EP1436507A1 - Dickstoffpumpe mit fördermengensteuerung - Google Patents

Dickstoffpumpe mit fördermengensteuerung

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EP1436507A1
EP1436507A1 EP02772362A EP02772362A EP1436507A1 EP 1436507 A1 EP1436507 A1 EP 1436507A1 EP 02772362 A EP02772362 A EP 02772362A EP 02772362 A EP02772362 A EP 02772362A EP 1436507 A1 EP1436507 A1 EP 1436507A1
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EP
European Patent Office
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pump
thick matter
speed
displacement volume
setting
Prior art date
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EP02772362A
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English (en)
French (fr)
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EP1436507B1 (de
Inventor
Hartmut Benckert
Paul Von Bäumen
Wolf-Michael Petzold
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Putzmeister Concrete Pumps GmbH
Original Assignee
Putzmeister AG
Putzmeister Werk Maschinenfabrik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Putzmeister AG, Putzmeister Werk Maschinenfabrik GmbH filed Critical Putzmeister AG
Publication of EP1436507A1 publication Critical patent/EP1436507A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1436507B1 publication Critical patent/EP1436507B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B2203/0605—Rotational speed
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S417/00—Pumps
    • Y10S417/90—Slurry pumps, e.g. concrete

Definitions

  • the invention relates to a thick matter pump with a drive motor, which is preferably designed as an internal combustion engine, with at least one hydraulic pump that can be coupled to the drive motor, preferably designed as a reversing pump, with a variable displacement volume, with two hydraulic cylinders connected to the hydraulic pump, which can be controlled in a push-pull manner, and each coupled with a feed cylinder.
  • a speed controller assigned to the drive motor and an actuator assigned to the hydraulic pump for adjusting the displacement volume and with a control unit for adjusting the engine speed and the displacement volume of the hydraulic pump.
  • the delivery cylinders can be connected alternately via a pipe switch to a delivery line, the delivery line being guided along a distribution boom which can be operated hydraulically via the hydraulic pump and is preferably designed as an articulated boom.
  • the known hydraulic pumps are designed, for example, as axial piston pumps with swash plates, the displacement volume of which can be varied by adjusting the swivel angle of their swash plates.
  • the swashplate swivel angle is adjusted, for example, via an actuating cylinder, which in turn can be controlled via a proportional valve.
  • the pump driver has had the choice of two actuators that can be actuated independently of one another to set a desired amount of thick matter.
  • the engine is often driven at maximum engine speed, with the quantity being controlled solely by adjusting the displacement volume. It is not taken into account that the specific fuel consumption of the drive engine is primarily dependent on the engine speed and that at high speeds the noise emission and exhaust gas pollution are also increased.
  • the object of the invention is to improve the known thick matter pump with delivery rate adjustment of the type specified at the outset in such a way that both fuel consumption and noise and exhaust gas emissions are reduced for a given delivery rate.
  • control unit has an adjusting element, preferably in the form of a potentiometer, for adjusting the amount of thick matter conveyed (F) and control electronics that respond to the position of the adjusting element for software-based th setpoint specification for the speed controller and for the displacement actuator.
  • adjusting element preferably in the form of a potentiometer
  • control electronics that respond to the position of the adjusting element for software-based th setpoint specification for the speed controller and for the displacement actuator.
  • control electronics or its software has an idle routine for setting a defined idle speed of the drive motor when the hydraulic pump is uncoupled.
  • the idle speed is expediently 20 to 50% of a predetermined maximum speed.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that the control electronics or their software have a base load routine for setting a defined base load speed of the drive motor when the hydraulic pump is switched on.
  • the basic load routine is activated once when a setting value greater than zero (F> 0) is specified via the setting element and a pumping process is initiated.
  • the base load speed expediently remains constant over a predetermined adjustment range of the setting element, the setting value (F) of the setting element forming a setpoint specification for the displacement volume actuator of the hydraulic pump.
  • the base load speed is advantageously 65 to 80% of a specified maximum speed. It has proven to be particularly advantageous if the base load routine is activated in an adjustment range below 65 to 80% of the setting element.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that the control electronics or their software have a peak load routine for setting a defined displacement volume on the hydraulic pump, the displacement volume remaining constant over a predetermined adjustment range of the setting element and the setting value of the setting element specifying a setpoint for the speed controller above that Base load speed forms.
  • the peak load routine is advantageously activated in an adjustment range above a predetermined setting value of 65 to 80% of the setting element.
  • a preferred embodiment of the invention provides that speeds between the base load speed and a predetermined maximum speed can be set via the peak load routine at the maximum displacement volume of the hydraulic pump in accordance with the delivery rate set on the setting element.
  • the maximum speed will expediently be more than 1,700 rpm.
  • a sensor for detecting the hydraulic pressure and / or the pump power is arranged on the pressure side of the hydraulic pump and that the control unit or its software is set to a predetermined pressure. or has a performance-sensitive limitation routine for reducing the displacement volume.
  • FIG. 1b shows a diagram of a control unit for setting the delivery quantity in the thick matter pump according to FIG. 1a;
  • Fig. 3 is a diagram showing the engine speed and the relative displacement of the hydraulic pump as a function of the setting of the adjusting element for the thick matter delivery rate.
  • the hydraulic circuit shown in Fig. 1 is intended for a thick matter pump which has two delivery cylinders 1, 1 ', the front openings 2, 2' of which open into a material feed container, not shown, and can be connected alternately to a delivery line 4 via a pipe switch 3 during the pressure stroke ,
  • the delivery line is guided over a hydraulically actuated concrete placing boom, not shown, preferably designed as an articulated mast.
  • the delivery cylinders 1, 1 ' are driven in a push-pull manner via the hydraulic cylinders 5, 5' and the reversible hydraulic pump 6, which is designed as a swash plate axial piston pump in the exemplary embodiment shown.
  • the delivery pistons 7, 7 ' are connected to the drive pistons 8, 8' of the hydraulic cylinders 5, 5 'via a common piston rod 9, 9'.
  • a water box 10 Between the delivery cylinders 1, 1 'and the hydraulic cylinders 5, 5' there is a water box 10 through which the piston rods 9, 9 'reach.
  • the drive cylinders 5, 5 ' are pressurized with pressure oil on the bottom side via the hydraulic lines 11, 11' of the main circuit with the aid of the hydraulic pump 6 and are hydraulically connected to one another at their rod-side end via a rocking oil line 12.
  • a pressure compensation line 14 which contains a check valve 13 and bridges the relevant drive piston 8 'in its end position, is arranged at the two ends of the hydraulic cylinder 5'.
  • the direction of movement of the drive pistons 8, 8 'and thus the delivery pistons 7, 7' is reversed in that the swash plates 15, 15 'of the reversing pump 6 are triggered by a reversing signal and swivel through their zero position and thus the delivery direction of the pressure oil in the hydraulic lines 11, 11 'change the main circuit.
  • the main control valve 20, which determines the delivery direction of the reversing pump 6, is actuated via the electrically tapped end position signals x and xx of the drive cylinder 5 N of the drive motor 50, which is preferably designed as a diesel engine.
  • the swashplate angle is adjustable in proportion to a control pressure which actuates the actuating cylinder 18 via the lines 17 and 17 'and the proportional valve 20 located in the relevant line path.
  • the high pressure level can be changed in accordance with the switching states of the thick matter pump via the shut-off valve 95 and the two pressure limiting valves 70, 70 ', while a pressure regulator 71 is provided for setting the low pressure level.
  • the control inputs of the hydraulic cylinders can be connected via the shuttle valve 72 or a directional valve 73 designed as a flushing valve to the line 11, 11 'of the main circuit which carries high pressure or low pressure.
  • the auxiliary pump 25 charges the closed main circuit via the check valves 75, 75 'and is protected by the pressure relief valve 74.
  • the switchover of the pipe switch 3 takes place via the hydraulic cylinders 21, 21 ', which are preferably in the form of plunger cylinders, the control lines 22, 22' branched off from the hydraulic lines 11, 11 'of the main circuit, and the reversing valve 30 directly with that supplied by the reversing pump 6 Pressure oil are applied.
  • the setting of these parameters is carried out via a control unit 54 which is integrated in a radio remote control to be operated by the pump driver.
  • the pump driver has an adjusting element 56 in the form of a potentiometer, which he can manually adjust between positions 0 and 100%. In the 0 position, no concrete is pumped, while in the 100% position, the maximum delivery rate is set. In each intermediate layer, a proportion of the maximum delivery rate corresponding to the percentage position displayed is promoted.
  • the control unit also includes control electronics 108, which respond to the position of the setting member 56, for software-based setpoint specification for the speed controller of the motor 50 and for the angular position of the swash plate 15 which defines the displacement volume of the hydraulic pump 6.
  • the actual speed control takes place in the control unit 54.
  • the control unit accesses this 54 the actual speed from a tachometer 100 and is connected to the inputs N + and N- of the motor M via the outputs 101 and 102.
  • N + means "give more gas", N- "take gas away”.
  • the control unit 54 is connected via the connection 103 to the electromagnets of the electrically operated proportional valve 20.
  • the valve current reaching the connections 103 is calculated in the control electronics 108 via the control software and set by pulse width modulation.
  • the control unit 54 also contains a connection 104 for a pressure sensor in the hydraulic circuit, which supplies additional pressure information P for the power control and the pressure limitation.
  • the control software is explained in more detail below on the basis of the flow diagram shown in FIGS. 2a, b.
  • the program comprises several branches, which are also referred to below as "routines".
  • the pump 6 can be switched on and off on the remote control via a switch, not shown.
  • the control unit recognizes the switched-on state of the pump via a signal at input 80. Via a further input 82, control unit 54 receives a signal about the operating state of the distributor mast.
  • the control software enters the area of the peak load routine 122, with which one further increase in the delivery rate at maximum displacement volume V of the pump 6 can be achieved by increasing the speed N of the motor k
  • the respective speed is thus calculated in the program area 124, forming the value N, and is measured with the measured actual value by controlling the motor inputs N + or N-. equalized.
  • the program parts 120 and 126 are linked on the output side to a test routine 128, in which, by evaluating the pressure signal P detected by the sensor 104, it is checked whether a predetermined power or pressure limit has been reached. If “yes”, the valve flow in the proportional valve 103 for setting the displacement volume V in the program part 130 is reduced, if "no", the currently set displacement volume V is maintained. From there, the program jumps back to program start 110. The next program part is started there.
  • the program defined by the flow diagram according to FIGS. 2a and b leads to the setpoint value curve of the motor speed N and the displacement volume V shown in the diagram according to FIG. 3 as a function of the setting of the delivery quantity F on the setting member 56.
  • the engine speed is kept constant at the base load value, while the displacement volume V is increased linearly with the adjusting value F of the adjusting member 56.
  • the invention relates to a thick matter pump with delivery rate control.
  • the thick matter pump has a drive motor which is preferably designed as an internal combustion engine 50, a hydraulic pump 6 which can be coupled to the drive motor and is preferably designed as a reversing pump and has a variable displacement volume V, and two hydraulic cylinders 5 which are connected to the hydraulic pump 6 and can be controlled in a push-pull manner and are each coupled to a feed cylinder 7, 7 'for the thick matter, 5 'on.
  • the drive motor 50 is assigned a controller for setting the speed N
  • the hydraulic pump 6 is assigned an actuator 18, 20 for setting the displacement volume V.
  • a control unit 54 is also provided for setting the engine speed N and the displacement volume V.
  • control unit 54 has an adjusting element 56 for adjusting the thick matter delivery quantity F of the conveying cylinders 7, 7 'and control electronics 108, which respond to the position of the adjusting element 56, for software-based setpoint specification for the speed controller and for the displacement volume actuator 20.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dickstoffpumpe mit Fördermengensteuerung. Die Dickstoffpumpe weist einen vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor (50), eine mit dem Antriebsmotor kuppelbare, vorzugsweise als Reversierpumpe ausgebildete Hydropumpe (6) mit variablem Verdrängungsvolumen (V), und zwei an die Hydropumpe (6) angeschlossene, über diese im Gegentakt ansteuerbare und mit je einem Förderzylinder (7, 7') für die Dickstoffe gekoppelte Hydrozylinder (5, 5') auf. Dem Antriebsmotor (50) ist ein Regler zur Einstellung der Drehzahl (N) zugeordnet, während der Hydropumpe (6) ein Stellglied (18, 20) zur Einstellung des Verdrängungsvolumens (V) zugeordnet ist. Weiter ist eine Steuereinheit (54) zur Einstellung der Motordrehzahl (N) und des Verdrängungsvolumens (V) vorgesehen. Erfindungsgemäss weist die Steuereinheit (54) ein Einstellorgan (56) zur Einstellung der Dickstoff-Fördermenge (F) der Förderzylinder (7, 7') sowie eine auf die Stellung des Einstellorgans (56) ansprechende Steuerelektronik (108) zur softwaregestützten Sollwertvorgabe für den Drehzahlregler und für das Verdrängungsvolumen-Stellglied (20) auf. Mit diesen Massnahmen wird erreicht, dass der Bedienungskomfort der Dickstoffpumpe verbessert und der Kraftstoffbedarf sowie die Schall- und Abgasemission im praktischen Einsatz reduziert werden.

Description

Dickstoffpumpe mit Fördermengensteuerung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Dickstoffpumpe mit einem vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor, mit mindestens einer mit dem Antriebsmotor kuppelbaren, vorzugsweise als Reversierpumpe ausgebildeten Hydropumpe mit variablem Verdrängungsvolumen, mit zwei an die Hydropumpe angeschlossenen und über diese im Gegentakt ansteuerbaren, mit je einem Förderzylinder gekoppelten Hydrozylindern, mit einem dem Antriebsmotor zugeordneten Drehzahlregler und einem der Hydropumpe zugeordneten Stellglied zur Einstellung des Verdrängungsvolumens und mit einer Steuereinheit zur Verstellung der Motordrehzahl und des Verdrängungsvolumens der Hydropumpe.
Weiter ist es bei Dickstoff pumpen dieser Art bekannt, dass die Förderzylinder abwechselnd über eine Rohrweiche an eine Förderleitung anschließbar sind, wobei die Förderleitung entlang einem über die Hydropumpe hydraulisch betätigbaren, vorzugsweise als Knickmast ausgebildeten Verteilermast geführt ist.
Bei fahrbaren Betonpumpen ist es bekannt (DE-A 196 35 200) beim Pumpbetrieb den vorhandenen Fahrzeugmotor und das Fahrzeuggetriebe für den Antrieb der Hydropumpe zu verwenden. Zu diesem Zweck ist üblicherweise ein Verteilergetriebe im Kardanwellenstrang des Fahrzeugs angeordnet, das wahlweise auf Fahrbetrieb und auf Pumpbetrieb geschaltet werden kann. Beim Pumpbetrieb kann die Fördermenge der Dickstoffpumpe durch Variation der Drehzahl des Antriebsmotors eingestellt werden. Weiter ist es bekannt (DE-A 195 42 258), für die Ansteuerung der Hydrozylinder der Dick- stoffpumpe eine Hydropumpe mit variablem Verdrängungsvolumen zu verwenden. Die Fördermenge kann dort bei gegebener Motordrehzahl zusätz- lich durch eine Verstellung des Verdrängungsvolumens der Hydropumpe eingestellt werden. Die bekannten Hydropumpen sind beispielsweise als A- xialkolbenpumpen mit Schrägscheiben ausgebildet, deren Verdrängungsvolumen durch Verstellen des Schwenkwinkels ihrer Schrägscheiben variiert werden kann. Die Verstellung des Schrägscheiben-Schwenkwinkels erfolgt beispielsweise über einen Stellzylinder, der seinerseits über ein Proportionalventil ansteuerbar ist. Dem Pumpenfahrer standen bisher somit wahlweise zwei unabhängig voneinander betätigbare Stellorgane zur Einstellung einer gewünschten Dickstoff-Fördermenge zur Verfügung. Um die Pumpar- beit schnellstmöglich durchführen zu können, wird in der Praxis häufig mit maximaler Motordrehzahl gefahren, wobei die Mengensteuerung allein durch Verstellung des Verdrängungsvolumens erfolgt. Dabei wird nicht beachtet, dass der spezifische Kraftstoffverbrauch des Antriebsmotors vor allem von der Motordrehzahl abhängig ist und dass bei hoher Drehzahl auch die Schallemission und die Abgasbelastung erhöht ist.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Dickstoffpumpe mit Fördermengeneinstellung der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, dass bei gegebener Förderleistung sowohl der Kraftstoffverbrauch als auch die Schall- und Abgasemission reduziert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Wei- terbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Steuereinheit ein vorzugsweise als Potentiometer ausgebildetes Einstellorgan zur Einstellung der Dickstoff-Fördermenge (F) sowie eine auf die Stel- lung des Einstellorgans ansprechende Steuerelektronik zur softwaregestütz- ten Sollwertvorgabe für den Drehzahlregler und für das Verdrängungsvolumen-Stellglied aufweist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steuerelekt- ronik oder deren Software eine Leerlaufroutine zur Einstellung einer definierten Leerlaufdrehzahl des Antriebsmotors bei abgekuppelter Hydropumpe aufweist. Die Leerlaufdrehzahl beträgt zweckmäßig 20 bis 50 % einer vorgegebenen Maximaldrehzahl.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steuerelektronik oder deren Software eine Grundlastroutine zur Einstellung einer definierten Grundlastdrehzahl des Antriebsmotors bei zugeschalteter Hydropumpe aufweist.
Die Grundlastroutine wird einmal dann aktiviert, wenn über das Einstellorgan ein Einstellwert größer Null (F > 0) vorgegeben und ein Pumpvorgang eingeleitet wird. Die Grundlastdrehzahl bleibt in diesem Fall zweckmäßig über einen vorgegebenen Verstellbereich des Einstellorgans konstant, wobei der Einstellwert (F) des Einstellorgans eine Sollwertvorgabe für das Verdrängungsvolumen-Stellglied der Hydropumpe bildet.
Vorteilhafterweise wird die Grundlastroutine auch bei Nullstellung des Einstellorgans (F = 0) aktiviert, wenn der Verteilermast zugeschaltet wird. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, dass beim Mastbetrieb auch ohne Pump- Vorgang eine ausreichende Bewegungsgeschwindigkeit des Verteilermasts erzielt wird, die mit der Leerlaufdrehzahl des Antriebsmotors nicht erreicht werden könnte.
Die Grundlastdrehzahl beträgt vorteilhafterweise 65 bis 80 % einer vorgege- benen Maximaldrehzahl. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Grundlastroutine in einem Verstellbereich unterhalb von 65 bis 80 % des Einstellorgans aktiviert ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steuerelektronik oder deren Software eine Spitzenlastroutine zur Einstellung eines definierten Verdrängungsvolumens an der Hydropumpe aufweist, wobei das Verdrängungsvolumen über einen vorgegebenen Verstellbereich des Einstellorgans konstant bleibt und der Einstellwert des Einstellorgans eine Sollwertvorgabe für den Drehzahlregler oberhalb der Grundlastdrehzahl bil- det. Die Spitzenlastroutine wird vorteilhafterweise in einem Verstellbereich oberhalb eines vorgegebenen Einstellwerts von 65 bis 80 % des Einstellorgans aktiviert.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass über die Spit- zenlastroutine bei maximalem Verdrängungsvolumen der Hydropumpe Drehzahlen zwischen der Grundlastdrehzahl und einer vorgegebenen Maximaldrehzahl nach Maßgabe der am Einstellorgan eingestellten Fördermenge einstellbar sind. Die Maximaldrehzahl wird zweckmäßig mehr als 1.700 U/min betragen.
Um eine Überlastung des Systems zu vermeiden, wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass auf der Druckseite der Hydropumpe eine Sensor zur Erfassung des Hydraulikdrucks und/oder der Pumpleistung angeordnet ist und dass die Steuereinheit oder deren Software eine auf einen vorgegebenen Druck- oder Leistungswert ansprechende Begrenzungsroutine zur Reduzierung des Verdrängungsvolumens aufweist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1a einen Hydraulik-Schaltplan einer Zweizylinder-Dickstoff- pumpe;
Fig. 1b ein Schema einer Steuereinheit zur Fördermengeneinstel- lung in der Dickstoffpumpe nach Fig. 1a;
Fig. 2a und b ein Flussdiagramm einer Steuersoftware für die Fördermengeneinstellung;
Fig. 3 ein Diagramm, das die Motordrehzahl und das relative Verdrängungsvolumen der Hydropumpe in Abhängigkeit von der Einstellung des Einstellorgans für die Dickstofffördermenge zeigt.
Die in Fig. 1 gezeigte Hydraulikschaltung ist für eine Dickstoffpumpe bestimmt, die zwei Förderzylinder 1 , 1' aufweist, deren stirnseitige Öffnungen 2, 2' in einen nicht dargestellten Materialaufgabebehälter münden und abwechselnd während des Druckhubs über eine Rohrweiche 3 mit einer Förderleitung 4 verbindbar sind. Bei einer als Betonpumpe ausgebildeten Dickstoff- pumpe ist die Förderleitung über einen nicht dargestellten, vorzugsweise als Knickmast ausgebildeten hydraulisch betätigbaren Betonverteilermast geführt. Die Förderzylinder 1 , 1' werden über die Hydrozylinder 5, 5' und die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Schrägscheiben-Axialkolbenpumpe ausgebildete reversierbare Hydropumpe 6 im Gegentakt angetrieben. Zu diesem Zweck sind die Förderkolben 7, 7' mit den Antriebskolben 8, 8' der Hydrozylinder 5, 5' über eine gemeinsame Kolbenstange 9, 9' verbunden. Zwischen den Förderzylindern 1 , 1' und den Hydrozylindern 5, 5' befindet sich ein Wasserkasten 10, durch den die Kolbenstangen 9, 9' hindurchgreifen. Die Antriebszylinder 5, 5' werden bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel bodenseitig über die Hydraulikleitungen 11 , 11' des Hauptkreislaufs mit Hilfe der Hydropumpe 6 mit Drucköl beaufschlagt und sind an ihrem stangenseiti- gen Ende über eine Schaukelölleitung 12 hydraulisch miteinander verbun- den. Zum Zwecke der Hubkorrektur ist an den beiden Enden des Hydrozy- linders 5' je eine den betreffenden Antriebskolben 8' in dessen Endstellung überbrückende, ein Rückschlagventil 13 enthaltende Druckausgleichsleitung 14 angeordnet.
Die Bewegungsrichtung der Antriebskolben 8, 8' und damit der Förderkolben 7, 7' wird dadurch umgekehrt, dass die Schrägscheiben 15, 15' der Reversierpumpe 6 ausgelöst durch ein Umsteuersignal durch ihre Nulllage hindurchschwenken und damit die Förderrichtung des Drucköls in den Hydraulikleitungen 11 , 11' des Hauptkreislaufes wechseln. Die Betätigung des die Förderrichtung der Reversierpumpe 6 bestimmenden Hauptsteuerventils 20 erfolgt über die elektrisch abgegriffenen Endlagensignale x und xx des Antriebszylinders 5. Das Verdrängungsvolumen V der Reversierpumpe 6 und damit deren Hydraulik-Fördermenge wird durch den Schwenkwinkel ihrer Schrägscheibe 15, 15' und durch die Drehzahl N des vorzugsweise als Die- selmotor ausgebildeten Antriebsmotors 50 bestimmt. Der Schrägscheibenwinkel ist proportional zu einem Steuerdruck verstellbar, der über die Leitungen 17 und 17' und das im betreffenden Leitungsweg befindliche Proportionalventil 20 den Stellzylinder 18 betätigt. Das Hochdruckniveau kann nach Maßgabe der Schaltzustände der Dickstoffpumpe über das Absperrventil 95 und die beiden Druckbegrenzungsventile 70, 70' umgestellt werden, während zur Einstellung des Niederdruckniveaus ein Druckregler 71 vorgesehen ist. Die Steuereingänge der Hydrozylinder sind über das Wechselventil 72 bzw. ein als Spülventil ausgebildetes Wegeventil 73 mit der jeweils Hochdruck bzw. Niederdruck führenden Leitung 11 , 11' des Hauptkreislaufs ver- bindbar. Die Hilfspumpe 25 lädt den geschlossenen Hauptkreislauf über die Rückschlagventile 75, 75' auf und ist durch das Druckbegrenzungsventil 74 abgesichert.
Die Umschaltung der Rohrweiche 3 erfolgt über die vorzugsweise als Plun- gerzylinder ausgebildeten Hydrozylinder 21 , 21', die über die von den Hydraulikleitungen 11 , 11' des Hauptkreislaufes abgezweigten Steuerleitungen 22, 22' und das Umsteuerventil 30 direkt mit dem von der Reversierpumpe 6 geförderten Drucköl beaufschlagt werden.
Zur Einstellung der Fördermenge der Dickstoffpumpe stehen grundsätzlich zwei Parameter zur Verfügung: Die Drehzahl N der mit der Hydropumpe 6 gekuppelten Abtriebswelle 52 des Antriebsmotors 50 und das durch die Winkelstellung der Schrägscheibe 15 der Hydropumpe 6 definierte Verdrän- gungsvolumen V. Die Einstellung dieser Parameter erfolgt über eine Steuereinheit 54, die in einer vom Pumpenfahrer zu bedienenden Funkfernsteuerung integriert ist. Zur Verstellung der Fördermenge F steht dem Pumpenfahrer ein als Potentiometer ausgebildetes Einstellorgan 56 zur Verfügung, das er von Hand zwischen den Stellungen 0 und 100 % versteilen kann. Bei der Stellung 0 wird kein Beton gefördert, während bei der Stellung 100 % die maximale Fördermenge eingestellt ist. In jeder Zwischenlage wird ein der angezeigten Prozentstellung entsprechender Anteil der Maximalfördermenge gefördert. Die Steuereinheit umfasst ferner eine auf die Stellung des Einstellorgans 56 ansprechende Steuerelektronik 108 zur softwaregestützten Sollwertvorgabe für den Drehzahlregler des Motors 50 und für die das Verdrängungsvolumen der Hydropumpe 6 definierende Winkelstellung der Schrägscheibe 15. Die eigentliche Drehzahlregelung erfolgt in der Steuereinheit 54. Dazu greift die Steuereinheit 54 über einen Drehzahlmesser 100 die Ist-Drehzahl ab und ist über die Ausgänge 101 und 102 mit den Eingän- gen N+ und N- des Motors M verbunden. Dabei bedeuten N+ "mehr Gas geben", N- "Gas wegnehmen". Bei dem Stellglied 20 für die Verstellung des Verdrängungsvolumens der Hydropumpe 6 handelt es sich um ein Proportionalventil, über dessen verschiedene Wegstellungen zugleich die taktweise Umsteuerung der Hydropumpe zwischen den beiden Antriebszylindern 5, 5' erfolgt. Zur Einstellung des Verdrängungsvolumens V ist die Steuereinheit 54 über den Anschluss 103 an die Elektromagneten des elektrisch betätigten Proportionalventils 20 angeschlossen. Der zu den Anschlüssen 103 gelangende Ventilstrom wird in der Steuerelektronik 108 über die Steuerungssoftware berechnet und durch Pulsweiten-Modulation eingestellt. Die Steuereinheit 54 enthält außerdem noch einen Anschluss 104 für einen Druckfühler im Hydraulikkreis, der eine zusätzliche Druckinformation P für die Leistungsregelung und die Druckbegrenzung liefert.
Die Steuerungssoftware wird im Folgenden anhand des in Fig. 2a, b gezeigten Flussdiagramms näher erläutert. Das Programm umfasst mehrere Zwei- ge, die nachfolgend auch als "Routinen" bezeichnet werden. Die Pumpe 6 kann an der Fernbedienung über einen nicht dargestellten Schalter ein- und ausgeschaltet werden. Den Einschaltzustand der Pumpe erkennt die Steuereinheit über ein Signal am Eingang 80. Über einen weiteren Eingang 82 erhält die Steuereinheit 54 ein Signal über den Betriebszustand des Vertei- lermasts.
Bei abgeschalteter Pumpe, abgeschaltetem Mastbetrieb und dem Einstellwert F = 0 am Einstellorgan 56 führt die Softwareabfrage 110 über den Ausgangspfad "nein" zur Leerlaufroutine 112, durch welche eine definierte Leer- laufdrehzahl des Antriebsmotors von N = 850 U/min eingestellt wird. Die Verstellung der Drehzahl erfolgt durch den Steuerparameter N- am Anschluss 102 (Fig. 1). Die Leerlaufdrehzahl sorgt dafür, dass der Motor die Leerlaufreibung überwinden kann, ohne abgewürgt zu werden.
Beim Einschalten der Pumpe 6 (Eingang 80) oder beim Mastbetrieb (Eingang 82) oder beim Betätigen des Einstellorgans 56 gelangt die Steuerungs- software 108 über den "Ja"-Pfad der Abfrage 110 zur Grundlastroutine 118', in der die Drehzahl des Motors durch Gasgeben (N+) bis zur Grundlastdrehzahl N = 1300 U/min hochgefahren wird. Diese Drehzahl wurde beispielhaft für einen bestimmten Motortyp nach Maßgabe eines minimalen Kraftstoff- Verbrauchs bei für den störungsfreien Pumpbetrieb ausreichendem Drehmoment ausgewählt. Nach Erreichen der Grundlastdrehzahl wird in der Softwareweiche 115 geprüft, ob Mastbetrieb ohne Pumpvorgang vorliegt. Ist dies der Fall ("ja" bei 115), so ist die Abfrage beendet und das Programm springt zum Programmanfang 110 zurück.
Bei eingeschalteter Pumpe ("nein" bei 115) gelangt die Steuerungssoftware in den Zweig 114, der dafür sorgt, dass zunächst der am Einstellorgan 56 eingestellte Sollwert F eingelesen und in der Softwareweiche 116 mit einem vorgegebenen Eckwert EOC verglichen wird. Sofern der Einstellwert F un- terhalb des Eckwerts EOC liegt ("ja"), wird der zweite Zweig der Grundlastroutine 118" durchlaufen, in der die Grundlastdrehzahl N = 1.300 U/min hier durch Zurücknehmen von Gas (N-) eingeregelt wird. Sodann wird der Ventilstrom für die Anschlüsse 103 des Proportionalventils 20 nach Maßgabe der am Einstellorgan 56 eingestellten Fördermenge F im Programmteil 120 be- rechnet und ausgegeben. Der eingestellte Ventilstrom bestimmt das Verdrängungsvolumen V der Pumpe 6. Der Ventilstrom kann so lange erhöht werden, bis an der Hydropumpe 6 der größte Schwenkwinkel eingestellt ist, bei dem die Pumpe 6 mit maximalem Verdrängungsvolumen arbeitet (V = 100 %). Sobald der Einstellwert F des Einstellorgans 56 den EOC- Eckwert überschreitet, gelangt die Steuersoftware in den Bereich der Spitzenlastroutine 122, mit der eine weitere Erhöhung der Fördermenge bei maximalem Verdrängungsvolumen V der Pumpe 6 durch Erhöhen der Drehzahl N des Motors erzielt werden kann. Die jeweilige Drehzahl wird in dem Programmbereich 124 unter Bildung des Werts Nso„ berechnet und mit dem ge- messenen Istwert durch Ansteuerung der Motoreingänge N+ bzw. N- abge- glichen. Gleichzeitig wird über den Programmteil 126 das maximale Verdrängungsvolumen (V = 100 %) aufrechterhalten.
Die Prόgrammteile 120 und 126 sind ausgangsseitig verknüpft mit einer Prüf- routine 128, in der unter Auswertung des mit dem Sensor 104 erfassten Drucksignals P geprüft wird, ob eine vorgegebene Leistungs- oder Druckgrenze erreicht ist. Wenn "ja", wird der Ventilstrom im Proportionalventil 103 zur Einstellung des Verdrängungsvolumens V im Programmteil 130 reduziert, wenn "nein", bleibt das augenblicklich eingestellte Verdrängungsvolu- men V aufrechterhalten. Von da aus erfolgt ein Rücksprung zum Programmstart 110. Dort wird der nächste Programmteil in Gang gesetzt.
Das durch das Flussdiagramm nach Fig. 2a und b definierte Programm führt zu dem im Diagramm gemäß Fig. 3 gezeigten Sollwertverlauf der Motor- drehzahl N und des Verdrängungsvolumens V in Abhängigkeit von der Einstellung der Fördermenge F am Einstellorgan 56. Der Pumpenmotor startet bei Einstellung der Fördermenge F = 0 bei der Leerlaufdrehzahl von 850 U/min und wird bei eingeschalteter Pumpe auf die Grundlastdrehzahl von 1300 U/min eingeregelt (Kurve N mit quadratischen Messpunkten). Beim Verstellen des Einstellorgans 56 wird die Motordrehzahl beim Grundlastwert konstant gehalten, während das Verdrängungsvolumen V linear mit dem Einstellwert F des Einstellorgans 56 vergrößert wird. Bei Erreichen des EOC- Eckpunkts (F = 74 %) ist das Verdrängungsvolumen der Pumpe auf V = 100 % eingestellt. Von da an wird eine Vergrößerung der Fördermenge aus- schließlich durch Vergrößerung der Motordrehzahl N erzielt, bis die maximale Fördermenge (F = 100 %) bei einer Drehzahl von ca. 1750 U/min erreicht ist.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf eine Dickstoffpumpe mit Fördermengensteuerung. Die Dickstoffpumpe weist einen vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor 50, eine mit dem Antriebsmotor kuppelbare, vorzugsweise als Reversierpumpe ausgebildete Hydropumpe 6 mit variablem Verdrängungsvolumen V, und zwei an die Hydropumpe 6 angeschlossene, über diese im Gegentakt ansteuerbare und mit je einem Förderzylinder 7, 7' für die Dickstoffe gekop- pelte Hydrozylinder 5, 5' auf. Dem Antriebsmotor 50 ist ein Regler zur Einstellung der Drehzahl N zugeordnet, während der Hydropumpe 6 ein Stellglied 18, 20 zur Einstellung des Verdrängungsvolumens V zugeordnet ist. Weiter ist eine Steuereinheit 54 zur Einstellung der Motordrehzahl N und des Verdrängungsvolumens V vorgesehen. Erfindungsgemäß weist die Steuer- einheit 54 ein Einstellorgan 56 zur Einstellung der Dickstoff-Fördermenge F der Förderzylinder 7, 7' sowie eine auf die Stellung des Einstellorgans 56 ansprechende Steuerelektronik 108 zur softwaregestützten Sollwertvorgabe für den Drehzahlregler und für das Verdrängungsvolumen-Stellglied 20 auf. Mit diesen Maßnahmen wird erreicht, dass der Bedienungskomfort der Dick- stoffpumpe verbessert und der Kraftstoffbedarf sowie die Schall- und Abgasemission im praktischen Einsatz reduziert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Dickstoffpumpe mit einem vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor (50), mit mindestens einer mit dem Antriebs- motor (50) kuppelbaren, vorzugsweise als Reversierpumpe ausgebildeten Hydropumpe (6) mit variablem Verdrängungsvolumen (V), mit zwei an die Hydropumpe (6) angeschlossenen, über diese im Gegentakt ansteuerbaren, mit je einem Förderzylinder (7, 7') für die Dickstoffe gekoppelten Hydrozylindern (5, 5'), mit einem dem Antriebsmotor (50) zu- geordneten Drehzahlregler und mit einem der Hydropumpe (6) zugeordneten Stellglied (18, 20) zur Einstellung des Verdrängungsvolumens und mit einer Steuereinheit zur Einstellung der Motordrehzahl (N) und des Verdrängungsvolumens (V) der Hydropumpe (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ein Einstellorgan (56) zur Ein- Stellung der Dickstoff-Fördermenge (F) der Förderzylinder (7, 7') sowie eine auf die Stellung des Einstellorgans (56) ansprechende Steuerelektronik (108) zur softwaregestützten Sollwertvorgabe (N, V) für den Drehzahlregler und für das Verdrängungsvolumen-Stellglied aufweist.
2. Dickstoffpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellorgan (56) als Potentiometer ausgebildet ist.
3. Dickstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (108) oder deren Software eine Leerlaufrouti- ne (112) zur Einstellung einer definierten Leerlaufdrehzahl des Antriebsmotors (50) bei abgekuppelter Hydropumpe (6) aufweist.
4. Dickstoffpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl 20 bis 50 % einer vorgegebenen Maximaldrehzahl be- trägt.
5. Dickstoffpumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl 700 bis 900 U/min beträgt.
6. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Steuerelektronik (108) oder deren Software eine
Grundlastroutine (118, 118") zur Einstellung einer definierten Grundlastdrehzahl des Antriebsmotors (50) bei zugeschalteter Hydropumpe (6) aufweist.
7. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die Förderzylinder (7, 7") abwechselnd über eine Rohrweiche (3) an eine Förderleitung (4) anschließbar sind, die entlang einem über eine Hydropumpe (6) hydraulisch betätigbaren, vorzugsweise als Knickmast ausgebildeten Verteilermast geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundlastroutine (118, 118") bei zugeschaltetem Verteilermast auch bei Nullstellung des Einstellorgans (56) (F = 0) und/oder bei abgeschaltetem Pumpbetrieb aktiviert ist.
8. Dickstoffpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundlastdrehzahl über einen vorgegebenen Verstellbereich
(F < EOC) des Einstellorgans (56) konstant bleibt und dass der Einstellwert (F) des Einstellorgans (56) eine Sollwertvorgabe für das Verdrängungsvolumen (V) der Hydropumpe (6) bildet.
9. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundlastdrehzahl 65 bis 80 % einer vorgegebenen Maximaldrehzahl beträgt.
10. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass als Grundlastdrehzahl ein konstanter Wert (N) zwischen
1200 und 1500 U/min auswählbar ist.
11. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundlastroutine (118) in einem Verstellbereich (F < EOC) unterhalb von 65 bis 80 % des Einstellorgans (56) aktiviert ist.
12. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (108) oder deren Software eine Spitzenlastroutine (122) zur Einstellung eines definierten Verdrän- gungsvolumens (V) an der Hydropumpe (6) aufweist, wobei über einen vorgegebenen Verstellbereich (F > EOC) des Einsteliorgans (56) das Verdrängungsvolumen (V) konstant bleibt und der Einstellwert (F) des Einstellorgans (56) eine Sollwertvorgabe (Nso„) für den Drehzahlregler oberhalb der Grundlastdrehzahl bildet.
13. Dickstoffpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzenlastroutine (122) in einem Verstellbereich oberhalb eines Einstellwerts (F > EOC) von 65 bis 80 % des Einstellorgans (56) aktiviert ist.
14. Dickstoffpumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass über die Spitzenlastroutine (122) bei maximalem Verdrängungsvolumen (V) der Hydropumpe (6) Drehzahlen zwischen der Grundlastdrehzahl und einer vorgegebenen Maximaldrehzahl nach Maßgabe der am Einstellorgan (56) eingestellten Fördermenge (F) einstellbar sind.
15. Dickstoffpumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Maximaldrehzahl mindestens 1.700 U/min beträgt.
16. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Druckseite der Hydropumpe ein Sensor (104) zur Erfassung des Hydraulikdruckes (P) und/oder der Pumpleistung angeordnet ist, und dass die Steuereinheit (56) oder deren Software (108) eine auf den gemessenen Druck- oder Leistungswert (P) ansprechende Begrenzungsroutine (128) zur Reduzierung des Verdrängungs- volumens (V) bei Übersteigen eines vorgegebenen Grenzwerts aufweist.
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