EP4532930A1 - Verfahren zum betreiben eines elektrohydraulikaggregats - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines elektrohydraulikaggregats

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EP4532930A1
EP4532930A1 EP23727520.1A EP23727520A EP4532930A1 EP 4532930 A1 EP4532930 A1 EP 4532930A1 EP 23727520 A EP23727520 A EP 23727520A EP 4532930 A1 EP4532930 A1 EP 4532930A1
Authority
EP
European Patent Office
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speed
value
displacement volume
variable
setpoint
Prior art date
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Pending
Application number
EP23727520.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerold Liebler
Christian Lebert
Arnold Engber
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4532930A1 publication Critical patent/EP4532930A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/20—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 by changing the driving speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/002—Hydraulic systems to change the pump delivery
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B49/08—Regulating by delivery pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2203/00—Motor parameters
    • F04B2203/02—Motor parameters of rotating electric motors
    • F04B2203/0209—Rotational speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2205/00—Fluid parameters
    • F04B2205/07—Pressure difference over the pump

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an electro-hydraulic unit.
  • the present invention leads to an increase in the availability of the pump in electro-hydraulic systems, prevents machine downtime and avoids or reduces damage or additional wear on the pump.
  • p-Q pressure-volume flow operation
  • a pump in which the pressure is controlled using the speed as a manipulated variable and the volume flow results from this as the product of the speed and the displacement volume, it can be ensured that only operating points (i.e. pressure/speed combinations) that are within the permissible range. If impermissible working points are approached due to the setpoint specification or configuration, this is prevented within the scope of the invention by switching the displacement volume, in particular reducing it. With small displacement volumes there are usually no operating point restrictions. For each hydraulic pump, permissible and impermissible operating points are known in advance and, in particular, set out in a data sheet. They can be stored and monitored accordingly in a memory of the controlling computing unit.
  • a setpoint of a speed of the variable-speed electric drive is determined and specified to the electric drive. This can be done using a higher-level specification, for example a pressure and/or volume flow control, whereby the setpoint of the speed of the variable-speed electric drive is determined as a manipulated variable of a higher-level pressure control, which has a setpoint of the delivery pressure as an input variable the hydraulic pump or in general a pressure is supplied to a specific point in the system.
  • the displacement volume is set to the first larger or the second smaller displacement volume value, expediently also by a higher-level specification, such as an operating strategy.
  • the torque load on the electric drive is reduced at a small displacement volume value, since the load torque is the product of delivery pressure and displacement volume.
  • a small displacement volume a high pressure can be maintained with a low moment.
  • the displacement volume now has the first larger displacement volume value
  • monitoring is carried out within the scope of the invention, in which an actual value of the delivery pressure above the hydraulic pump and an actual value of the speed of the hydraulic pump (or of the electric drive, since these are usually translated 1:1 or . at least have a known gear ratio). It is determined whether a permissible working point results from the actual value of the delivery pressure and the actual value of the speed of the hydraulic pump, and if no permissible working point results, the displacement volume is set to the second smaller displacement volume value.
  • the current torque i.e. by determining an actual value of a torque of the variable-speed electric drive
  • the currently set displacement volume value can be determined using a calculation model or model-based observer, into which existing measured variables such as speed, torque or drive current, delivery pressure are included. This displacement volume value can also be used to determine whether the setting of the second smaller displacement volume value has occurred or was successful.
  • the rate of change of the target value is limited to a maximum speed change rate.
  • Changes in the setpoint of the speed arise, particularly in normal operation, from the higher-level specification, but also as a result of the change in the displacement volume to the second smaller displacement volume value, i.e. if the displacement volume is reduced, the speed must be increased to maintain the volume flow or pressure.
  • the speed setpoint is changed with a defined limited angular acceleration. This allows further component protection, particularly pump protection, to be achieved.
  • the speed change rate is in particular a rotational acceleration and can be specified in [angle/time 2 ]. Limiting the acceleration/deceleration of pump rotation can prevent mechanical damage to internal components. On the system side, high acceleration can lead to the formation of a local negative pressure in the hydraulic fluid as it is dynamically unable to follow the movement of the pump rotor. This can lead to cavitation.
  • a pump data sheet may list limits for acceleration and deceleration.
  • a rate of change of the desired value of the pressure is limited to a maximum pressure change rate and/or the desired value itself is limited to a maximum pressure value (eg the nominal pressure of the pump).
  • a maximum pressure value eg the nominal pressure of the pump.
  • Figure 1 shows schematically a preferred embodiment of a variable-speed electro-hydraulic unit according to the invention.
  • the hydraulic pump 20 is designed as an axial piston pump with a pivot angle a that can be adjusted between two positions for a swash plate or inclined axis. This allows the displacement volume to be adjusted between a first larger and a second smaller displacement volume value.
  • a control signal from the computing unit 40 to the axial piston pump 20 can be used.
  • the control signal can, for example, be a control value for a so-called pilot valve 21 on the pump.
  • asynchronous motors can also be used.
  • the speed n of the asynchronous motor 31 is variable.
  • a target Speed is specified by the computing unit 40 to the electric drive 30.
  • the actual speed can be determined using an angle encoder. However, control without feedback is also possible.
  • the computing unit 40 is used to control the pump 10, to which a target delivery pressure ps and/or a target volume flow Qs are supplied.
  • the computing unit 40 can be designed as a so-called electric drive controller and, within the scope of the invention, determines the speed n as a manipulated variable.
  • the computing unit can also be separate from the drive controller and be higher-level to it and communicate with it via an interface (speed setpoint, actual speed value, ).
  • the actual delivery pressure is expediently determined via a sensor. This makes pressure control possible.
  • a control signal for the pivot angle of the pump 20 is output, which leads to the first larger displacement volume value.
  • a control signal for the pivot angle of the pump 20 is output, which leads to a second, lower displacement volume.
  • a dependence of the second, lower displacement volume on the speed can be taken from a map or similar in the computing unit.
  • the displacement volume can expediently be adjusted by controlling the pilot valve or control valve 21.
  • a switching valve or a proportional valve
  • different protective mechanisms are now used to protect the electro-hydraulic unit or its components from damage. For this purpose, (in particular) if the displacement volume has the first larger displacement volume value, an actual value of the delivery pressure across the hydraulic pump and an actual value of the speed n of the asynchronous motor 31 (as the speed of the hydraulic pump) are determined and it is determined from this whether a permissible operating point exists. If there is no permissible operating point (in particular because the speed is too low and/or the pressure is too high), the displacement volume is set to the second smaller displacement volume value. To maintain the pressure ps or volume flow Qs, the speed is increased accordingly and the impermissible operating point is left. As explained above, there are usually no operating point restrictions for small displacement volumes.
  • Further advantageous protective mechanisms include limiting a rate of change of the setpoint value of the speed of the variable-speed electric drive (30) to a maximum speed change rate, limiting a rate of change of the setpoint value of the delivery pressure via the hydraulic pump (20) to a maximum pressure change rate, limiting the setpoint value of the delivery pressure over the hydraulic pump ( 20) to a maximum pressure value, if necessary after a permissible overload time has been exceeded, a limitation of the setpoint value of the speed of the variable-speed electric drive (30) to a minimum speed if the actual value of the delivery pressure corresponds at most to a minimum pressure value, if necessary after a permissible overload time has been exceeded.
  • the present invention leads to an increase in the availability of the pump in electro-hydraulic systems, prevents machine downtime and avoids or reduces damage or excessive wear to the pump.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines drehzahlvariablen Elektrohydraulikaggregats (10), bei dem eine in einem Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel zwischen einem ersten größeren und einem zweiten kleineren Verdrängungsvolumenwert verstellbare Hydraulikpumpe (20) mittels eines drehzahlvariablen Elektroantriebs (30) angetrieben wird, umfassend, wenn das Verdrängungsvolumen den ersten größeren Verdrängungsvolumenwert hat, ein Ermitteln eines Sollwerts einer Drehzahl des drehzahlvariablen Elektroantriebs (30), ein Ermitteln eines Istwerts eines Förderdrucks über der Hydraulikpumpe (20), ein Ermitteln eines Istwerts einer Drehzahl der Hydraulikpumpe (20), ein Bestimmen, ob sich aus dem Istwert des Förderdrucks und dem Istwert der Drehzahl ein zulässiger Arbeitspunkt ergibt, und ein Einstellen des zweiten kleineren Verdrängungsvolumenwerts, wenn sich aus dem Istwert des Förderdrucks und dem Istwert der Drehzahl kein zulässiger Arbeitspunkt ergibt.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Elektrohydraulikaggregats
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrohydraulikaggregats.
Hintergrund der Erfindung
Der Erfindung zugrundeliegende Elektrohydraulikaggregate (sog. Motor-Pumpen-Einheiten) weisen eine Hydraulikpumpe mit variablem Verdrängungsvolumen pro Arbeitsspiel (sog. hydraulische Verdrängermaschine, z.B. Axialkolbenmaschine) auf, welche mittels eines Elektroantriebs (Motor) mit variabler Drehzahl angetrieben wird. Das Verdrängungsvolumen kann kontinuierlich oder stufenweise verstellbar sein. Beim Betrieb solcher Elektrohydraulikaggregate werden üblicherweise der Volumenstrom und/oder der Förderdruck (d.h. Druckdifferenz zwischen Zulauf und Ablauf) durch entsprechende Anpassung der Drehzahl und des Verdrängungsvolumens der Hydraulikpumpe geregelt, d.h. solche Elektrohydraulikaggregate besitzen grundsätzlich zwei Freiheitsgrade bei der Regelung.
Die DE 102007 007 005 A1 zeigt eine elektrohydraulische Steueranordnung mit einer verstellbaren Fluidpumpe und mit einem drehzahlvariablen elektrischen Antrieb. Eine Druckerfassungseinrichtung erlaubt die Erfassung des Fluiddrucks. Der Hauptregelkreis dieser elektrohydraulischen Steueranordnung besitzt ein Drehzahlstellglied des elektrischen Antriebs als Stellglied. Mittels des Hauptregelkreises lässt sich der Fluiddruck und damit z.B. eine durch einen Zylinder ausgeübte Kraft oder eine nachgeordnete Stellgröße wie z. B. eine Position oder eine Geschwindigkeit regeln. Ein Verdrängungsvolumenstellglied der Fluidpumpe wird mittels einer Nebenstellkette in Abhängigkeit von dem erfassten Fluiddruck angesteuert. Eine besonders einfache Ausgestaltung sieht vor, dass die Nebenstellkette eine Steuereinrichtung, ins- besondere einen Zweipunktregler umfasst, durch den das Verdrängungsvolumen der verstellbaren Fluidpumpe zwischen einem vorgegebenen Minimalwert und einem Maximalwert in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Umschaltbedingung umstellbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrohydraulikaggregats sowie ein Elektrohydraulikaggregat, ein Computerprogramm und ein Datenträger mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die vorliegende Erfindung führt bei elektrohydraulischen Systemen zu einer Erhöhung der Verfügbarkeit der Pumpe, verhindert Maschinenstillstand und vermeidet bzw. verringert Beschädigung bzw. zusätzlichen Verschleiß der Pumpe. Insbesondere bei einem sog. Druck-Volu- menstrom-Betrieb (p-Q) einer Pumpe, bei dem der Druck mittels der Drehzahl als Stellgröße geregelt und sich der Volumenstrom daraus als Produkt aus Drehzahl und Verdrängungsvolumen ergibt, kann sichergestellt werden, dass nur Arbeitspunkte (d.h. Druck/Drehzahl-Kom- binationen) angefahren werden, die im zulässigen Bereich liegen. Sollten durch die Sollwertvorgabe oder Konfiguration unzulässige Arbeitspunkte angefahren werden, wird dies im Rahmen der Erfindung verhindert, indem das Verdrängungsvolumen umgeschaltet, insbesondere verkleinert wird. Bei kleinem Verdrängungsvolumen liegen üblicherweise keine Arbeitspunkteinschränkungen vor. Für jede Hydraulikpumpe sind zulässige bzw. unzulässige Arbeitspunkte vorab bekannt und insbesondere in einem Datenblatt festgelegt. Sie können entsprechend in einem Speicher der ansteuernden Recheneinheit hinterlegt und überwacht werden.
Zum Betreiben eines drehzahlvariablen Elektrohydraulikaggregats, bei dem eine in einem Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel zwischen einem ersten größeren und einem zweiten kleineren Verdrängungsvolumenwert verstellbare Hydraulikpumpe mittels eines drehzahlvariablen Elektroantriebs angetrieben wird, wird ein Sollwert einer Drehzahl des drehzahlvariablen Elektroantriebs ermittelt und dem Elektroantrieb vorgegeben. Dies kann anhand einer übergeordneten Vorgabe, z.B. einer Druck- und/oder Volumenstromregelung, erfolgen, wobei der Sollwert der Drehzahl des drehzahlvariablen Elektroantriebs als Stellgröße einer übergeordneten Druckregelung ermittelt wird, der als Eingangsgröße ein Sollwert des Förderdrucks über der Hydraulikpumpe bzw. allgemein ein Druck an einer bestimmten Stelle des Systems zugeführt wird. Dabei wird das Verdrängungsvolumen auf den ersten größeren oder den zweiten kleineren Verdrängungsvolumenwert gesetzt, zweckmäßigerweise ebenfalls durch eine übergeordnete Vorgabe, wie z.B. eine Betriebsstrategie. Z.B. ist die Momentenbelastung des Elektroantriebs bei kleinem Verdrängungsvolumenwert reduziert, da sich das Lastmoment als Produkt aus Förderdruck und Verdrängungsvolumen ergibt. Z.B. kann bei kleinem Verdrängungsvolumen ein hoher Druck mit geringem Moment gehalten werden. Dabei kommt es insbesondere nicht zu thermischer Überlast von Elektromotor und Umrichter des Elektroantriebs.
Wenn nun das Verdrängungsvolumen den ersten größeren Verdrängungsvolumenwert hat, wird im Rahmen der Erfindung eine Überwachung durchgeführt, bei der ein Istwert des Förderdrucks über der Hydraulikpumpe und ein Istwert der Drehzahl der Hydraulikpumpe (bzw. des Elektroantriebs, da diese üblicherweise 1 :1 übersetzt sind bzw. zumindest ein bekanntes Übersetzungsverhältnis haben) ermittelt. Es wird bestimmt, ob sich aus dem Istwert des Förderdrucks und dem Istwert der Drehzahl der Hydraulikpumpe ein zulässiger Arbeitspunkt ergibt, und wenn sich kein zulässiger Arbeitspunkt ergibt, wird das Verdrängungsvolumen auf den zweiten kleineren Verdrängungsvolumenwert eingestellt.
Vorzugsweise kann durch Überwachung des aktuellen Drehmoments, d.h. durch Ermitteln eines Istwerts eines Drehmoments des drehzahlvariablen Elektroantriebs bestimmt werden, ob das Einstellen des zweiten kleineren Verdrängungsvolumenwerts erfolgt ist bzw. erfolgreich war, da sich das Drehmoment dadurch verändert, insbesondere sinkt.
Alternativ oder zusätzlich kann der aktuell eingestellte Verdrängungsvolumenwert mittels eines Rechenmodells bzw. modellbasierten Beobachters bestimmt werden, in das vorhandene Messgrößen wie Drehzahl, Drehmoment bzw. Antriebsstrom, Förderdruck eingehen. Auch dieser Verdrängungsvolumenwert kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob das Einstellen des zweiten kleineren Verdrängungsvolumenwerts erfolgt ist bzw. erfolgreich war.
Weiter vorteilhaft kann der aktuell eingestellte Verdrängungsvolumenwert als eine Regelstreckeneigenschaft bei der Druckregelung berücksichtigt werden. Insbesondere wird nach dem eigentlichen Regler, welcher eine Stellgröße ausgibt, eine Funktion zur Streckenadaption vorgesehen, welche die Stellgröße (beispielsweise eine Drehzahl-Sollwert) in Abhängigkeit vom aktuell eingestellten Verdrängungsvolumenwert verändert. Dadurch ist z.B. eine Adaption von Reglerparametern (Beiwerte wie Proportionalverstellung, Nachstellzeit usw.) nicht nötig und die geforderte Dynamik der Regelung kann gehalten werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei einer Veränderung des Sollwerts der Drehzahl des drehzahlvariablen Elektroantriebs die Änderungsrate des Sollwerts auf eine Maximaldrehzahländerungsrate begrenzt. Änderungen des Sollwerts der Drehzahl ergeben sich insbesondere im Normalbetrieb aus der übergeordneten Vorgabe, aber auch in Folge der Veränderung des Verdrängungsvolumens auf den zweiten kleineren Verdrängungsvolumenwert, d.h. wenn das Verdrängungsvolumen reduziert wird, muss zur Aufrechterhaltung des Volumenstroms bzw. Drucks die Drehzahl erhöht werden. Die Veränderung des Drehzahlsollwertes erfolgt mit definiert begrenzter Winkelbeschleunigung. Damit kann ein weiterer Komponentenschutz, insbesondere Pumpenschutz erreicht werden. Die Drehzahländerungs- rate ist insbesondere eine Drehbeschleunigung und kann in [Winkel/Zeit2] angegeben werden. Wird die Beschleunigung/Verzögerung der Pumpendrehung beschränkt, können dadurch mechanische Schäden an internen Komponenten vermieden werden. Auf der Systemseite kann eine hohe Beschleunigung zur Bildung eines lokalen Unterdrucks in der Hydraulikflüssigkeit führen, da diese dynamisch nicht in der Lage ist, der Bewegung des Pumpenrotors zu folgen. Dadurch kann es zu Kavitation kommen. In einem Datenblatt der Pumpe können Grenzen für Beschleunigung und Verzögerung aufgeführt sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in der Druckregelung eine Änderungsrate des Sollwerts des Drucks auf eine Maximaldruckänderungsrate begrenzt und/oder der Sollwert selbst auf einen Maximaldruckwert (z.B. den Nenndruck der Pumpe) begrenzt. Dies stellt zwei weitere vorteilhafte Komponentenschutzmechanismen dar, um die Pumpe vor Überlastungen bzw. Schäden zu schützen. Wird bereits (also eingangsseitig) die Solldruckveränderungsrate begrenzt, führt dies automatisch auch zu einer zeitlichen Verzögerung am Ausgang, d.h. insbesondere einer Drehzahländerungsrate, und hat somit ebenso die o.g. Vorteile. Die Druckänderungsrate kann insbesondere in [Druck/Zeit] angegeben werden. Da eine Überschreitung des Maximaldruckwerts je nach Bauart und Auslegung kurzzeitig zulässig sein kann, umfasst das Begrenzen des Sollwerts des Drucks auf einen Maximaldruckwert vorzugsweise, dass vor dem Begrenzen des Sollwerts des Drucks, d.h. vor einem Abregeln, zunächst eine zulässige Überlastzeit abgewartet wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Sollwert der Drehzahl des drehzahlvariablen Elektroantriebs auf eine Minimaldrehzahl begrenzt, wenn der Istwert des Förderdrucks höchstens einem Minimaldruckwert entspricht. Üblicherweise soll die Hydraulikpumpe aus energetischen und dynamischen Gründen mit dem größtmöglichen Verdrängungsvolumen betrieben werden, d.h. vorliegend soll das Verdrängungsvolumen den ersten größeren Verdrängungsvolumenwert haben. Dies bedeutet jedoch ein großes hydraulisches Moment, so dass dabei besonders geringe oder gar negative Drehzahlen (z.B. < 200 U/rnin) bei hohen Drücken (über einem Schwel Iwert von z.B. 5 bar oder 50 bar) nur kurzzeitig (z.B. wenige Sekunden) zulässig sind (es versteht sich, dass die jeweiligen Werte von der konkreten Pumpe abhängen und rein beispielhaft zu verstehen sind). Als weiterer Komponentenschutzmechanismus können also ein Minimaldruckwert und eine Minimaldrehzahl überwacht werden, um Kavitation der Pumpe zu verhindern. Kann die Drehzahl infolge der Begrenzung nicht weiter reduziert werden, wird das Verdrängungsvolumen reduziert (und die Drehzahl dementsprechend erhöht), um den Volumenstrom aufrechtzuerhalten. Die Begrenzung kann unmittelbar oder zeitverzögert umgesetzt sein, d.h. eine kurzzeitige Unterschreitung der Minimaldrehzahl kann ggf. zugelassen werden. Deutet sich jedoch im zweiten Fall eine Überschreitung der zulässigen Zeit an, wird, insbesondere unter Berücksichtigung der Schwenkzeit, auf das kleine Verdrängungsvolumen umgeschaltet. Unter Berücksichtigung der Schwenkzeit heißt, dass die zulässige Zeit nicht überschritten wird, bis das Verdrängungsvolumen den kleinen Verdrängungsvolumenwert erreicht hat (und dann nicht mehr überschritten werden kann, da ein unkritischer Arbeitspunkt vorliegt).
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Elektrohydraulikaggregats, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
Figur 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen drehzahlvariablen Elektrohydraulikaggregats.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen drehzahlvariablen Elektrohydraulikaggregats schematisch dargestellt und insgesamt mit 10 bezeichnet. Das Elektrohydraulikaggregat 10 verfügt über eine verstellbare Hydraulikpumpe 20 (welche im vorliegenden Beispiel in zwei Richtungen fördern kann), einen drehzahlvariablen Elektroantrieb
30 und eine Recheneinheit 40 zum Betrieb des Elektrohydraulikaggregats.
Die Hydraulikpumpe 20 ist als Axialkolbenpumpe mit einem zwischen zwei Stellungen verstellbaren Schwenkwinkel a für eine Schrägscheibe oder Schrägachse ausgebildet. Dadurch lässt sich das Verdrängungsvolumen zwischen einem ersten größeren und einem zweiten kleineren Verdrängungsvolumenwert verstellen. Dazu kann ein Stellsignal von der Recheneinheit 40 an die Axialkolbenpumpe 20 verwendet werden. Das Stellsignal kann bspw. ein Stellwert für ein sog. Pilotventil 21 auf der Pumpe sein.
Der Elektroantrieb ist hier als sog. Normmotor ausgebildet, der einen Synchron-Servomotor
31 und einen Frequenzumrichter 32 aufweist. Im Prinzip können auch Asynchronmotoren eingesetzt werden. Die Drehzahl n des Asynchronmotors 31 ist variabel. Dazu wird eine Soll- Drehzahl von der Recheneinheit 40 an den Elektroantrieb 30 vorgegeben. Die Ist-Drehzahl kann über einen Winkelgeber bestimmt werden. Jedoch ist ebenso eine Steuerung ohne Rückkopplung möglich.
Für die Regelung der Pumpe 10 dient die Recheneinheit 40, der ein Soll-Förderdruck ps und/oder ein Soll-Volumenstrom Qs zugeführt werden. Die Recheneinheit 40 kann als sog. Elektroantriebsregler ausgebildet sein und bestimmt daraus im Rahmen der Erfindung die Drehzahl n als Stellgröße. Die Recheneinheit kann auch vom Antriebsregler separat und diesem übergeordnet sein und mit diesem über eine Schnittstelle kommunizieren (Drehzahlsollwert, Drehzahlistwert, ...). Eine Bestimmung des Ist-Förderdrucks erfolgt zweckmäßigerweise über einen Sensor. Daraus ist eine Druckregelung möglich.
Eine Umschaltung des Verdrängungsvolumens während des Betriebs kann beispielsweise anhand einer Betriebsstrategie erfolgen. Beispielsweise kann die Recheneinheit 40 bestimmen, ob sich der Elektroantrieb in einem Volllastbetrieb oder einem Teillastbetrieb befindet, bspw. durch Überwachung des elektrischen Stroms, um so das von dem Elektroantrieb 30 gelieferte Elektroantriebsmoment zu bestimmen und mit dem für die momentane Drehzahl maximal möglichen Elektroantriebsmoment zu vergleichen, oder durch Überwachung der Drehzahl. Insbesondere kann ein Schwellwertvergleich vorgesehen sein, wobei ein Elektroantriebsmoment unter einem Schwellwert (von z.B. 75%) bzw. eine Drehzahl unter einem Schwellwert als Teillast erkannt wird. Der Drehzahlschwellwert wird zweckmäßigerweise in Abhängigkeit vom Einsatzzweck vorgegeben.
Im Volllastbetrieb wird ein Stellsignal für den Schwenkwinkel der Pumpe 20 ausgegeben, der zu dem ersten größeren Verdrängungsvolumenwert führt. Im Teillastbetrieb wird ein Stellsignal für den Schwenkwinkel der Pumpe 20 ausgegeben, der zu einem zweiten, niedrigeren Verdrängungsvolumen führt. Insbesondere kann eine Abhängigkeit des zweiten, niedrigeren Verdrängungsvolumens von der Drehzahl einem Kennfeld o.ä. in der Recheneinheit entnommen werden.
Die Einstellung des Verdrängungsvolumens kann zweckmäßigerweise durch Ansteuerung des Pilotventils bzw. Steuerventils 21 erfolgen. Es kann dabei ein Schaltventil (oder ein Proportionalventil) eingesetzt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nun unterschiedliche Schutzmechanismen eingesetzt, um das Elektrohydraulikaggregat bzw. dessen Komponenten vor Beschädigungen zu schützen. Dazu werden (insbesondere) wenn das Verdrängungsvolumen den ersten größeren Verdrängungsvolumenwert hat, ein Istwert des Förderdrucks über der Hydraulikpumpe und ein Istwert der Drehzahl n des Asynchronmotors 31 (als Drehzahl der Hydraulikpumpe) ermittelt und daraus bestimmt, ob ein zulässiger Arbeitspunkt vorliegt. Wenn kein zulässiger Arbeitspunkt vorliegt (weil insbesondere die Drehzahl zu klein und/oder der Druck zu groß ist), wird das Verdrängungsvolumen auf den zweiten kleineren Verdrängungsvolumenwert eingestellt. Zur Aufrechterhaltung des Drucks ps bzw. Volumenstroms Qs wird die Drehzahl entsprechend erhöht und der unzulässige Arbeitspunkt verlassen. Wie oben erläutert, liegen bei kleinem Verdrängungsvolumen üblicherweise keine Arbeitspunkteinschränkungen vor.
Weitere vorteilhafte Schutzmechanismen umfassen eine Begrenzung einer Änderungsrate des Sollwerts der Drehzahl des drehzahlvariablen Elektroantriebs (30) auf eine Maximaldrehzahländerungsrate, eine Begrenzung einer Änderungsrate des Sollwerts des Förderdrucks über der Hydraulikpumpe (20) auf eine Maximaldruckänderungsrate, eine Begrenzung des Sollwerts des Förderdrucks über der Hydraulikpumpe (20) auf einen Maximaldruckwert, ggf. nach Überschreiten einer zulässigen Überlastzeit, eine Begrenzung des Sollwerts der Drehzahl des drehzahlvariablen Elektroantriebs (30) auf eine Minimaldrehzahl, wenn der Istwert des Förderdrucks höchstens einem Minimaldruckwert entspricht, ggf. nach Überschreiten einer zulässigen Überlastzeit.
Die vorliegende Erfindung führt bei elektrohydraulischen Systemen zu einer Erhöhung der Verfügbarkeit der Pumpe, verhindert Maschinenstillstand und vermeidet bzw. verringert Beschädigung bzw. übermäßigen Verschleiß der Pumpe.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines drehzahlvariablen Elektrohydraulikaggregats (10), bei dem eine in einem Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel zwischen einem ersten größeren und einem zweiten kleineren Verdrängungsvolumenwert verstellbare Hydraulikpumpe (20) mittels eines drehzahlvariablen Elektroantriebs (30) angetrieben wird, umfassend, wenn das Verdrängungsvolumen den ersten größeren Verdrängungsvolumenwert hat:
Ermitteln eines Sollwerts einer Drehzahl des drehzahlvariablen Elektroantriebs (30), Ermitteln eines Istwerts eines Förderdrucks über der Hydraulikpumpe (20), Ermitteln eines Istwerts einer Drehzahl der Hydraulikpumpe (20),
Bestimmen, ob sich aus dem Istwert des Förderdrucks und dem Istwert der Drehzahl der Hydraulikpumpe (20) ein zulässiger Arbeitspunkt ergibt, und
Einstellen des zweiten kleineren Verdrängungsvolumenwerts, wenn sich aus dem Istwert des Förderdrucks und dem Istwert der Drehzahl der Hydraulikpumpe (20) kein zulässiger Arbeitspunkt ergibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , weiter umfassend:
Ermitteln eines Istwerts eines Drehmoments des drehzahlvariablen Elektroantriebs (30) und Bestimmen, ob das Einstellen des zweiten kleineren Verdrängungsvolumenwerts erfolgt ist, anhand des ermittelten Istwerts des Drehmoments.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend:
Begrenzen einer Änderungsrate des Sollwerts der Drehzahl des drehzahlvariablen Elektroantriebs (30) auf eine Maximaldrehzahländerungsrate.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Sollwert der Drehzahl des drehzahlvariablen Elektroantriebs (30) als Stellgröße einer übergeordneten Druckregelung ermittelt wird, der als Eingangsgröße ein Sollwert des Förderdrucks über der Hydraulikpumpe (20) zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, weiter umfassend:
Begrenzen einer Änderungsrate des Sollwerts des Förderdrucks über der Hydraulikpumpe (20) auf eine Maximaldruckänderungsrate.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, weiter umfassend:
Begrenzen des Sollwerts des Förderdrucks über der Hydraulikpumpe (20) auf einen Maximaldruckwert.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Begrenzen des Sollwerts des Förderdrucks über der Hydraulikpumpe (20) auf einen Maximaldruckwert umfasst:
Warten einer zulässigen Überlastzeit vor dem Begrenzen des Sollwerts des Förderdrucks.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, weiter umfassend: Berücksichtigen des aktuell eingestellten Verdrängungsvolumenwerts als eine Streckeneigenschaft der Druckregelung zum Verändern der Stellgröße.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend:
Bestimmen des aktuell eingestellten Verdrängungsvolumenwerts mittels eines Rechenmodells.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend:
Begrenzen des Sollwerts der Drehzahl des drehzahlvariablen Elektroantriebs (30) auf eine Minimaldrehzahl, wenn der Istwert des Förderdrucks höchstens einem Minimaldruckwert entspricht.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Begrenzen des Sollwerts der Drehzahl des drehzahlvariablen Elektroantriebs (30) auf eine Minimaldrehzahl umfasst:
Warten einer zulässigen Überlastzeit vor dem Begrenzen des Sollwerts der Drehzahl des drehzahlvariablen Elektroantriebs (30).
12. Recheneinheit (40) umfassend einen Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche ausführt.
13. Elektrohydraulikaggregat (10), mit einer in einem Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel zwischen einem ersten größeren und einem zweiten kleineren Verdrängungsvolumenwert verstellbaren Hydraulikpumpe (20), einem drehzahlvariablen Elektroantrieb (30) und einer Recheneinheit (40) nach Anspruch 12.
14. Computerprogramm umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Recheneinheit eines Elektrohydraulikaggregats (10) nach Anspruch 12 diese veranlassen, das Verfahren nach Anspruch 1 bis 9 auszuführen.
15. Computerlesbarer Datenträger, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102023210643A1 (de) * 2023-10-27 2025-04-30 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betrieb einer Druckmittelversorgungseinrichtung eines elektrohydraulischen Systems

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3641292B2 (ja) * 1995-04-07 2005-04-20 株式会社カワサキプレシジョンマシナリ 可変容量形ポンプの制御装置
JPH0988839A (ja) * 1995-09-25 1997-03-31 Hitachi Constr Mach Co Ltd 電動油圧ポンプユニットおよび小口径管推進装置
DE10110398A1 (de) 2001-03-03 2002-09-26 Mannesmann Rexroth Ag Verfahren zur Regelung der Druckmittelzufuhr zu einem hydraulisch betätigten Aktor
JP2005233050A (ja) * 2004-02-18 2005-09-02 Ebara Corp 液圧ポンプ制御装置および液圧ポンプ制御装置の制御方法
DE102007007005B4 (de) 2007-02-08 2021-12-02 Robert Bosch Gmbh Elektrohydraulische Steueranordnung
JP5143619B2 (ja) * 2008-04-21 2013-02-13 油研工業株式会社 可変容量型ポンプ
DE102009018071B4 (de) 2009-04-20 2011-12-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Regelvorrichtung zur Regelung einer Druckmittelzufuhr für einen hydraulischen Aktor
DE102012009136A1 (de) 2012-05-05 2013-11-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Fluidpumpe
DE102012016780B4 (de) 2012-06-01 2021-07-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Fluidpumpe
DE102013005416A1 (de) * 2013-03-28 2014-10-02 Robert Bosch Gmbh Hydraulische Anordnung mit drehzahlvariabler Antriebsmaschine und Steuerverfahren dafür
DE102013006137B4 (de) 2013-04-10 2024-04-18 Robert Bosch Gmbh Regelung drehzahlvariabler Verstellpumpen mittels modellbasierter Optimierung
DE102019220322A1 (de) 2019-12-20 2021-06-24 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betreiben einer drehzahlvariablen Verstellpumpe
CN114251256B (zh) * 2020-09-23 2025-04-25 博世力士乐（常州）有限公司 具有自动挡位控制功能的多挡泵

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