EP2610490A2 - Hydraulikantrieb für einen Druckübersetzer - Google Patents

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EP2610490A2 EP12455007.0A EP12455007A EP2610490A2 EP 2610490 A2 EP2610490 A2 EP 2610490A2 EP 12455007 A EP12455007 A EP 12455007A EP 2610490 A2 EP2610490 A2 EP 2610490A2
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drive
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Definitions

  • the invention relates to a hydraulic drive with a volume and / or pressure control for a pressure booster of a high-pressure device, consisting essentially of a motor drive with a pump for a pressure medium and a controller.
  • Modern high-pressure devices work with pressures of up to 10,000 bar and above and impose extremely high mechanical requirements on the materials of the device component, many of which are within the limits of high-strength alloys with regard to mechanical tensile and alternating strength.
  • relief valves are provided throughout for sudden interruptions of the flow of the fluid in the high-pressure line, a pressure increase up to the response of the valve can cause material damage.
  • the desired pressures in the high pressure part are created by means of pressure booster, which operate on the principle of hydraulic pressure booster, as in principle the Fig. 1 can be seen.
  • a drive of a pressure booster is usually via a hydraulic part with a volume and / or pressure control of a hydraulic fluid, which part is formed essentially of a motor drive and a pump part.
  • Essential for the hydraulic part of a high-pressure device is an efficient long-term delivery thereof, an immediate controllability during shutdowns or blockages with the avoidance of overpressure peaks and a low pulsation in the high pressure part of the device.
  • hydraulic pumps for a pressure booster are usually selected as having piston pumps which have a high power density for high pressures with good volumetric efficiency and good hydraulic-mechanical efficiency with the most accurate adjustability of the stroke volume.
  • These pumps are expertly consistently made of several parallel units piston pumps, which are used as axial piston machines in Schrägachsenaus Entry or can be designed as radial piston pumps and have special advantages.
  • a generic drive for a pressure booster of a high-pressure device in that as a hydraulic drive essentially a constant flow pump, or a pump which per revolution promotes a constant volume, driven by a servo motor is used, which servo motor is electrically controllable, controllable and / or switchable by means of low-pressure side means and / or high-pressure side means.
  • Advantages of the hydraulic drive according to the invention for a pressure booster are available in multiple ways.
  • One advantage is the fact that substantially no pulsation during introduction of a high-pressure medium into a filler or during water jet cutting no chipping of brittle materials when shooting occurs.
  • a change in the volume of high pressure fluid does not require immediate equipment adaptation.
  • a soft start of the high pressure system takes place in a favorable manner with very low energy consumption.
  • an internal gear pump is used as a constant-flow pump.
  • Internal gear pumps have due to an adapted tooth shape favorable meshing conditions and thus low volumetric flow pulsation at high operating pressures of about 300 bar with good efficiency. Such pumps are also characterized by low sound pressure level.
  • a servo drive may include a DC motor, an asynchronous motor or a synchronous motor, ie any type of electric motor.
  • the distinction lies solely in the control of the motor, which is effected by a closed loop, which according to the invention signals can be supplied by low-pressure side means of the pressure booster and / or high-pressure side means of the high pressure device.
  • the servomotor is designed as a frequency-controlled drive motor.
  • FIG. 1 schematically a high-pressure device with the output side of a delivery line 3, a pulsation damper 31 and a pressure relief valve 32nd
  • a pressure booster 2 is supplied with high pressure fluid via Vorschalt Nuren 21, such as low pressure filter, pre-pressure pump, shut-off valve.
  • two plungers having pressure intensifier 2 can be moved by a hydraulic unit 1 with a pump 11 and a motor 12 via a switching block 4 by a pressure medium 10 .
  • a feed of a pressure booster is carried out according to the prior art usually by means of bent-axis variable displacement with hydraulic-mechanical flow regulator with parallel-acting cylinders whose flow rates add up.
  • a high-pressure device such as a water-jet cutting system, usually has long-lasting work phases, so that a person skilled in a drive of a pressure booster on a servo motor and a pump with constant flow rate promotion far from a conventional technically advantageous solution had to appear.
  • this is an extremely low pulsation of a high-pressure water steel, which causes no breakage in brittle materials even when shooting a breakthrough, which can be achieved in particular by using an internal gear pump 11 for a hydraulic drive 1 of a pressure booster 2 .
  • a use of a hydraulic drive 1 according to the invention causes a low pulsation and in particular low pressure fluctuations in a stop / go operation of a system, which further increases the life of the high pressure components.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hydraulikantrieb (1) mit einer Mengen- und/oder Druck-Regelung für einen Druckübersetzer einer Hochdruckeinrichtung, bestehend im Wesentlichen aus einem Motorantrieb mit einer Pumpe für ein Druckmittel (10) sowie einer Steuerung.
Um die Arbeitsweise der Hochdruckeinrichtung zu verbessern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass als Hydraulikantrieb (1) im Wesentlichen eine Konstant-Förderstrom-Pumpe (11), bzw. eine Pumpe (11), welche je Umdrehung ein konstantes Volumen fördert, angetrieben von einem Servomotor (12), verwendet wird, welcher Servomotor (12) niederdruckseitige Mittel (13) und/oder durch hochdruckseitige Mittel (14) elektrisch (15) steuerbar, regelbar und/oder schaltbar ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Hydraulikantrieb mit einer Mengen- und/oder Druckregelung für einen Druckübersetzer einer Hochdruckeinrichtung, bestehend im Wesentlichen aus einem Motorantrieb mit einer Pumpe für ein Druckmittel sowie einer Steuerung.
  • Moderne Hochdruckeinrichtungen arbeiten mit Drücken bis zu 10.000 bar und darüber und stellen an die Werkstoffe der Einrichtungskomponente äußerst hohe mechanische Anforderungen, die vielfach im Grenzbereich der hochfesten Legierungen hinsichtlich mechanischer Zug- und Wechselfestigkeit liegen. Für plötzliche Unterbrechungen der Strömung des Fluids in der Hochdruckleitung sind zwar durchwegs Entlastungsventile in dieser vorgesehen, jedoch kann eine Drucksteigerung bis zum Ansprechen des Ventils Materialschädigungen bewirken.
  • Die gewünschten Drücke im Hochdruckteil werden mittels Druckübersetzers erstellt, welche nach dem Prinzip von hydraulischen Druckübersetzern arbeiten, wie prinzipiell der Fig. 1 zu entnehmen ist.
  • Ein Antrieb eines Druckübersetzers erfolgt zumeist über ein Hydraulikteil mit einer Mengen- und/oder Druckregelung eines Hydraulikfluids, welches Teil im Wesentlichen aus einem Motorantrieb und einem Pumpenteil gebildet ist.
  • Wesentlich für das Hydraulikteil einer Hochdruckeinrichtung ist eine effiziente Langzeitförderung derselben, eine unmittelbare Regelbarkeit bei Abschaltungen oder Blockierungen mit einer Vermeidung von Überdruckspitzen sowie eine geringe Pulsation im Hochdruckteil der Einrichtung.
  • Dem Stand der Technik gemäß werden als Hydraulikantrieb für einen Druckübersetzer meist Kolbenpumpen gewählt, welche für hohe Drücke bei gutem volumetrischen Wirkungsgrad und gutem hydraulisch-mechanischen Wirkungsgrad bei genauester Verstellbarkeit des Hubvolumens eine hohe Leistungsdichte aufweisen. Diese Pumpen sind fachmännisch durchwegs aus mehreren parallelen Einheiten gebildete Kolbenpumpen, die als Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenausführung oder als Radialkolbenpumpen ausgeführt sein können und besondere Vorteile aufweisen.
  • Zum Einen sind dies selbst einstellende Spalte bei hydrostatisch/hydrodynamischen Belastungen von Axialkolbenmaschinen, zum Anderen besteht die Möglichkeit einer unmittelbaren Mengenregelung des Fluids durch Axwinkelverstellung Antrieb/Pumpensystem.
  • Den Anforderungen an den technischen Fortschritt am Sektor Hochdruckeinrichtungen entsprechend, und zwar die Sicherheit der Anlagenregelung, die Minimierung der Druckstöße und somit die Minimierung der Werkstoffüberlastungen von Komponenten im Hochdruckteil, die Erhöhung der Lebensdauer der Einrichtung, die Steigerung der Energieeffizienz, die Verminderung des Stromverbrauches bei stillstehenden Druckübersetzern sowie die verbesserte Arbeitsweise der Hochdruckeinrichtung, ist es Aufgabe der Erfindung, eine Hydraulikeinheit für einen Hochdruckübersetzer der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Verwendung die Nachteile im Stand der Technik überwindet.
  • Diese Aufgabe wird mit einem gattungsgemäßen Antrieb für einen Druckübersetzer einer Hochdruckeinrichtung dadurch gelöst, dass als Hydraulikantrieb im Wesentlichen eine Konstant-Förderstrom-Pumpe, bzw. eine Pumpe, welche je Umdrehung ein konstantes Volumen fördert, angetrieben von einem Servomotor, verwendet wird, welcher Servomotor durch niederdruckseitige Mittel und/oder durch hochdruckseitige Mittel elektrisch steuerbar,regelbar und/oder schaltbar ist.
  • Vorteile des erfindungsgemäßen Hydraulikantriebes für einen Druckübersetzer liegen in mehrfacher Weise vor. Ein Vorteil ist darin zu sehen, dass im Wesentlichen keine Pulsation beim Einbringen eines Hochdruckmediums in einen Füllstoff oder beim Wasserstrahlschneiden kein Abplatzen von spröden Materialien beim Anschießen entsteht.
  • Druckschwankungen beim Ein- und Ausschalten des Schneidventiles werden durch eine Verwendung des neuen Hydraulikantriebes gering gehalten, wodurch eine Überlastung der Komponenten weitgehend vermieden wird.
  • Eine Mengenänderung bei der Entnahme von Hochdruckfluid erfordert keine unmittelbare Anlagenadaptierung.
  • Ein Sanftanlauf der Hochdruckanlage erfolgt in günstiger Weise unter besonders geringen Energieaufwendungen.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung wird als Konstant-Förderstrom-Pumpe eine Innenzahnradpumpe verwendet. Innenzahnradpumpen haben aufgrund einer angepassten Zahnform günstige Zahneingriffsverhältnisse und dadurch geringe Volumenstrompulsation bei hohen Betriebsdrücken von etwa 300 bar bei gutem Wirkungsgrad. Derartige Pumpen zeichnen sich auch durch niedrige Schalldruckpegel aus.
  • Ein Servoantrieb kann einen Gleichstrommotor, einen Asynchronmotor oder einen Synchronmotor, also jede Art von Elektromotor, enthalten. Die Unterscheidung liegt allein in der Ansteuerung des Motors, welche durch einen geschlossenen Regelkreis erfolgt, welchem erfindungsgemäß Signale durch niederdruckseitige Mittel des Druckübersetzers und/oder durch hochdruckseitige Mittel der Hochdruckeinrichtung zuführbar sind.
  • Anlagentechnisch und verfahrenstechnisch, aber auch hinsichtlich einer Minimierung des Energieverbrauches ist es von Vorteil, wenn der Servomotor als frequenzgeregelter Antriebsmotor ausgebildet ist.
  • Anhand einer Zeichnung soll ein Ausführungsweg der Erfindung nachstehend beschrieben werden.
  • Es zeigt Fig. 1 schematisch eine Hochdruckeinrichtung mit ausgangsseitig einer Förderleitung 3, einem Pulsationsdämpfer 31 und einem Druckentlastungsventil 32.
  • Ein Druckübersetzer 2 ist mit Hochdruckfluid über Vorschalteinrichtungen 21, wie beispielsweise Niederdruckfilter, Vordruckpumpe, Absperrventil versorgbar.
  • Ein beispielsweise zwei Plungerkolben aufweisender Druckübersetzer 2 kann von einer Hydraulikeinheit 1 mit einer Pumpe 11 und einem Motor 12 über einen Schaltblock 4 von einem Druckmittel 10 bewegbar sein.
  • Eine Anspeisung eines Druckübersetzers erfolgt gemäß dem Stand der Technik zumeist mittels Schrägachsen-Verstellpumpen mit hydraulisch-mechanischem Mengenregler mit parallel wirkenden Zylindern, deren Förderströme sich addieren.
  • Bei unmittelbarer, axialer Ausrichtung kann dabei trotz einer Motorrotation eine sofortige Reduktion der Förderleistung von Druckmittel auf Null erreicht werden.
  • Eine Hochdruckeinrichtung, wie beispielsweise eine Wasserstrahl-Schneidanlage, weist zumeist länger dauernde Arbeitsphasen auf, sodass einem Fachmann ein Antrieb eines Druckübersetzers über einen Servomotor und eine Pumpe mit Konstant-Mengen-Förderung weitab von einer üblichen technisch vorteilhaften Lösung erscheinen musste.
  • Überraschend hat sich gezeigt, dass bei einem erfindungsgemäßen Hydraulikantrieb 1 für einen Druckübersetzer 2 einer Hochdruckeinrichtung eine Verwendung einer Konstant-Förderstrom-Pumpe 11, angetrieben von einem Servomotor 12, Vorteile aufweist.
  • Unter anderem ist dies eine äußerst geringe Pulsation eines Hochdruck-Wasserstahles, die auch beim Anschießen eines Durchbruchs kein Ausbrechen bei spröden Materialien hervorruft, was insbesondere durch Verwendung einer Innenzahnradpumpe 11 für einen Hydraulikantrieb 1 eines Druckübersetzers 2 erreichbar ist.
  • Eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Hydraulikantriebs 1 bewirkt eine geringe Pulsation und insbesondere geringe Hochdruckschwankungen bei einem Stop/Go-Betrieb einer Anlage, wodurch weiters die Lebensdauer der Hochdruckkomponenten erhöht ist.
  • In vorteilhafter Weise erfolgt bei geschlossenen Hochdruckdüsen keine Bewegung des Servomotors und keine Stromaufnahme desselben, wobei bei einem Sanftanlauf des Hydraulikantriebs 1 die Start-Stromaufnahme reduzierbar ist.

Claims (4)

  1. Hydraulikantrieb (1) mit einer Mengen- und/oder Druck-Regelung für einen Druckübersetzer einer Hochdruckeinrichtung, bestehend im Wesentlichen aus einem Motorantrieb mit einer Pumpe für ein Druckmittel (10) sowie einer Steuerung, dadurch gekennzeichnet, dass als Hydraulikantrieb (1) im Wesentlichen eine Konstant-Förderstrom-Pumpe (11), bzw. eine Pumpe (11), welche je Umdrehung ein konstantes Volumen fördert, angetrieben von einem Servomotor (12), verwendet wird, welcher Servomotor (12) niederdruckseitige Mittel (13) und/oder durch hochdruckseitige Mittel (14) elektrisch (15) steuerbar, regelbar und/oder schaltbar ist.
  2. Hydraulikantrieb (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Konstant-Förderstrom-Pumpe (11) eine Innenzahnradpumpe verwendet wird.
  3. Hydraulikantrieb (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Motors im Servobetrieb durch einen geschlossenen Regelkreis erfolgt, welchem Signale durch niederdruckseitige Mittel (13) im Hydraulikkreis und/oder durch hochdruckseitige Mittel (14) der elektrischen Steuerung (15) der Hochdruckeinrichtung zuführbar sind.
  4. Hydraulikantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Servomotor als frequenzgeregelter Antriebsmotor ausgebildet ist.
EP12455007.0A 2011-12-30 2012-11-21 Hydraulikantrieb für einen Druckübersetzer Active EP2610490B1 (de)

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