WO2005093251A1 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung einer dickstoffpumpe - Google Patents

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WO2005093251A1
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Wilhelm Hofmann
Stefan Höfling
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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for controlling a thick matter pump with two delivery cylinders which open into a material feed container via front openings and can be actuated in a push-pull manner by means of a hydraulic reversing pump and controlled hydraulic drive cylinders with a feed cylinder arranged inside the material feed container and alternatingly on the openings of the
  • the delivery cylinder can be connected and the other opening opening and connected on the outlet side to a delivery line, hydraulically actuated pipe switch, with each delivery stroke at at least two sensor positions located at predetermined distances from each other and from the rod and / or bottom ends of the drive cylinder detected and a reversal process of the reversing pump and the pipe switch is triggered at the end of a delivery stroke.
  • a device for controlling a two-cylinder thick matter pump of this type is known (DE 195 42 258), in which the end positions of the pistons of the drive cylinders can be tapped by means of cylinder switching sensors for generating end position signals.
  • the flow reversal of the reversing pump can be triggered there via the end position signals of the drive cylinders.
  • the end position signals are usually triggered via the two rod-side cylinder switching sensors.
  • a certain switchover time is required within which the swash plate present in a reversing pump can be moved through.
  • the switchover times for common reversing pumps are approx. 0.1 sec. With a two-second stroke, this switching time speaks about 5% of the stroke.
  • the object of the invention is to develop a device and a method for controlling a thick matter pump of the type specified at the outset, with which a complete emptying of the cylinders is possible with each piston stroke and nevertheless an undesired striking of the pistons at the ends of the drive cylinders is avoided.
  • the solution according to the invention is based on the idea that movement detection of the drive pistons is possible with at least two cylinder switching sensors arranged at arbitrary locations on the working cylinders, which are arranged at a distance from one another and from the two end positions Software allow a complete recording of the movement sequence of the pistons along the working cylinders and thus a solution to the problem specified above.
  • the computer-aided reversing device has a measurement and evaluation routine for the measurement and / or calculation of the chronological sequence of movements of the pistons on their way between the two cylinder ends and for calculating a triggering time derived therefrom has a reversal of the reversing pump and the pipe switch.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the measurement and evaluation routine takes into account an algorithm for recording the piston passage at the location of the cylinder switching sensors as well as for calculating a triggering time derived therefrom for reversing the reversing pump and the pipe switch with each piston stroke a predetermined or calculated braking time of the pistons until the respective stop at the cylinder end.
  • the braking time of the pistons essentially consists of the response time of the reversing relay and the switching time of the reversing pump.
  • a time for triggering the reversing pump and the pipe switch can be assigned to each time interval that is measured as a reference value for the speed.
  • the time can be recorded, for example, using the changeover pulse for the pipe switch.
  • the distance between two switch points then corresponds to the stroke duration.
  • the triggering time for the reversal is then determined. This value is approximately constant for one and the same pump type.
  • a special feature arises when the flow rate is changed within a pump stroke. In this case, the new delivery rate must be taken into account and converted into a corresponding remaining term in order to determine the exact triggering time.
  • a preferred embodiment of the invention accordingly provides that the measurement and evaluation routine include an algorithm for calculating the speed of the pistons on their way between the cylinder switching sensors and a triggering time derived therefrom for the reversing processes, taking into account a predetermined or calculated braking time of the pistons up to the respective end stops in the cylinders.
  • Algorithm for determining the course of the piston speed and of the derived next triggering time for the reversal processes in accordance with the currently set default values It is particularly advantageous if the measurement and evaluation routine has an algorithm for determining the braking time or the braking distance of the pistons in accordance with the currently measured or calculated piston speed and a triggering time derived therefrom for the switching processes.
  • the chronological sequence of movements of the pistons on their way between the two cylinder ends is measured and / or calculated, and the next triggering time for the reversal processes is derived therefrom.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the piston passages at the location of the cylinder switching sensors are recorded in relation to one another in time and that the triggering time for the subsequent reversal of the reversing pump and the diverter valve is taken into account, taking into account a predetermined or calculated braking time of the pistons to the respective End stop on the cylinder is calculated.
  • the speed of the pistons on their way between the selected cylinder shift sensors can be calculated and the next point in time for the reversal processes can be derived from this.
  • a further preferred procedure consists in that the chronological sequence of movements of the pistons is changed via remote-controlled default values for the delivery quantity and that the next triggering time for the reversing operations is derived from the sequence of motions of the pistons calculated according to the default values, taking into account a modified braking time.
  • the braking time or the braking distance of the pistons from the measured or calculated instantaneous piston speed, taking into account the device-specific response and changeover times of the reversing pump is determined and the next trigger point is calculated from it.
  • Figure 1 shows a section of a two-cylinder slurry pump in a partially sectioned diagram.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of a computer-assisted drive hydraulics for the two-cylinder thick matter pump
  • FIG. 3 shows a detail from FIG. 2 with some dimensions for calculating a preferred triggering time
  • 5 shows a flowchart of the measurement and triggering routine.
  • the control arrangement shown in FIGS. 2 and 3 is intended for a thick matter pump according to FIG. 1.
  • the thick matter pump has two delivery cylinders 50, 50 ', the end openings 52 of which open into a material feed container 54 and can be connected alternately to a delivery line 58 via a pipe switch 56 during the pressure stroke.
  • the delivery cylinders 50, 50 ' are driven by hydraulic drive cylinders 5.5' and a reversing hydraulic pump 6 in push-pull.
  • the delivery pistons 60, 60 'of the delivery cylinders 50, 50' are connected to the pistons 8, 8 'of the drive cylinders 5.5' via a common piston rod 9, 9 '.
  • the drive cylinders 5, 5 ' are connected on the ground side via hydraulic lines 11, 11' of the hydraulic circuit using the Reversing pump 6 is pressurized with pressure oil and is hydraulically connected to one another at its rod-side end via a rocking oil line 12.
  • the direction of movement of the drive pistons 8,8 'and thus the common piston rod 9,9' is reversed by reversing the direction of flow of the reversing pump 6 via a reversing device 18 containing a computer 14 and an adjustment mechanism 16.
  • the reversing pump 6 has a swash plate 62, which is swiveled through its zero position during reversal, so that the direction of delivery of the pressure oil in the hydraulic lines 11, 11 ′ is reversed.
  • the delivery rate of the reversing pump 6 can be varied at a given speed of a drive motor, not shown, by the swivel angle of the swash plate 62.
  • the swivel angle of the swash plate 62 can be adjusted via a remote control device 64 with the support of the computer 14.
  • the reversing pump and the pipe switch 56 are reversed as soon as the pistons 8, 8 'of the drive cylinders 5, 5' reach their end position.
  • the reversing device utilizes output signals of the cylinder switching sensors 20, 22 and 20 ', 22 ⁇ which are arranged at a distance from the rod-side and bottom ends of the two drive cylinders 5, 5' and which are connected on the output side to the computer 14 of the reversing device 18.
  • the cylinder switching sensors respond to the drive pistons 8,8 'that pass during pump operation and signal this event to the computer input 66,68.
  • a reversal signal 76 is triggered in the reversing device, which reverses the reversing pump 6 via the adjusting mechanism 16.
  • a reversal of the pipe switch 56 via the directional control valve 79 and the plunger cylinders 72, 72 ' is also triggered via a signal 77.
  • the signals from the cylinder switching sensors 20, 20 'on the rod side are primarily used to generate a reversing signal.
  • the computer 14 has a measurement and evaluation routine 40 (cf. FIG. 5) in which the output signals of the cylinder-side cylinder switching sensors 20, 20 'are evaluated to form a reversing signal 76, 77 for the reversing pump 6 and / or the pipe switch 56.
  • the rod-side cylinder switching sensors 20, 20 ' are denoted by Si and S 2 . Accordingly, the sensor positions from the bottom end of the drive cylinders are denoted by Xsi and Xs 2 , while the useful length of the cylinder, which is calculated from the cylinder length minus the piston length, is denoted by Xz y ⁇ . This is the maximum piston stroke.
  • the positions Xsi, Xs 2 of the cylinder switching sensors and the effective length Xz y ⁇ are known.
  • the aim of the invention is to calculate a position X x or the associated time t x for the piston passage at the point X x , from which the reversing pump must be reversed so that a complete piston stroke can be achieved without hitting the cylinder bottom hard.
  • This position depends on the flow rate, but is independent of the position of the cylinder shift sensors (see Fig. 4).
  • the speed VK of the piston results from the length of use Xz y ⁇ and the stroke time as well as the acceleration and braking distances and times Xßeschi, X ⁇ rems, tßeschi, terems:
  • Xx Xzyl - Xßrems where, for simplification, a constant braking acceleration b bre m s is assumed:
  • the braking time is determined accordingly
  • a more precise determination of the triggering time is possible if the information of the piston run through the switch positions Si or S 2 is also added. For example, the time between the start of the stroke and switch 1 is calculated as x s l xS 1 v '' stroke ⁇ cyl
  • the triggering time can also be determined when the delivery quantity changes.
  • the effective length Xz y ⁇ must be divided depending on the change in the delivery rate and the new speed VK of the piston used to calculate the braking time. This is known due to the specified delivery rate.
  • the flowchart of the measurement and evaluation routine 40 in FIG. 5 illustrates the measurement and control processes during the piston movement in the working cylinders.
  • the time tsi and ts 2 of the piston passing by is determined and the theoretical stroke time t H u b is calculated therefrom. If the delivery rate is changed in the meantime, this affects the stroke time t ⁇ u b and thus also the piston speed.
  • These values are then taken into account in the calculation of the tripping time, which ultimately leads to the triggering of the reversing movements in the pipe switch and in the reversing pump at the time t x or ⁇ t x .
  • a lead time for the stroke time is specified in parallel with the event measurements on the cylinder switch sensors, which, independent of the measurement processes on the cylinder switch sensors, reverses the via a parallel branch Diverter and the reversing pump can trigger.
  • the invention relates to an apparatus and a method for controlling a two-cylinder engine. Thick matter pump, the delivery pistons of which are actuated in a push-pull manner by means of a hydraulic reversing pump 6 and hydraulic drive cylinders controlled by this.
  • the delivery cylinders 50, 50 ' are connected to a delivery line 58 with a pressure switch 56 with each pressure stroke. At the end of each pressure stroke, a reversal process of the reversing pump 6 and the pipe switch 56 is triggered.
  • a computer-aided reversing device which has a measuring and Evaluation routine for metrological and / or arithmetic detection of the temporal sequence of movement of the pistons on their way between the two cylinder ends and for calculating a triggering time derived therefrom for the next reversing of the reversing pump and the pipe switch.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Zweizylinder-Dickstoffpumpe, deren Förderkolben mittels einer hydraulischen Reversierpumpe (6) und über diese angesteuerter hydraulischer Antriebszylinder im Gegentakt betätigt werden. Die Förderzylinder (50, 50') werden bei jedem Druckhub über eine Rohrweiche (56) mit einer Förderleitung (58) verbunden. Bei Beendigung eines jeden Druckhubs wird ein Umsteuervorgang der Reversierpumpe (6) und der Rohrweiche (56) ausgelöst. Um auch bei Änderung der Fördermenge eine gezielte Umsteuerung der Reversierpumpe und der Rohrweiche zu erreichen, bei denen eine vollständige Entleerung der Förderzylinder ohne Kolbenschläge in den Antriebszylindern gewährleistet ist, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass eine rechnergestützte Umsteuereinrichtung vorgesehen ist, die eine Mess- und Auswerteroutine zur messtechnischen und/oder rechnerischen Erfassung des zeitlichen Bewegungsablaufs der Kolben auf ihrem Weg zwischen den beiden Zylinderenden sowie zur Berechnung eines hieraus abgeleiteten Auslösezeitpunkts für die nächste Umsteuerung der Reversierpumpe und der Rohrweiche aufweist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Dickstoffpumpe
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Dickstoffpumpe mit zwei über stirnseitige Öffnungen in einen Materialaufgabebehälter mündenden, mittels einer hydraulischen Reversierpumpe und über diese angesteuerter hydraulischer Antriebszylinder im Gegentakt betätigbaren Förderzylindern, mit einer innerhalb des Materialaufgabebehälters angeordneten, eintrittsseitig abwechselnd an die Öffnungen der Förderzylinder anschließbaren und die jeweils andere Öffnung freigebenden und aus- trittsseitig mit einer Förderleitung verbundenen, hydraulisch betätigbaren Rohrweiche, wobei bei jedem Förderhub in mindestens zwei in vorgegebenen Abständen voneinander und von den stangen- und/oder bodenseitigen Enden der Antriebszylinder befindlichen Sensorpositionen das Vorbeilaufen der Kolben erfaßt und bei Beendigung eines Förderhubs ein Umsteuervorgang der Reversierpumpe und der Rohrweiche ausgelöst wird.
Es ist eine Vorrichtung zur Steuerung einer Zweizylinder-Dickstoffpumpe dieser Art bekannt (DE 195 42 258), bei welcher die Endlagen der Kolben der Antriebszylinder mittels Zylinderschaltsensoren zur Erzeugung von Endlagensignalen abgreifbar sind. Die Durchflussumkehr der Reversierpumpe ist dort über die Endlagensignale der Antriebszylinder auslösbar. In der Praxis werden die Endlagensignale üblicherweise über die beiden stangenseitigen Zylinderschaltsensoren ausgelöst. Beim Umsteuern der Reversierpumpe und der Rohrweiche kommt es immer wieder zu Problemen, wenn beispielsweise über eine Fernsteuerung unterschiedliche Fördermengen gefahren werden sollen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Umsteuerung der Reversierpumpe nicht momentan erfolgt. Es bedarf vielmehr einer gewissen Um- schaltzeit, innerhalb der die in einer Reversierpumpe vorhandene Schrägscheibe durchgefahren werden kann. Die Umschaltzeiten liegen bei gängigen Reversierpumpen bei ca. 0,1 sec. Bei einem Zwei-Sekunden-Hub ent- spricht diese Umschaltdauer etwa 5 % der Hubstrecke. Hinzu kommen weitere Verzögerungszeiten, beispielsweise für die Umschaltung der Relais, die in der gleichen Größenordnung liegen können. Dies bedeutet, dass für das Umsteuern der Reversierpumpe je nach Kolbengeschwindigkeit Strecken errechnet werden, die entweder zu einem Anschlagen der Kolben am Boden oder zu einer unvollständigen Entleerung der Zylinder führen können. Aus diesem Grund wurden schon bisher die Zylinderschaltsensoren zur Signalisierung des Kolbendurchlaufs im Bereich der Endpositionen im Abstand vom Stangen- oder bodenseitigen Ende der Zylinder angeordnet. Wenn also der Kolben die Sensorposition durchläuft, steht immer noch eine Kolbenlaufstrecke für die Umschaltung zur Verfügung. Bei bekannten Zweizylinder- Dickstoffpumpen wurde die Position der Zylinderschaltsensoren so gewählt, dass bei maximal möglicher Kolbengeschwindigkeit eine Umsteuerung der Reversierpumpe möglich war, die gerade zu einem Bodenkontakt des Kol- bens geführt hat. Wenn der Kolben langsamer läuft, führt dies aufgrund der konstanten Umschaltdauer der Reversierpumpe und der Ansprechzeit der Relais dazu, dass die Kolben während dieser Zeit nicht ganz bis zum benachbarten Boden laufen. Im Zylinder verbleibt also immer eine Restmenge Beton, die bei einem Kolbenhub nicht aus dem Zylinder herausgefördert wird. Dies kann zu einem Aushärten des Betons und zu Stopfern führen. Bei Einkreispumpen wird mit ein und derselben Hydraulikpumpe auch die Rohrweiche umgesteuert. Dies muß exakt in der Zeit erfolgen, in der die Kolben am bodenseitigen oder stangenseitigen Ende angelangt sind. Nur dann ist der Pumpendruck für die Umsteuerung der Rohrweiche ausreichend. Ein besonderes Problem der Einkreispumpe besteht also darin, dass die Zeitpunkte der Umsteuerung der Reversierpumpe, des Anhaltens der Kolben und der Umsteuerung der Rohrweiche exakt aufeinander abgestimmt werden müssen. Bei Zweikreispumpen, bei welchen die Rohrweiche über einen Druckspeicher umgesteuert wird, sind die Abstimmungsprobleme zwar etwas geringer. Gleichwohl ist jedoch auch hier durch eine geeignete Abstimmung dafür zu sorgen, dass der Kolben den Zylinder vollständig abfährt, um unerwünschte Restmengen in den Zylindern zu vermeiden. Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Dickstoffpumpe der eingangs angegebenen Art zu entwickeln, womit ein vollständiges Entleeren der Zylin- der bei jedem Kolbenhub möglich ist und dennoch ein unerwünschtes Anschlagen der Kolben an den Enden der Antriebszylinder vermieden wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Ansprüchen 1 und 6 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus, dass mit mindestens zwei an beliebigen Stellen der Arbeitszylinder angeordneten Zylin- derschaltsensoren, die im Abstand voneinander und von den beiden Endlagen angeordnet sind, eine Bewegungserfassung der Antriebskolben möglich ist, die unter Zuhilfenahme einer rechnergestützten Umsteuereinrichtung mit geeigneter Software eine vollständige Erfassung des Bewegungsablaufs der Kolben entlang der Arbeitszylinder und damit eine Lösung des vorstehend angegebenen Problems erlauben. Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung primär vorgeschlagen, dass die rechnergestützte Umsteuereinrichtung eine Mess- und Auswerteroutine zur messtechnischen und/oder rechnerischen Erfassung des zeitlichen Bewegungsablaufs der Kolben auf ihrem Weg zwischen den beiden Zylinderenden sowie zur Berechnung eines hier- aus abgeleiteten Auslösezeitpunkts für eine Umsteuerung der Reversierpumpe und der Rohrweiche aufweist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mess- und Auswerteroutine einen Algorithmus zur zeitlichen Erfassung des Kolben- durchgangs am Ort der Zylinderschaltsensoren sowie zur Berechnung eines hieraus abgeleiteten Auslösezeitpunkts für eine Umsteuerung der Reversierpumpe und der Rohrweiche bei jedem Kolbenhub unter Berücksichtigung einer vorgegebenen oder berechneten Bremszeit der Kolben bis zum jeweiligen Anschlag am Zylinderende aufweist. Die Bremszeit der Kolben setzt sich im Wesentlichen zusammen aus der Ansprechzeit der Umsteuerrelais und der Durchschaltzeit der Reversierpumpe.
Bei konstanter Betriebsweise ohne Fördermengenwechsel kann jedem Zeitintervall, das als Referenzwert für die Geschwindigkeit gemessen wird, ein Auslösezeitpunkt für die Umsteuerung der Reversierpumpe und der Rohrweiche zugeordnet werden. Die Zeiterfassung kann in diesem Fall beispiels- weise über den Umschaltimpuls für die Rohrweiche erfolgen. Der Abstand zwischen zwei Rohrweichenumschaltungen entspricht dann der Hubdauer. Unter Berücksichtigung der gemessenen Hubdauer wird beim Durchgang des Kolbens durch einen der beiden Zylinderschaltsensoren dann der Auslösezeitpunkt für die Umsteuerung bestimmt. Dieser Wert ist bei ein und der- selben Pumpenbauart etwa konstant. Eine Besonderheit ergibt sich, wenn die Fördermenge innerhalb eines Pumpenhubs verändert wird. In diesem Fall muß die neue Fördermenge berücksichtigt und in eine entsprechende Restlaufzeit umgerechnet werden, um den exakten Auslösezeitpunkt zu ermitteln.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht demgemäß vor, dass die Mess- und Auswerteroutine einen Algorithmus zur Berechnung der Geschwindigkeit der Kolben auf ihrem Weg zwischen den Zylinderschaltsensoren und eines hieraus abgeleiteten Auslösezeitpunkts für die Umsteuervor- gänge unter Berücksichtigung einer vorgegebenen oder berechneten Bremszeit der Kolben bis zu den jeweiligen Endanschlägen in den Zylindern aufweist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mess- und Auswerteroutine auf vorzugsweise an einem Fernsteuerorgan eingestellte
Vorgabewerte für die Fördermenge der Reversierpumpe anspricht und einen
Algorithmus zur Bestimmung des Verlaufes der Kolbengeschwindigkeit und des daraus abgeleiteten nächsten Auslösezeitpunkts für die Umsteuervorgänge nach Maßgabe der augenblicklich eingestellten Vorgabewerte aufweist. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Mess- und Auswerteroutine einen Algorithmus zur Bestimmung der Bremszeit oder des Brems- wegs der Kolben nach Maßgabe der momentan gemessenen oder berechneten Kolbengeschwindigkeit und eines daraus abgeleiteten Auslösezeitpunkts für die Umschaitvorgänge aufweist.
Verfahrensgemäß wird gemäß der Erfindung primär vorgeschlagen, dass der zeitliche Bewegungsablauf der Kolben auf ihrem Weg zwischen den beiden Zylinderenden gemessen und/oder berechnet und daraus der jeweils nächste Auslösezeitpunkt für die Umsteuervorgänge abgeleitet wird. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kolbendurchgänge am Ort der Zylinderschaltsensoren in zeitlicher Relation zueinander erfaßt wer- den und dass daraus der Auslösezeitpunkt für die jeweils folgende Umsteuerung der Reversierpumpe und der Rohrweiche unter Berücksichtigung einer vorgegebenen oder berechneten Bremszeit der Kolben bis zum jeweiligen Endanschlag am Zylinder berechnet wird. Dabei kann die Geschwindigkeit der Kolben auf ihrem Weg zwischen den ausgewählten Zylinderschaltsenso- ren berechnet und hieraus der nächste Zeitpunkt für die Umsteuervorgänge abgeleitet werden.
Eine weitere bevorzugte Verfahrensweise besteht darin, dass der zeitliche Bewegungsablauf der Kolben über ferngesteuerte Vorgabewerte für die För- dermenge geändert wird und dass aus dem nach Maßgabe der Vorgabewerte berechneten Bewegungsablauf der Kolben unter Berücksichtigung einer hierdurch modifizierten Bremszeit der nächste Auslösezeitpunkt für die Umsteuervorgänge abgeleitet wird. Dazu kann es zweckmäßig sein, dass die Bremszeit oder der Bremsweg der Kolben aus der gemessenen oder be- rechneten momentanen Kolbengeschwindigkeit unter jeweiliger Berücksichtigung der gerätespezifischen Ansprech- und Umschaltzeiten der Reversier- pumpe ermittelt und daraus der jeweils nächste Auslösezeitpunkt berechnet wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schema- tischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Zweizylinder-Dickstoffpumpe in teilweise geschnittener schaubildlicher Darstellung;
Fig. 2 ein Schaltschema einer rechnergestützten Antriebshydraulik für die Zweizylinder-Dickstoffpumpe;
Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 2 mit einigen Maßangaben für die Berechnung eines bevorzugten Auslösezeitpunkts;
Fig. 4 ein Geschwindigkeits-/Zeit-Diagramm der Kolbenbewegung entlang den Antriebszylindern;
Fig. 5 ein Flussdiagramm der Mess- und Auslöseroutine.
Die in Fig. 2 und 3 dargestellte Steuerungsanordnung ist für eine Dickstoff- pumpe entsprechend Fig. 1 bestimmt. Die Dickstoffpumpe weist zwei Förderzylinder 50,50' auf, deren stirnseitige Öffnungen 52 in einen Materialaufgabebehälter 54 münden und abwechselnd während des Druckhubs über eine Rohrweiche 56 mit einer Förderleitung 58 verbindbar sind. Die Förderzylinder 50,50' werden über hydraulische Antriebszylinder 5,5' und eine Re- versierhydropumpe 6 im Gegentakt angetrieben. Zu diesem Zweck sind die Förderkolben 60,60' der Förderzylinder 50,50' mit den Kolben 8,8' der Antriebszylinder 5,5' über eine gemeinsame Kolbenstange 9,9' verbunden.
Die Antriebszylinder 5,5' werden bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel bo- denseitig über Hydraulikleitungen 11 ,11' des Hydraulikkreislaufs mit Hilfe der Reversierpumpe 6 mit Drucköl beaufschlagt und sind an ihrem stangenseiti- gen Ende über eine Schaukelölleitung 12 hydraulisch miteinander verbunden. Die Bewegungsrichtung der Antriebskolben 8,8' und damit der gemeinsamen Kolbenstange 9,9' wird dadurch umgekehrt, dass die Durchflussrich- tung der Reversierpumpe 6 über eine einen Computer 14 und einen Verstellmechanismus 16 enthaltende Umsteuereinrichtung 18 umgekehrt wird. Die Reversierpumpe 6 weist zu diesem Zweck eine Schrägscheibe 62 auf, die bei der Umsteuerung durch ihre Nulllage hindurchgeschwenkt wird, so dass sich die Förderrichtung des Drucköls in den Hydraulikleitungen 11 ,11' umkehrt. Die Fördermenge der Reversierpumpe 6 kann bei vorgegebener Drehzahl eines nicht dargestellten Antriebsmotors durch den Schwenkwinkel der Schrägscheibe 62 variiert werden. Der Schwenkwinkel der Schrägscheibe 62 kann dabei über ein Fernsteuergerät 64 mit Unterstützung des Computers 14 verstellt werden. , Die Umsteuerung der Reversierpumpe und der Rohrweiche 56 erfolgt, sobald die Kolben 8, 8' der Antriebszylinder 5, 5' ihre Endlage erreichen. Die Umsteuereinrichtung verwertet Ausgangssignale der jeweils im Abstand von den stangenseitigen und bodenseitigen Enden der beiden Antriebszylinder 5,5' angeordneten Zylinderschaltsensoren 20,22 und 20',22\ die ausgangs- seitig mit dem Rechner 14 der Umsteuereinrichtung 18 verbunden sind. Die Zylinderschaltsensoren sprechen auf die beim Pumpbetrieb vorbeilaufenden Antriebskolben 8,8' an und signalisieren dieses Ereignis an den Rechnereingang 66,68. Beim Auftreten der Ausgangssignale wird in der Umsteuerein- richtung zeitverzögert ein Umsteuersignal 76 ausgelöst, das die Reversierpumpe 6 über den Verstellmechanismus 16 umsteuert. Im Zuge des Umsteuervorgangs wird außerdem über ein Signal 77 eine Umsteuerung der Rohrweiche 56 über das Wegeventil 79 und die Plungerzylinder 72,72' ausgelöst. Im Normalbetrieb werden primär die Signale der stangenseitigen Zy- linderschaltsensoren 20,20' zur Erzeugung eines Umsteuersignais verwendet. Dazu weist der Rechner 14 eine Mess- und Auswerteroutine 40 (vgl. Fig. 5) auf, in welcher die Ausgangssignale der stangenseitigen Zylinderschalt- sensoren 20,20' unter Bildung eines Umsteuersignais 76,77 für die Reversierpumpe 6 und/oder die Rohrweiche 56 ausgewertet werden.
Im Folgenden werden anhand der Fig. 3 und 4 die der Mess- und Auswerte- routine 40 zugrunde liegenden Berechnungsmethoden näher erläutert.
In Fig. 3 sind die stangenseitigen Zylinderschaltsensoren 20,20' mit Si und S2 bezeichnet. Dementsprechend sind die Sensorpositionen vom bodenseitigen Ende der Antriebszylinder aus mit Xsi und Xs2 bezeichnet, während die Nutzlänge des Zylinders, die sich aus der Zylinderlänge abzüglich Kolbenlänge errechnet, mit Xzyι bezeichnet ist. Hierbei handelt es sich um den maximalen Kolbenhub. Die Positionen Xsi, Xs2 der Zylinderschaltsensoren und die Nutzlänge Xzyι sind bekannt.
Ziel der Erfindung ist die Berechnung einer Position Xx bzw. die zugehörige Zeit tx für den Kolbendurchlauf an der Stelle Xx, von der aus die Reversierpumpe umgesteuert werden muss, damit ein vollständiger Kolbenhub ohne hartes Anschlagen am Zylinderboden erzielt werden kann. Diese Position ist abhängig von der Fördermenge, jedoch unabhängig von der Position der Zylinderschaltsensoren (vgl. Fig. 4). Die Geschwindigkeit VK des Kolbens ergibt sich aus der Nutzungslänge Xzyι und der Hubzeit sowie den Beschleunigungs- und Bremswegen und -Zeiten Xßeschi, Xβrems, tßeschi, terems zu:
τ - - Zyl ■**■ Beschl ^ Brems JA = — - κ l tHub — t l Beschl - t l Brems
Der Brems- oder Auslösepunkt für die Umsteuerung ergibt sich zu:
Xx = Xzyl — Xßrems wobei zur Vereinfachung von einer konstanten Bremsbeschleunigung bbrems ausgegangen wird:
tbrems = V rems-
Hieraus ergibt sich
Figure imgf000011_0001
Der Bremszeitpunkt bestimmt sich demgemäß zu
X, 'Hub X Zyl
Eine genauere Bestimmung des Auslösezeitpunkts ist möglich, wenn zusätz- lieh die Informationen des Kolbendurchlaufs durch die Schalterpositionen Si bzw. S2 hinzugenommen werden. So errechnet sich beispielsweise die Zeit zwischen dem Hubanfang und dem Schalter 1 zu xs lxS1 v ''Hub Λ Zyl
Für die Auslösezeit vom Schalter 1 aus ergibt sich ein Wert
Δ^d — tχ tχS
Entsprechendes gilt für die Position xs des Zylinderschaltsensors S2: tx2 = tx -txS2 Falls die Schalter Si bzw. S2 vor dem Auslösezeitpunkt überfahren werden, wird die Zeit Δtxι bzw. Δtx2 nach dem Überfahren des Zylinderschaltsensors beginnen. Liegen die Zylinderschaltsensoren hinter der Auslöseposition, so wird die Auslösezeit ab Hubbeginn berechnet.
Analog zu den vorstehend beschriebenen Berechnungsmethoden kann der Auslösezeitpunkt auch bei einer Änderung der Fördermenge bestimmt werden. Dazu ist die Nutzlänge Xzyι in Abhängigkeit von der Fördermengenänderung aufzuteilen und die neue Geschwindigkeit VK des Kolbens für die Berechnung der Bremszeit anzusetzen. Diese ist aufgrund der vorgegebenen Fördermenge bekannt.
Das Flussdiagramm der Mess- und Auswerteroutine 40 in Fig. 5 veranschaulicht die Mess- und Steuerungsvorgänge während der Kolbenbewegung in den Arbeitszylindern. An den Positionen Si und S2 der Zylinderschaltsensoren wird der Zeitpunkt tsi und ts2 des vorbeilaufenden Kolbens ermittelt und daraus die theoretische Hubzeit tHub berechnet. Falls zwischendurch die Fördermenge geändert wird, wirkt sich dies auf die Hubzeit tπub und damit auch auf die Kolbengeschwindigkeit aus. Diese Werte werden dann berücksichtigt bei der Berechnung der Auslösezeit, die schließlich im Zeitpunkt tx bzw. Δtx zur Auslösung der Umsteuerbewegungen in der Rohrweiche und in der Reversierpumpe führen.
Um einen sicheren Betontransport auch beim Ausfallen des einen oder an- deren Zylinderschaltsensors S,S2 zu gewährleisten, wird parallel zu den Ereignismessungen an den Zylinderschaltsensoren eine Vorhaltezeit für die Hubzeit vorgegeben, die unabhängig von den Messvorgängen an den Zylinderschaltsensoren über einen Parallelzweig eine Umsteuerung der Rohrweiche und der Reversierpumpe auslösen kann.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Zweizylinder- Dickstoffpumpe, deren Förderkolben mittels einer hydraulischen Reversierpumpe 6 und über diese angesteuerter hydraulischer Antriebszylinder im Gegentakt betätigt werden. Die Förderzylinder 50, 50' werden bei jedem Druckhub über eine Rohrweiche 56 mit einer Förderleitung 58 verbunden. Bei Beendigung eines jeden Druckhubs wird ein Umsteuervorgang der Reversierpumpe 6 und der Rohrweiche 56 ausgelöst. Um auch bei Änderung der Förderleistung eine gezielte Umsteuerung der Reversierpumpe und der Rohrweiche zu erreichen, bei denen eine vollständige Entleerung der Förderzylinder ohne Kolbenschläge in den Antriebszylindern gewährleistet ist, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass eine rechnergestützte Umsteuereinrichtung vorgesehen ist, die eine Mess- und Auswerteroutine zur messtechnischen und/oder rechnerischen Erfassung des zeitlichen Bewegungsablaufs der Kolben auf ihrem Weg zwischen den beiden Zylinderenden sowie zur Berechnung eines hieraus abgeleiteten Auslösezeitpunkts für die nächste Umsteuerung der Reversierpumpe und der Rohrweiche aufweist.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Steuerung einer Dickstoffpumpe mit zwei über stirnseitige Öffnungen (52) in einen Materialaufgabebehälter (54) mündenden, mittels mindestens einer hydraulischen Reversierpumpe (6) und über diese angesteuerter hydraulischer Antriebszylinder (5,5') im Gegentakt betätigbaren Förderzylindern (50,50'), mit einer innerhalb des Materialaufgabebehälters (54) angeordneten, eintrittsseitig abwechselnd an die Öffnungen (52) der Förderzylinder (50,50') anschließbaren und die je- weils andere Öffnung freigebenden und austrittsseitig mit einer Förderleitung (58) verbundenen, hydraulisch betätigbaren Rohrweiche (56), wobei die Antriebszylinder (5,5') an ihrem einen Ende über je eine Hydraulikleitung (11 ,11') mit einem Anschluß der Reversierpumpe (6) und an ihrem anderen Ende über eine Schaukelölleitung (12) miteinander hydraulisch verbunden sind, mit mindestens zwei in vorgegebenen Abständen voneinander und von den Stangen- und/oder bodenseitigen Enden der Antriebszylinder (5,5') angeordneten, auf einen vorbeilaufenden Kolben (8,8') der Antriebszylinder ansprechenden Zylinderschaltsensoren (20,20';22,22'), und mit einer auf Ausgangssignale aus- gewählter Zylinderschaltsensoren ansprechenden Einrichtung (18) zur Umsteuerung der Reversierpumpe (5) und der Rohrweiche (56) nach Ablauf eines jeden Kolbenhubs, dadurch gekennzeichnet, dass die rechnergestützte Umsteuereinrichtung eine Mess- und Auswerteroutine zur messtechnischen und/oder rechnerischen Erfassung des zeitlichen Bewegungsablaufs der Kolben auf ihrem Weg zwischen den beiden Zylinderenden sowie zur Berechnung eines hieraus abgeleiteten Auslösezeitpunkts für eine Umsteuerung der Reversierpumpe und der Rohrweiche aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Auswerteroutine einen Algorithmus zur zeitlichen Erfassung des Kolbendurchgangs am Ort der Zylinderschaltsensoren sowie zur Berechnung eines hieraus abgeleiteten Auslösezeitpunkts für eine Umsteuerung der Reversierpumpe und der Rohrweiche bei jedem Kolbenhub unter Berücksichtigung einer vorgegebenen oder berechneten Bremszeit der Kolben bis zum jeweiligen Endanschlag am Zylinder aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Auswerteroutine einen Algorithmus zur Berechnung der Geschwindigkeit der Kolben auf ihrem Weg zwischen den Zylinder- schaltsensoren und eines hieraus abgeleiteten Auslösezeitpunkts für die nächsten Umsteuervorgänge unter Berücksichtigung einer vorgegebenen oder berechneten Bremszeit der Kolben bis zum jeweiligen Endanschlag am Zylinder aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Auswerteroutine auf vorzugsweise über ein Fernsteuerorgan eingestellte Vorgabewerte für die Fördermenge der Reversierpumpe anspricht und einen Algorithmus zur Bestimmung des Verlaufs der Kolbengeschwindigkeit und des daraus abgeleiteten Auslösezeitpunkts für die nächsten Umsteuervorgänge nach Maßgabe der augenblicklich eingestellten Vorgabewerte aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Auswerteroutine einen Algorithmus zur Bestimmung der Bremszeit oder des Bremswegs der Kolben nach Maßgabe der momentan gemessenen oder berechneten Kolbengeschwindigkeit und eines daraus abgeleiteten Auslösezeitpunkts für die Umschaltvorgänge aufweist.
6. Verfahren zur Steuerung einer Dickstoffpumpe mit zwei über stirnseitige Öffnungen (52) in einen Materialaufgabebehälter (54) mündenden, mittels einer hydraulischen Reversierpumpe (6) und über diese ange- steuerter hydraulischer Antriebszylinder (5,5') im Gegentakt betätigbaren Förderzylindern (50,50'), mit einer innerhalb des Materialaufgabebehälters (54) angeordneten, eintrittsseitig abwechselnd an die Öffnungen (52) der Förderzylinder (50,50') anschließbaren und die jeweils an- dere Öffnung freigebenden und austrittsseitig mit einer Förderleitung (58) verbundenen, hydraulisch betätigbaren Rohrweiche, wobei bei jedem Förderhub in mindestens zwei in vorgegebenen Abständen voneinander und von den Stangen- und bodenseitigen Enden der Antriebszylinder befindlichen Sensorpositionen das Vorbeilaufen der Kolben er- faßt und ein Umsteuervorgang der Reversierpumpe (6) und/oder der Rohrweiche (56) ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Bewegungsablauf der Kolben auf ihrem Weg zwischen den beiden Zylinderenden gemessen und/oder berechnet und daraus der Auslösezeitpunkt für die jeweils nächsten Umsteuervorgänge abgeleitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbendurchgänge am Ort der Zylinderschaltsensoren in zeitlicher Relation zueinander erfaßt werden und dass daraus der Auslösezeitpunkt für die jeweils folgende Umsteuerung der Reversierpumpe und der Rohrweiche unter Berücksichtigung einer vorgegebenen oder berechneten Bremszeit der Kolben bis zum jeweiligen Endanschlag am Zylinder berechnet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Kolben auf ihrem Weg zwischen den ausgewählten Zylinderschaltsensoren berechnet und dass hieraus der Auslösezeitpunkt für die jeweils folgende Umsteuerung der Reversierpumpe und der Rohrweiche unter Berücksichtigung einer vorgegebenen oder berechneten Bremszeit der Kolben bis zum jeweiligen Endanschlag am Zylinder abgeleitet wird.
. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Bewegungsablauf der Kolben über ferngesteuerte Vorgabewerte für die Fördermenge geändert wird, und dass aus dem nach Maßgabe der Vorgabewerte berechneten Bewegungsablauf der Kolben unter Berücksichtigung einer hierdurch modifizierten Bremszeit der Auslösezeitpunkt für die folgenden Umsteuervorgänge abgeleitet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeich- net, dass die Bremszeit oder der Bremsweg der Kolben aus der gemeinsamen oder berechneten Kolbengeschwindigkeit unter jeweiliger Berücksichtigung der gerätespezifischen Ansprech- und Umschaltzeiten der Reversierpumpe ermittelt und daraus der jeweils nächste Auslösezeitpunkt berechnet wird.
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