Werte des Stellsignals ust in jeweils zwei Diagrammen den zeitlichen Verlauf des dem Proportionalventil 33 zugeführten Signals u1 und des dem Proportionalventil 38 zugeführten Signals u2. Dabei sind die Signale für das Ausführen eines Förderhubs mit u1f und u2f bezeichnet und die Signale für das Ausführen eines Saughubs mit uls und u2s.
In der Figur 3 wird davon ausgegangen, daß das Stellsignal ust ungefähr 2/3 des maximalen Werts ufmax beträgt, wobei mit ufmax der maximale Wert des Stellsignals ust für den Förderhub (in diesem Ausführungsbeispiel +10 V) bezeichnet ist. Es wird zunächst ein Zeitpunkt t0 betrachtet, in dem u1 gleich ust ist und u2 gleich Null ist. D. h. der Kolben 29 führt gerade einen Förderhub mit konstanter Geschwindigkeit aus, die bei 2/3 der maximalen Geschwindigkeit (entsprechend einem Signal u1 von ufmax) liegt. Weiterhin wird davon ausgegangen, daß der Kolben 36 seinen Saughub beendet hat und sich an seinem unteren Umkehrpunkt befindet, also zwischen UP1 und 0%. Das Signal u2 ist zu diesem Zeitpunkt praktisch Null oder geringfügig negativ.
Der Zeitpunkt, in dem der Kolben 29 den oberen Positionswert OP1 überschreitet, ist bezogen auf den Kolben 29 mit tf12 und bezogen auf den Kolben 36 mit tf20 bezeichnet. Beginnend mit diesem Zeitpunkt verringert die Steuereinrichtung 43 das Signal u1 rampenförmig bis auf Null und läßt gleichzeitig das Signal u2 von Null aus rampenförmig auf ust ansteigen. Die Summe der Signale u1 und u2 ist dabei gleich dem Stellsignal ust, so daß auch in dem Bereich des Übergangs der Förderung von der einen Plungerkolbenpumpe zu der anderen Plungerkolbenpumpe eine Gesamtförderung entsprechend dem Stellsignal ust erfolgt. Der Zeitpunkt, an dem u1 zu Null geworden ist, ist bezogen auf den Kolben 29 mit tf13 und bezogen auf den Kolben 36 mit tf21 bezeichnet. In dem Zeitraum tf12 bis tf13 verringert sich die Geschwindigkeit des Kolbens 29 stetig auf Null und die Geschwindigkeit des Kolbens 36 erhöht sich stetig bis auf den durch ust bestimmten Wert. Diese Geschwindigkeit behält der Kolben 36 bei, bis er den oberen Positionswert OP2 überschreitet. Dieser Zeitpunkt ist mit tf22 bezeichnet.
Im Zeitpunkt tf13, in dem der Kolben 29 seinen Förderhub beendet hat, schließt sich der Saughub des Kolbens 29 an. Der Zeitpunkt des Beginns des Saughubs ist mit ts10 bezeichnet. Die Steuereinrichtung 43 führt dem Proportionalventil 33 ein negatives Signal u1 zu, dessen Betrag sich in einem ersten Zeitabschnitt des Saughubs rampenförmig von Null bis auf usmax vergrößert. Mit usmax ist ein Signal bezeichnet, das so groß ist, daß auch dann, wenn die Pumpenanordnung die größtmögliche Menge fördert, der Saughub einer Plungerkolbenpumpe bereits beendet ist, bevor ihr nächster Förderhub beginnt. Der Zeitpunkt, zu dem der Betrag von u1 gleich usmax geworden ist, ist mit ts11 bezeichnet. Die Rampe des Signals u1 von ts10 nach ts11 ist steiler als die Rampe von tf12 nach tf13. Während eines zweiten Zeitabschnitts des Saughubs, der mit ts11 beginnt, behält der Betrag des Signals u1 den Wert usmax bei. Der Kolben 29 bewegt sich mit konstanter, durch den Wert von usmax bestimmter Geschwindigkeit nach unten bis der Kolben 29 den unteren Positionswert UP1 unterschreitet. Dieser Zeitpunkt ist mit ts12 bezeichnet. Während eines dritten Zeitabschnitts des Saughubs, der mit ts12 beginnt, verringert die Steuereinrichtung 43 den Betrag des Signals u1 bis auf Null bzw. auf einen geringfügig negativen Wert. Der Zeitpunkt, in dem dieser Wert erreicht wird, ist mit ts13 bezeichnet. In einer Ruhephase zwischen den Zeitpunkten ts13 und ts14 wird dieser Wert beibehalten. Der Zeitpunkt ts14 ergibt sich aus dem Zeitpunkt tf22, in dem mit tf10 ein neuer Förderhub des Plungerkolbens 13 beginnt.
Von tf22 bis tf23 verringert die Steuereinrichtung 43 das Signal u2 von ust auf Null. In dieser Zeit (entsprechend tf10 bis tf11) erhöht sie das Signal u1 von Null auf ust. Bis der Kolben 29 wieder den oberen Positionswert OP1 überschreitet (also in dem Zeitraum von tf11 bis tf12), ist das Signal u1 gleich ust. Danach (von tf12 bis tf13) verringert die Steuereinrichtung 43 das Signal u1 von ust auf Null. Während des Förderhubs des Kolbens 29 führt der Kolben 36 einen Saughub aus. Von ts20 bis ts21 erhöht die Steuereinrichtung 43 den Betrag des Signals u2 von Null bis auf usmax. Von ts21 bis ts22 (Zeitpunkt in dem der Kolben 36 den unteren Positionswert UP2 unterschreitet) ist u2 gleich usmax. Danach, bis ts23 verringert die Steuereinrichtung 43 den Betrag von u2 auf einen sehr kleinen Wert nahe Null und behält diesen Wert bei, bis im Zeitpunkt tf20 ein neuer Förderhub beginnt.
In der Figur 4 wird davon ausgegangen, daß des Stellsignal ust ungefähr 1/3 des maximalen Werts von ufmax beträgt. Das bedeutet, daß das Stellsignal in diesem Fall nur halb so groß ist wie das Stellsignal in der Figur 3. Damit verringert sich die den Zylindern in der Zeiteinheit zugeführte Druckmittelmenge auf die Hälfte und damit auch die Geschwindigkeit, mit der die Kolben 29 und 36 der Zylinder 30 bzw. 37 während ihres Förderhubs ausfahren. Dies bedeutet, daß es ungefähr doppelt so lange wie in der Figur 3 dauert, bis der Kolben bei einem Förderhub den oberen Positionswert OP1 bzw. OP2 erreicht hat. Wie in der Figur 3 wird von einem mit t0 bezeichneten Zeitpunkt ausgegangen, in dem der Kolben 36 seinen Saughub bereits beendet hat und der Kolben 29 mit der durch ust bestimmten Geschwindigkeit einen Förderhub ausführt. Der Zeitpunkt, in dem der Kolben 29 den oberen Positionswert OP1 überschreitet, ist wieder mit tf12 (bezogen auf den Kolben 29) und mit tf20 (bezogen auf den Kolben 36) bezeichnet. Da die Steigung der rampenförmigen Änderungen der Signale u1 und u2 genauso groß wie in der Figur 3 gewählt ist, ist die Übergangsphase, in der beide Kolben 29 und 36 einen Förderhub ausführen, früher als in der Figur 3 beendet. Auch in der Figur 4 ist der Zeitpunkt, in dem das Signal u1 zu Null geworden ist, mit tf13 für den Kolben 29 und mit tf21 für den Kolben 36 bezeichnet. Der Saughub des Kolbens 29 läuft wie in der Figur 3 ab. Er beginnt im Zeitpunkt ts10. Während des ersten Zeitabschnitts des Saughubs erhöht sich der Betrag des Signals u1 von Null bis auf usmax. Während des zweiten Zeitabschnitts des Saughubs, d. h. von ts11 bis zu dem Zeitpunkt ts12, in dem der Kolben 29 den unteren Positionswert UP1 unterschreitet, hält die Steuereinrichtung 43 das Signal u1 konstant. Während des dritten Zeitabschnitts des Saughubs ts12 bis ts13 verringert die Steuereinheit 43 den Betrag des Signals u1 bis auf Null bzw. auf einen kleinen Wert, der - um eine Bewegung des Kolbens 29 in Förderrichtung zu verhindern - einem Saughub mit sehr kleiner Geschwindigkeit entspricht. Da es länger als in der Figur 3 dauert, bis der den Förderhub ausführende Kolben 36 den oberen Positionswert OP2 überschritten hat, ist die Ruhephäse des Kolbens 29 (ts13 bis ts14) länger als in der Figur 3. Wie in der Figur 3 überlappen sich die Förderhübe der Kolben 29 und 36 beim Übergang der Förderung von dem Kolben 29 auf den Kolben 36 (Zeitraum tf12 bis tf13 entsprechend tf20 bis tf21) und beim Übergang der Förderung von dem Kolben 36 auf den Kolben 29 (Zeitraum tf22 und tf23 entsprechend tf10 bis tf11).
Anstelle einzelner Positionsgeber für die Positionswerte eines Kolbens, die ein Schaltsignal abgeben, wenn der untere Positionswert unterschritten oder der obere Positionswert überschritten wird, kann für jeden Zylinder ein Weggeber vorgesehen werden, der der Steuereinrichtung ein elektrisches Signal zuführt, das ein Maß für die jeweilige Position des Kolbens ist. In diesem Fall werden von der Steuereinrichtung aus dem Wegsignal durch Vergleich mit für jeden Kolben gespeicherten Werten für den unteren Positionswert und für den oberen Positionswert die Zeitpunkte ermittelt, zu denen der Kolben den unteren Positionswert unterschreitet oder den oberen Positionswert überschreitet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Steuerung von Pumpenanordnungen zur Förderung von Flüssigkeiten beschränkt, sondern auch zur Steuerung von Pumpenanordnungen für die Förderung fließfähiger Medien, wie z. B. Schlämmen, einsetzbar.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer aus zwei hydraulisch angetriebenen Plungerkolbenpumpen (11, 12) gebildeten Pumpenanordnung zur Förderung von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser,
- wobei jeder Plungerkolben (13, 23) mit dem Kolben (29, 36) eines doppeltwirkenden hydraulischen Zylinders verbunden ist,

- wobei die Zylinder durch Steuerorgane derart mit Druckmittel beaufschlagt werden, daß jeder Plungerkolben in einem Förderhub Flüssigkeit zu einem Verbraucher fördert und in einem darauf folgenden Saughub Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter ansaugt, und

- wobei die Steuerorgane (33, 38) in Abhängigkeit von der Stellung der Kolben der Zylinder derart durch elektrische Signale einer Steuereinrichtung (43) gesteuert werden, daß die Plungerkolbenpumpen gegenläufig arbeiten,
dadurch gekennzeichnet,
- daß der Förderhub eines Plungerkolbens (13; 23) bereits in der Schlußphase (tf22 bis tf23; tf12 bis tf13) des Förderhubs des jeweils anderen Plungerkolbens (23; 13) beginnt,

- daß das elektrische Signal (u2f; u1f), das dem Steuerorgan (38; 33) für den Zylinder (37; 30), der den Förderhub beendet, zugeführt ist, in der Schlußphase (tf22 bis tf23; tf12 bis tf13) des Förderhubs von einem der von der Pumpenanordnung (10) zu fördernden Menge entsprechenden Wert (ust) stetig bis auf Null verringert wird, und

- daß das elektrische Signal (u1f; u2f), das dem Steuerorgan (33; 38) für den Zylinder (30; 37), der den Förderhub beginnt, zugeführt ist, in dieser Zeit von Null auf den der zu fördernden Menge entsprechenden Wert (ust) erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ende der Schlußphase eines Förderhubs dem Steuerorgan (33; 38) für diesen Zylinder (30; 37) ein elektrisches Signal (u1s; u2s) für die Steuerung des Saughubs zugeführt wird, das dessen zeitlichen Verlauf derart steuert, daß der Zylinder (30; 37) vor dem Beginn der Schlußphase des Förderhubs des jeweils anderen Zylinders (37; 30) den Saughub beendet hat.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal (u1s; u2s) für die Steuerung des Saughubs
- während eines ersten Zeitabschnitts (ts10 bis ts11; ts20 bis ts21) von Null aus stetig bis auf einen vorgebbaren Wert (usmax) vergrößert wird,

- während eines zweiten Zeitabschnitts (ts11 bis ts12; ts21 bis ts22) auf diesem Wert (usmax) gehalten wird und

- während eines dritten Zeitabschnitts (ts12 bis ts13; ts22 bis ts23) von diesem Wert (usmax) stetig auf Null verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal (u1s; u2s) für die Steuerung des Saughubs in einer Ruhephase (ts13 bis ts14; ts23 bis ts24) zwischen dem Ende des dritten Zeitabschnitts und dem Beginn des Förderhubs geringfügig von Null verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgebbare Wert (usmax) für den Saughub mindestens so groß ist wie derjenige Wert (ufmax), der der von der Pumpenanordnung (10) maximal zu fördernden Menge entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Zeitabschnitt (ts12 bis ts13; ts22 bis ts23) eines Saughubs beginnt, wenn der Kolben (29; 36) des den Saughub ausführenden Zylinders (30; 37) einen einstellbaren unteren Positionswert (UP1; UP2) unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlußphase (tf12 bis tf13; tf22 bis tf23) eines Förderhubs beginnt, wenn der Kolben (29; 36) des den Förderhub ausführenden Zylinders (30; 37) einen einstellbaren oberen Positionswert (OP1; OP2) überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der den Steuerorganen (33 und 38) während des Übergangs der Förderung von dem einem Plungerkolben (13; 23) auf den jeweils anderen Plungerkolben (23; 13) zugeführten elektrischen Signale (u1f; u2f) gleich dem der Steuereinrichtung (43) zugeführten Steuersignal (ust) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung der den Steuerorganen (33 und 38) zugeführten elektrischen Signale (u1f, u1s, u2f, u2s) linear über die Zeit erfolgt.