EP1436507B1 - Dickstoffpumpe mit fördermengensteuerung - Google Patents
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- EP1436507B1 EP1436507B1 EP02772362A EP02772362A EP1436507B1 EP 1436507 B1 EP1436507 B1 EP 1436507B1 EP 02772362 A EP02772362 A EP 02772362A EP 02772362 A EP02772362 A EP 02772362A EP 1436507 B1 EP1436507 B1 EP 1436507B1
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- Y10S417/90—Slurry pumps, e.g. concrete
Definitions
- the invention relates to a slurry pump with a preferably designed as an internal combustion engine drive motor, with at least one can be coupled to the drive motor, preferably designed as a reversible hydraulic pump with variable displacement, with two connected to the hydraulic pump and controlled via this in push-pull, coupled with a respective delivery cylinder hydraulic cylinders, with a speed controller associated with the drive motor and an actuator associated with 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 alternately connected to a delivery line via a diverter valve, wherein the delivery line is guided along a distribution boom that can be actuated hydraulically via the hydraulic pump, preferably as a articulated boom.
- DE-A 196 35 200 In mobile concrete pumps, it is known ( DE-A 196 35 200 ) to use the existing vehicle engine and the vehicle transmission for driving the hydraulic pump during pumping operation. For this purpose, usually a transfer case in the propeller shaft of the vehicle is arranged, which can be optionally switched to driving and pumping operation. When pumping the delivery of the sludge pump can be adjusted by varying the speed of the drive motor. It is further known ( DE-A 195 42 258 ), to use a hydraulic pump with variable displacement volume for the control of the hydraulic cylinder of the slurry pump. The delivery rate can be adjusted there additionally by adjusting the displacement of the hydraulic pump at a given engine speed.
- the known hydraulic pumps are for example as Axial piston pumps formed with swash plates, the displacement volume can be varied by adjusting the swivel angle of their swash plates.
- the adjustment of the swashplate pivot angle for example, via a control cylinder, which in turn is controlled via a proportional valve.
- the pump driver was thus optionally two independently operable actuators for setting a desired thick matter flow available.
- the volume control is done solely by adjusting the displacement volume. It is not considered that the specific fuel consumption of the drive motor is mainly dependent on the engine speed and that at high speed, the noise emission and the exhaust gas pollution is increased.
- an actuator associated with the hydraulic pump for adjusting the displacement volume and a control unit for adjusting the engine speed and the displacement volume of the hydraulic pump are known ( US-A-5967756 ), that the control unit has an adjusting member for adjusting the flow rate of the hydraulic pump and responsive to the position of the adjusting control electronics for software-based setpoint input for the speed controller and for the displacement volume actuator.
- the present invention seeks to improve the known slurry pump with flow adjustment of the type specified in that both the fuel consumption and the noise and exhaust emissions are reduced for a given flow rate.
- control unit has a preferably designed as a potentiometer adjustment for adjusting the thick matter delivery (F) and responsive to the position of the adjusting control electronics for software-based setpoint input for the speed controller and the displacement volume actuator.
- control electronics or their software on a base load routine for setting a defined base load speed of the drive motor with connected hydraulic pump, the base load speed over a predetermined adjustment of the setting and the setting of the setting forms a setpoint for the displacement volume of the hydraulic pump.
- control electronics or their software has an idling routine for setting a defined idle speed of the drive motor with uncoupled hydraulic pump.
- the idle speed is suitably 20 to 50% of a predetermined maximum speed.
- the base load speed is advantageously 65 to 80% of a predetermined maximum speed. It has proved to be particularly advantageous if the base load routine is activated in an adjustment range below 65 to 80% of the setting mechanism.
- a further preferred or alternative variant of the invention provides that the control electronics or their software has a peak load routine for setting a defined displacement volume on the hydraulic pump, the displacement volume remains constant over a predetermined adjustment of the adjusting and the set value of the setting a setpoint for the speed controller above the 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 member.
- a preferred embodiment of the invention provides that over the peak load routine at maximum displacement volume of the hydraulic pump speeds between the base load speed and a predetermined maximum speed in accordance with the adjusted set on the flow rate can be adjusted.
- the maximum speed will suitably be more than 1700 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 to a predetermined pressure or power value responsive limiting routine for reducing the displacement volume.
- Fig. 1 shown hydraulic circuit is intended for a slurry pump, the two feed cylinder 1,1 ', the frontal openings 2, 2' open into a material feed container, not shown, and alternately during the pressure stroke via a diverter 3 with a delivery line 4 are connectable.
- a sludge pump designed as a concrete pump
- the delivery line is guided via a not shown, preferably designed as a kink mast hydraulically actuated concrete distribution boom.
- the delivery cylinders 1, 1 ' are driven in a push-pull manner via the hydraulic cylinders 5, 5' and the reversible hydraulic pump 6 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 tank 10 Between the delivery cylinders 1, 1 'and the hydraulic cylinders 5, 5' is a water tank 10 through which the piston rods 9, 9 'reach through.
- the drive cylinders 5, 5 ' are in the embodiment shown on the bottom side via the hydraulic lines 11, 11' of the main circuit with the aid of the hydraulic pump 6 pressurized oil and are hydraulically connected to each other at its rod end via a swing oil line 12.
- a check valve 13 containing pressure equalization line 14 is arranged.
- the direction of movement of the drive piston 8, 8 'and thus the delivery piston 7, 7' is thereby reversed, that the swash plates 15, 15 'of the reversing pump 6 triggered by a Um tenusignal swing through its zero position and thus the conveying direction of the pressure oil in the hydraulic lines 11, 11th 'Change the main circuit.
- the actuation of the conveying direction of the reversing pump 6 determining the main control valve 20 via the electrically tapped Endlagensignale x and xx of the drive cylinder 5.
- the displacement volume V of the reversible pump 6 and thus the hydraulic flow rate is by the tilt angle of its swash plate 15, 15 'and by the speed N of the preferably designed as a diesel engine drive motor 50 determined.
- the swashplate angle is adjustable in proportion to a control pressure which actuates the setting 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 slurry pump via the shut-off valve 95 and the two pressure relief 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 control valve 73 designed as a flush valve to the respective high-pressure or low-pressure line 11, 11 'of the main circuit.
- the auxiliary pump 25 charges the closed main circuit via the check valves 75, 75 'and is protected by the pressure relief valve 74.
- To set the flow rate of the slurry pump are basically two parameters available: The speed N of the coupled with the hydraulic pump 6 output shaft 52 of the drive motor 50 and the defined by the angular position of the swash plate 15 of the hydraulic pump 6 displacement volume V. The setting of these parameters via a control unit 54, which is integrated in a radio remote control to be operated by the pump driver.
- To adjust the flow rate F is the pump driver trained as a potentiometer adjustment member 56 available that he can adjust by hand between the positions 0 and 100%. With the position 0 no concrete is conveyed, while with the position 100% the maximum flow rate is adjusted. In each intermediate position, a proportion of the maximum delivery amount corresponding to the indicated percentage position is promoted.
- the control unit further comprises an on the position of the adjuster 56 responsive control electronics 108 for software-based setpoint input for the speed controller of the motor 50 and for the displacement volume of the hydraulic pump 6 defining angular position of the swash plate 15.
- the actual speed control takes place in the control unit 54.
- the control unit 54 via a tachometer 100 from the actual speed and is connected via the outputs 101 and 102 to the inputs N + and N- of the motor M.
- N + means "give more gas”
- N- means "take gas off”.
- the actuator 20 for the adjustment of Displacement volume of the hydraulic pump 6 is a proportional valve, via whose various travel positions at the same time the cyclic reversal of the hydraulic pump between the two drive cylinders 5, 5 'takes place.
- control unit 54 is connected via the connection 103 to the electromagnets of the electrically actuated proportional valve 20.
- the reaching to the terminals 103 valve current is calculated in the control electronics 108 via the control software and adjusted by pulse width modulation.
- the control unit 54 also includes a port 104 for a pressure sensor in the hydraulic circuit, which provides additional pressure information P for power control and pressure limiting.
- the control software is described below on the basis of in Fig. 2a . b illustrated flowchart explained in more detail.
- the program includes several branches, also referred to as "routines" below.
- the pump 6 can be switched on and off on the remote control via a switch, not shown.
- the control unit recognizes the switch-on state of the pump via a signal at the input 80. Via a further input 82, the control unit 54 receives a signal about the operating state of the distributor boom.
- the adjustment of the rotational speed is effected by the control parameter N- at connection 102 (FIG. Fig. 1 ).
- the idle speed ensures that the engine can overcome the idling friction without stalling.
- the valve current can be increased until the largest at the hydraulic pump 6
- the control software enters the range of the peak load routine 122, with the further increase in the delivery rate can be achieved by increasing the rotational speed N of the motor at maximum displacement volume V of the pump 6 e respective speed is calculated in the program area 124 to form the value N soll and compared with the measured actual value by driving the motor inputs N + and N-.
- the program parts 120 and 126 are linked on the output side with a test routine 128, in which it is checked by evaluating the pressure signal P detected by the sensor 104 as to whether a predetermined power or pressure limit has been reached. If “yes”, the valve current in the proportional valve 103 for adjusting the displacement volume V in the program part 130 is reduced, if "no", the currently set displacement volume V is maintained. From there, a return to program start 110 takes place. There, the next program part is set in motion.
- the engine speed at the base load value is kept constant, while the displacement volume V is increased linearly with the set value F of the adjusting member 56.
- the invention relates to a sludge pump with flow control.
- the slurry pump has a preferably designed as an internal combustion engine drive motor 50, one can be coupled to the drive motor, preferably designed as a reversible hydraulic pump 6 with variable displacement volume V, and two connected to the hydraulic pump 6, via these push-pull controllable and each with a delivery cylinder 7, 7 'coupled for the thick materials hydraulic cylinder 5, 5' on.
- the drive motor 50 is associated with a controller for adjusting the speed N, while the hydraulic pump 6 is associated with an actuator 18, 20 for adjusting the displacement volume V.
- a control unit 54 for adjusting the engine speed N and the displacement volume V is provided.
- control unit 54 an adjusting member 56 for adjusting the thick matter delivery rate F of the delivery cylinder 7, 7 'and responsive to the position of the adjusting 56 control electronics 108 for software-based setpoint input for the speed controller and the displacement volume actuator 20.
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Description
- 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 Dickstoffpumpen 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 Dickstoffpumpe eine Hydropumpe mit variablem Verdrängungsvolumen zu verwenden. Die Fördermenge kann dort bei gegebener Motordrehzahl zusätzlich durch eine Verstellung des Verdrängungsvolumens der Hydropumpe eingestellt werden. Die bekannten Hydropumpen sind beispielsweise als Axialkolbenpumpen 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 Pumparbeit 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. - Weiter ist es bei einer verbrennungsmotorgetriebenen Hydropumpe mit variablem Verdrängungsvolumen, mit einem dem Antriebsmotor zugeordneten Drehzahlregler, mit einem der Hydropumpe zugeordneten Stellglied zur Einstellung des Verdrängungsvolumens und mit einer Steuereinheit zur Einstellung der Motordrehzahl und des Verdrängungsvolumens der Hydropumpe an sich bekannt (
US-A-5967756 ), dass die Steuereinheit ein Einstellorgan zur Einstellung der Fördermenge der Hydropumpe sowie eine auf die Stellung des Einstellorgans ansprechende Steuerelektronik zur softwaregestützten Sollwertvorgabe für den Drehzahlregler und für das Verdrängungsvolumen-Stellglied aufweist. - 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 werden die in den Patentansprüchen 1 und 8 angegebene Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Der erfindungsgemäßen Lösung liegt primär der Gedanke zugrunde, dass die Steuereinheit ein vorzugsweise als Potentiometer ausgebildetes Einstellorgan zur Einstellung der Dickstoff-Fördermenge (F) sowie eine auf die Stellung des Einstellorgans ansprechende Steuerelektronik zur softwaregestützten Sollwertvorgabe für den Drehzahlregler und für das Verdrängungsvolumen-Stellglied aufweist.
- Zusätzlich weist gemäß einer ersten Erfindungsvariante die Steuerelektronik oder deren Software eine Grundlastroutine zur Einstellung einer definierten Grundlastdrehzahl des Antriebsmotors bei zugeschalteter Hydropumpe auf, wobei die Grundlastdrehzahl über einen vorgegebenen Verstellbereich des Einstellorgans und der Einstellwert des Einstellorgans eine Sollwertvorgabe für das Verdrängungsvolumen der Hydropumpe bildet.
- Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Steuerelektronik 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.
- 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 Pumpvorgang 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 vorgegebenen 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 oder alternative Erfindungsvariante 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 bildet. 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 Spitzenlastroutine 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-Dickstoffpumpe;
- Fig. 1b
- ein Schema einer Steuereinheit zur Fördermengeneinstellung 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 Dickstoffpumpe 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 stangenseitigen Ende über eine Schaukelölleitung 12 hydraulisch miteinander verbunden. Zum Zwecke der Hubkorrektur ist an den beiden Enden des Hydrozylinders 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 Dieselmotor 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 verbindbar.
- 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 Plungerzylinder 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 Verdrängungsvolumen V. Die Einstellung dieser Parameter erfolgt über eine Steuereinheit 54, die in einer vom Pumpenfahrer zu bedienenden Funkfemsteuerung 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 % verstellen 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 Eingängen 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 Zweige, 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 Verteilermasts. - 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 Leerlaufdrehzahl 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 Steuerungssoftware 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 Kraftstoffverbrauchs 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 unterhalb 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 berechnet 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 Nsoll berechnet und mit dem gemessenen Istwert durch Ansteuerung der Motoreingänge N+ bzw. N- abgeglichen. Gleichzeitig wird über den Programmteil 126 das maximale Verdrängungsvolumen (V = 100 %) aufrechterhalten.
- Die Programmteile 120 und 126 sind ausgangsseitig verknüpft mit einer Prüfroutine 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 Verdrängungsvolumen 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 undb definierte Programm führt zu dem im Diagramm gemäßFig. 3 gezeigten Sollwertverlauf der Motordrehzahl 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 ausschließlich 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 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.
Claims (15)
- Dickstoffpumpe mit einem vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor (50), mit mindestens einer mit dem Antriebsmotor (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) zugeordneten 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 Einstellung 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 und das die Steuerelektronik (108) oder deren Software eine Grundlastroutine (118, 118") zur Einstellung einer definierten Grundlastdrehzahl des Antriebsmotors (50) bei zugeschalteter Hydropumpe (6) aufweist, wobei die Grundlastdrehzahl über einen vorgegebenen Verstellbereich (F ≤ EOC) des Einstellorgans (56) konstant bleibt und der Einstellwert (F) des Einstellorgans (56) eine Sollwertvorgabe für das Verdrängungsvolumen (V) der Hydropumpe (6) bildet.
- Dickstoffpumpe nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellorgan (56) als Potentiometer ausgebildet ist.
- Dickstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 2, 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.
- Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundlastdrehzahl 65 bis 80 % einer vorgegebenen Maximaldrehzahl beträgt.
- Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundlastdrehzahl ein konstanter Wert (N) zwischen 1200 und 1500 U/min auswählbar ist
- Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundlastroutine (118) in einem Verstellbereich (F ≤ EOC) unterhalb von 65 bis 80 % des Einstellorgans (56) aktiviert ist.
- Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (108) oder deren Software eine Spitzenlastroutine (122) zur Einstellung eines definierten Verdrängungsvolumens (V) an der Hydropumpe (6) aufweist, wobei über einen vorgegebenen Verstellbereich (F > EOC) des Einstellorgans (56) das Verdrängungsvolumen (V) konstant bleibt und der Einstellwert (F) des Einstellorgans (56) eine Sollwertvorgabe (Nsoll) für den Drehzahlregler oberhalb der Grundlastdrehzahl bildet.
- Dickstoffpumpe mit einem vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor (50), mit mindestens einer mit dem Antriebsmotor (50) kuppelbaren, vorzugsweise als Reversierpumpe ausgebildeten Hydropumpe (6) mit variablem Verdrängungsvolume (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) zugeordneten 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 Einstellung 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 und die Steuerelektronik (108) oder deren Software eine Spitzenlastroutine (122) zur Einstellung eines definierten Verdrängungsvolumens (V) an der Hydropumpe (6) aufweist, wobei über einen vorgegebenen Verstellbereich (F > EOC) des Einstellorgans (56) das Verdrängungsvolumen (V) konstant bleibt und der Einstellwert (F) des Einstellorgans (56) eine Sollwertvorgabe (Nsoll) für den Drehzahlregler oberhalb einer Grundlastdrehzahl bildet
- Dickstoffpumpe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzenlastroutine (122) in einem Verstellbereich oberhalb eines Einstellwerts (F > EOC) von 65 bis 80 % des Einstellorgans (56) aktiviert ist.
- Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, 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.
- Dickstoffpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Maximaldrehzahl mindestens 1.700 U/min beträgt.
- Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 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 Verdrängungsvolumens (V) bei Übersteigen eines vorgegebenen Grenzwerts aufweist.
- Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (108) oder deren Software eine Leerlaufroutine (112) zur Einstellung einer definierten Leerlaufdrehzahl des Antriebsmotors (50) bei abgekuppelter Hydropumpe (6) aufweist.
- Dickstoffpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl 20 bis 50 % einer vorgegebenen Maximaldrehzahl beträgt.
- Dickstoffpumpe nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl 700 bis 900 U/min beträgt.
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