WO2010020376A1 - Device for providing a pressure for a hydraulic consumer and method for providing a pressure - Google Patents

Device for providing a pressure for a hydraulic consumer and method for providing a pressure Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a device for providing a pressure for a hydraulic consumer and a method for providing a pressure for a hydraulic consumer.
  • Hydraulic consumers for example. Spraying cylinder, lock cylinder or screw motors must be supplied with a hydraulic fluid having a predetermined pressure. Especially when such consumers each require a short time large quantities of pressure medium, the regulation of the pressure provided must respond accordingly quickly.
  • the accumulator assembly is controlled by an actual pressure in the pressure accumulator is compared with a desired pressure and, accordingly, the speed of a drive motor is changed.
  • the regulation of the pressure is still slow, so that a relatively large accumulator must be provided.
  • a device for providing pressure to a hydraulic consumer comprising a tank for providing a hydraulic fluid and a hydraulic pump fed from the tank and adapted to provide pressure at its outlet.
  • An electric motor is provided for driving the hydraulic pump and a pressure transducer for indicating the output from the hydraulic pump pressure.
  • the frequency converter receives the signal indicated by the pressure transducer and is set to control the pressure provided by the hydraulic pump by controlling the speed of the electric motor.
  • the frequency converter for sensorless control of the electric motor is set up by means of a vector control.
  • sensorless is used synonymously with the term encoderless, with an encoder being understood as a device that measures the speed of the electric motor.
  • the electric motor is designed as an asynchronous motor, since an asynchronous motor is particularly suitable for sensorless or encoderless control.
  • a forced cooling fan is provided to the radiator of the electric motor, eliminating the need to provide a separate fan that changes the load behavior of the induction motor.
  • an accumulator is additionally provided for storing the pressure provided by the hydraulic pump.
  • a minimum amount can be set at low speeds in order to avoid low speeds.
  • the pressure can be stably controlled over a wide speed range.
  • a filter is provided between the outlet of the hydraulic pump and the hydraulic filter, whereby clogging of the throttle valve can be avoided.
  • the hydraulic pump is operated in a speed range with speeds n> 2 Hz, because in this higher speed range, the engine models of the vector control are carried out very close to reality.
  • a constant pump is used in the preferred form.
  • a constant pump is characterized by a constant displacement volume; the flow rate essentially results from the product of displacement volume and speed. A change in the flow rate is thus adjusted by a change in the speed.
  • the invention also relates to a method for providing a pressure with the following steps: first, a device according to the invention is provided, after which the actual value of the pressure provided by the hydraulic pump is compared with a desired value.
  • the speed of the electric motor is controlled sensorless by means of a vector control.
  • variable-speed pump drive is created, which is composed of inexpensive components.
  • FIG. 1 shows a hydraulic system with a device according to the invention for generating a pressure
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a hydraulic system
  • FIG 3 shows a third embodiment of a hydraulic system with a device according to the invention for generating a pressure.
  • FIG. 1 shows a hydraulic system with a hydraulic consumer 2 and a device 1 for generating a pressure for the electrical load 2.
  • the device comprises a tank 4, a hydraulic pump 3, a throttle valve 15, a check valve 12, a pressure transducer 9, and a control device 11.
  • the control device 11 includes a frequency converter 8, an electric motor 6 and a forced cooling fan 10.
  • the forced cooling fan 10 has the task of cooling the electric motor 6.
  • the tank 4 contains a hydraulic fluid, for example a hydraulic oil, with which the hydraulic pump 3, which is designed as a constant displacement pump according to the displacement principle, is supplied.
  • a pressure p 0 is provided at the output of the pump 5, which serves to operate the hydraulic consumer 2.
  • a check valve 12 is provided between the output 5 of the hydraulic pump 3 and the designated by the reference P terminal of the hydraulic consumer 2. This check valve is arranged so that a return flow of hydraulic fluid from the hydraulic consumer 2 is prevented in the hydraulic pump 3. The check valve 12 thus protects the hydraulic pump 3 from the system pressure generated by the hydraulic consumer 2.
  • the pressure p 0 is received by the pressure transducer 9, which outputs an electrical signal I whose characteristics are dependent on the pressure p 0 .
  • This electrical signal I is applied to a first input of the frequency converter 8, which receives at a second input an electrical signal S representing a desired value for the pressure.
  • At its output of the frequency converter 8 outputs the electrical sinusoidal signals U, V, W, with which the stator windings of the induction motor are acted upon.
  • the signals U, V, W are each phase shifted by 120 degrees and thus provide a three-phase current available.
  • the magnitude of the voltage, the magnitude of the current and the frequency of the electrical signals U, V, W determine the rotational speed of the asynchronous motor 6.
  • the hydraulic pump 3 is preferably designed as an internal gear pump or external gear pump.
  • the rotary motion generated by the asynchronous motor 6 rotates the gears of the hydraulic pump 3, so that the pressure p 0 at the output 5 of the hydraulic pump 3 is generated.
  • the manipulated variable for the regulation of the pressure is the speed of the asynchronous motor 6, resulting in the speed of the gears and the flow rate of the hydraulic pump 3 results.
  • the assembly of hydraulic pump 3, electric motor 6 and frequency converter 8 form a unit of a variable-speed pump drive.
  • the frequency converter 8 controls the asynchronous motor 6 only.
  • the frequency converter 8 uses as a control method no U / f control, but a sensorless current or voltage vector control.
  • the control loop is closed via the pressure transducer 9.
  • the frequency converter 8 contains an image of the asynchronous machine, the image of the asynchronous machine corresponding to a replacement circuit diagram of complex resistors.
  • Speeds ⁇ 2 Hz is mathematically complex to calculate and may be inaccurate given the computing power. For this reason, the image is usually in the frequency ter 8 only implemented from 2 Hz and in some versions from 4 Hz.
  • the throttle valve 15 may, for example, be designed as a nozzle o as a switching valve.
  • a PI or a PID controller is integrated, which regulates the pressure p 0 on the basis of the actual signal I and the desired signal S.
  • the output signals of the frequency converter 8 are changed, the change taking place due to the values for the engine speed stored in the frequency converter.
  • a frequency converter 8 with an integrated vector control for example, under the product name "IndraDrive Fc" from Bosch Rexroth can be used for distributed frequency converters.
  • the sensorless vector control has the advantage that it can respond quickly to a target-actual difference.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a hydraulic system 1; in which the pressure p 0 is provided according to the invention for the hydraulic consumer 2.
  • the device 1 for generating a pressure additionally has a filter 20 and a cooler 21.
  • the filter 20 is connected behind the output 5 of the hydraulic pump 3, so that the hydraulic fluid, which flows to the throttle valve 15, the check valve 12 or the pressure transducer 9, also called pressure transducer 9, first passes the filter 20.
  • the filter 20 ensures that the so-called by-pass amount, d. H. , the amount of hydraulic fluid flowing through the throttle valve 15 is ensured by preventing clogging of the throttle valve.
  • the radiator 21 is provided for reflux to the tank 4 to cool the by-pass amount.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a device 1 for generating a pressure for a hydraulic consumer 2.
  • the device 1 has a throttle check valve 16 and a reservoir 17. If the hydraulic consumer 2 short-term requires a large amount of hydraulic fluid can these are provided by the memory 17 for a short time by the biased in the memory 17 amount.
  • the memory covers the dynamic requirements of the system, which increases the dynamics of the system, ie that even large changes in consumption can be compensated quickly.
  • the throttle check valve 16 is provided between the reservoir 17 and the inlet P of the hydraulic consumer 2. In the direction from the memory 17 to the port P of the hydraulic consumer 2, the volume flow is free. In the opposite direction he is throttled against it.
  • the memory 17 can be quickly discharged into the system. However, the throttling causes the memory 17 can be loaded defined and thus a reaction of the membranes or the bubbles of the memory 17 is prevented to the pressure control. The disturbance function of the vibrating element in the memory 17 is thus largely linearized or eliminated.
  • the throttle check valve 16 can also be replaced by a check valve with nozzle bore in the valve.
  • the memory is provided directly at the input P of the hydraulic consumer 2 see.

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Abstract

The invention relates to a device for providing a pressure for a hydraulic consumer (2), wherein the device (1) has a tank (4) for providing hydraulic fluid. A hydropump (3) is fed from the tank (4), and is equipped for providing a pressure (p0) at the outlet (5) thereof. An electric motor (6) is provided for actuating the hydropump, and a pressure transmitter (9) serves for displaying the pressure (p0) put out by the hydropump (3). A frequency converter is provided for receiving the signal displayed by the pressure transmitter (9), wherein the frequency converter (8) is equipped for regulating the pressure (p0) provided by the hydropump (3) by means of actuating the rotational speed of the electric motor (6). The frequency converter (8) actuates the electric motor (6) without any sensors by means of a vector regulator.

Description

Beschreibungdescription
Vorrichtung zum Bereitstellen eines Drucks für einen hydraulischen Verbraucher und Verfahren zum Bereitstellen eines DrucksDevice for providing a pressure for a hydraulic consumer and method for providing a pressure
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines Drucks für einen hydraulischen Verbraucher und ein Verfahren zum Bereitstellen eines Drucks für einen hydraulischen Verbraucher.The invention relates to a device for providing a pressure for a hydraulic consumer and a method for providing a pressure for a hydraulic consumer.
Hydraulische Verbraucher, bspw. Spritzzylinder, Schließzylinder oder Schneckenmotoren müssen mit einer Hydraulikflüssigkeit, die einen vorbestimmten Druck hat, versorgt werden. Be- sonders wenn derartige Verbraucher jeweils kurzzeitig große Druckmittelmengen benötigen, muss die Regelung des zur Verfügung gestellten Drucks entsprechend schnell reagieren. In der DE 199 58 256 B4 wird die Druckspeicheranordnung angesteuert, indem ein Ist-Druck im Druckspeicher mit einem Soll-Druck verglichen wird und dementsprechend die Drehzahl eines Antriebmotors verändert wird. Allerdings ist bei den im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen die Regelung des Drucks noch immer langsam, sodass ein relativ großer Druckspeicher vorgesehen werden muss .Hydraulic consumers, for example. Spraying cylinder, lock cylinder or screw motors must be supplied with a hydraulic fluid having a predetermined pressure. Especially when such consumers each require a short time large quantities of pressure medium, the regulation of the pressure provided must respond accordingly quickly. In DE 199 58 256 B4, the accumulator assembly is controlled by an actual pressure in the pressure accumulator is compared with a desired pressure and, accordingly, the speed of a drive motor is changed. However, in the devices known in the prior art, the regulation of the pressure is still slow, so that a relatively large accumulator must be provided.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines Drucks für einen hydraulischen Verbraucher bereitzustellen, mit dem eine schnellere Regelung bereitgestellt werden kann. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zum Bereitstellen eines Drucks bereitzustellen. Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.It is therefore an object of the invention to provide a device for providing a pressure for a hydraulic consumer, with which a faster control can be provided. It is also an object of the invention to provide a corresponding method for providing a pressure. These objects are achieved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Es wird eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines Drucks für einen hydraulischen Verbraucher zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung einen Tank zum Bereitstellen einer Hydraulikflüssigkeit und eine Hydropumpe, die aus dem Tank gespeist wird und die zum Bereitstellen eines Drucks an ihrem Ausgang eingerichtet ist, aufweist.There is provided a device for providing pressure to a hydraulic consumer, the device comprising a tank for providing a hydraulic fluid and a hydraulic pump fed from the tank and adapted to provide pressure at its outlet.
Ein Elektromotor ist zum Ansteuern der Hydropumpe und ein Druckmessaufnehmer zum Anzeigen des von der Hydropumpe ausgegebenen Drucks vorgesehen sind. Der Frequenzumrichter emp- fängt das vom Druckmessaufnehmer angezeigte Signal und ist zum Regeln des von der Hydropumpe bereitgestellten Drucks durch Ansteuern der Drehzahl des Elektromotors eingerichtet. Dabei ist der Frequenzumrichter zum sensorlosen Ansteuern des Elektromotors mittels einer Vektorregelung eingerichtet. Der Ausdruck sensorlos wird synonym mit dem Ausdruck geberlos verwendet, wobei ein Geber als eine Vorrichtung, die die Drehzahl des Elektromotors misst, aufgefasst wird.An electric motor is provided for driving the hydraulic pump and a pressure transducer for indicating the output from the hydraulic pump pressure. The frequency converter receives the signal indicated by the pressure transducer and is set to control the pressure provided by the hydraulic pump by controlling the speed of the electric motor. In this case, the frequency converter for sensorless control of the electric motor is set up by means of a vector control. The term sensorless is used synonymously with the term encoderless, with an encoder being understood as a device that measures the speed of the electric motor.
Dadurch, dass die Ansteuerung des Elektromotors sensorlos er- folgt, braucht kein Geber auf der Welle des in der Regel a- synchronen Motors vorgesehen werden. Dies verringert nicht nur den Aufwand für den Elektromotor, sondern vereinfacht auch die Regelung im Frequenzumrichter. Als Frequenzumrichter kann eine einfache Ausführung mit einer Vektorregelung be- nutzt werden, da Frequenzumrichter für Regelungen mit Geber in der Regel aufwändig und kostenintensiv sind. Zudem sind sensorlose Vektorregelungen durch kurze Reaktionszeiten bei Soll-Wertänderungen und durch kurze Ausregelzeiten bei Last- änderungen gekennzeichnet. Somit wird die Regelung dynamischer und kann schneller die geforderten Druckmengen einem Verbraucher zur Verfügung stellen.Due to the fact that the control of the electric motor takes place sensorless, no encoder needs to be provided on the shaft of the generally a-synchronous motor. This not only reduces the cost of the electric motor, but also simplifies the control in the frequency converter. As a frequency converter, a simple version with a vector control can be used, since frequency converters for control systems with encoders are usually complex and cost-intensive. In addition, sensorless vector controls are characterized by short reaction times with setpoint value changes and short settling times when load changes occur. Changes marked. Thus, the control becomes more dynamic and can provide the required pressure quantities to a consumer faster.
In einer Ausführungsform ist der Elektromotor als Asynchronmotor ausgebildet, da ein Asynchronmotor sich besonders für die sensorlose bzw. geberlose Ansteuerung eignet.In one embodiment, the electric motor is designed as an asynchronous motor, since an asynchronous motor is particularly suitable for sensorless or encoderless control.
Falls ein Fremdlüfter zum Kühler des Elektromotors vorgesehen ist, entfällt die Notwendigkeit, einen eigenen Lüfter vorzusehen, der das Lastverhalten des Asynchronmotors verändert.If a forced cooling fan is provided to the radiator of the electric motor, eliminating the need to provide a separate fan that changes the load behavior of the induction motor.
In einer Ausführungsform ist zusätzlich ein Druckspeicher zum Speichern des von der Hydropumpe bereitgestellten Drucks vor- gesehen. Damit können große Druckmittelmengen, die auch die schnelle Regelung überfordern würden, kurzfristig zur Verfügung gestellt werden.In one embodiment, an accumulator is additionally provided for storing the pressure provided by the hydraulic pump. Thus, large quantities of pressure medium, which would also overwhelm the fast control, be made available at short notice.
Mittels eines Drosselventils zwischen dem Ausgang der Hydro- pumpe und einem Eingang des Tanks kann bei niedrigen Drehzahlen eine Mindestmenge vorgegeben werden, um niedrige Drehzahlen zu vermeiden.By means of a throttle valve between the output of the hydraulic pump and an inlet of the tank, a minimum amount can be set at low speeds in order to avoid low speeds.
Mit einem PID-Regler im Frequenzumrichter kann der Druck über einen weiten Drehzahlbereich stabil geregelt werden.With a PID controller in the frequency converter, the pressure can be stably controlled over a wide speed range.
In einer Ausführungsform ist ein Filter zwischen dem Ausgang der Hydropumpe und dem hydraulischen Filter vorgesehen, womit ein Verstopfen des Drosselventils vermieden werden kann.In one embodiment, a filter is provided between the outlet of the hydraulic pump and the hydraulic filter, whereby clogging of the throttle valve can be avoided.
In einer weiteren Ausführungsform ist' ein Kühler zwischen dem Ausgang des hydraulischen Verbrauchers und dem Eingang des Tanks vorgesehen. Damit kann die rückgeführte Hydraulikflüssigkeit gekühlt werden.In a further embodiment, 'a cooler between the output of the hydraulic consumer, and the input of the Tanks provided. Thus, the recirculated hydraulic fluid can be cooled.
Vorzugsweise wird die Hydropumpe in einem Drehzahlbereich mit Drehzahlen n > 2 Hz betrieben, weil in diesem höheren Drehzahlbereich die Motormodelle der Vektorregelung recht reali- tätsnah ausgeführt sind.Preferably, the hydraulic pump is operated in a speed range with speeds n> 2 Hz, because in this higher speed range, the engine models of the vector control are carried out very close to reality.
Als Hydropumpe wird in bevorzugten Form eine Konstantpumpe verwendet. Eine Konstantpumpe ist durch ein konstantes Verdrängungsvolumen gekennzeichnet; der Förderstrom ergibt sich im Wesentlichen aus dem Produkt aus Verdrängungsvolumen und Drehzahl. Eine Änderung des Förderstroms wird somit durch eine Veränderung der Drehzahl eingestellt.As a hydraulic pump, a constant pump is used in the preferred form. A constant pump is characterized by a constant displacement volume; the flow rate essentially results from the product of displacement volume and speed. A change in the flow rate is thus adjusted by a change in the speed.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bereitstellen eines Drucks mit folgenden Schritten: zunächst wird eine er- findungsgemäße Vorrichtung bereitgestellt, woraufhin der Ist- Wert des von der Hydropumpe bereitgestellten Drucks mit einem Soll-Wert verglichen wird. Die Drehzahl des Elektromotors wird sensorlos mittels einer Vektorregelung angesteuert.The invention also relates to a method for providing a pressure with the following steps: first, a device according to the invention is provided, after which the actual value of the pressure provided by the hydraulic pump is compared with a desired value. The speed of the electric motor is controlled sensorless by means of a vector control.
Neben dem oben beschriebenen verbesserten dynamischen Verhaltens gibt es auch gegenüber drehzahlkonstanten Regelungen Vorteile. Bei drehzahlkonstanten Regelungen dreht sich dieIn addition to the improved dynamic behavior described above, there are also advantages over speed-constant controls. For speed-constant control turns the
Pumpe mit der Nennfrequenz des Elektromotors und das Verdrängungsvolumen wird erhöht, wenn der Druck erhöht werden soll. Auch wenn nur geringe Flüssigkeitsmengen gefördert werden sollen, muss die Pumpe und der Asychronmotor mit der Nenn- drehzahl betrieben werden. Die Energie für diese Drehbewegung muss durch elektrische Energie in das System eingebracht werden. Somit sinkt bei dem vorgestellten Verfahren der Stromverbrauch, da die Drehzahl verringert wird, wenn wenig Flüssigkeit durch die Hydropumpe gefördert werden muss . Zudem verringern sich das von dem Elektromotor erzeugten Geräusch, da nicht permanent die Pumpe mit der Nennfrequenz läuft, sondern das Geräusch nur soweit entsteht, wie es erforderlich ist, um den gewünschten Druck zur Verfügung zu stellen. Somit wird das Steuergeräusch der Hydraulik zu einem bedarfsorientierten Geräusch reduziert. Aufgrund der verbesserten Rege- lung wird auch der Wärmeeintrag in das Flüssigkeitsmedium verringert, da eine Pumpe mit geringem Leckstrom verwendet werden kann.Pump with the rated frequency of the electric motor and the displacement volume is increased when the pressure is to be increased. Even if only small quantities of liquid are to be pumped, the pump and the asynchronous motor must be operated at the rated speed. The energy for this rotation must be introduced into the system by electrical energy. Thus, in the presented method, the power consumption decreases because the speed is reduced when little liquid needs to be conveyed through the hydraulic pump. In addition, the noise generated by the electric motor is reduced because the pump does not permanently run at the rated frequency, but the noise is generated only to the extent necessary to provide the desired pressure. Thus, the control noise of the hydraulics is reduced to a demand-based noise. Due to the improved control, the heat input into the fluid medium is also reduced since a pump with low leakage current can be used.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit der vorgestellten Vorrichtung ein drehzahlvariabler Pumpenantrieb erstellt wird, welcher aus kostengünstigen Komponenten zusammengesetzt ist.In summary, it can be said that with the presented device, a variable-speed pump drive is created, which is composed of inexpensive components.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigenEmbodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying figures. Show
Figur 1 ein hydraulisches System mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Drucks,1 shows a hydraulic system with a device according to the invention for generating a pressure,
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Systems,FIG. 2 shows a further embodiment of a hydraulic system,
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Systems mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Drucks.3 shows a third embodiment of a hydraulic system with a device according to the invention for generating a pressure.
Figur 1 zeigt ein Hydrosystem mit einem hydraulischen Verbraucher 2 und einer Vorrichtung 1 zum Erzeugen eines Drucks für den elektrischen Verbraucher 2. Die Vorrichtung weist einen Tank 4, eine Hydropumpe 3, ein Drosselventil 15, ein Rückschlagventil 12, einen Druckaufnehmer 9, sowie eine RegelVorrichtung 11 auf. Die Regelvorrichtung 11 enthält einen Frequenzumwandler 8, einen Elektromotor 6 und einen Fremdlüfter 10. Der Fremdlüfter 10 hat die Aufgabe, den Elektromotor 6 zu kühlen.FIG. 1 shows a hydraulic system with a hydraulic consumer 2 and a device 1 for generating a pressure for the electrical load 2. The device comprises a tank 4, a hydraulic pump 3, a throttle valve 15, a check valve 12, a pressure transducer 9, and a control device 11. The control device 11 includes a frequency converter 8, an electric motor 6 and a forced cooling fan 10. The forced cooling fan 10 has the task of cooling the electric motor 6.
Der Tank 4 enthält eine hydraulische Flüssigkeit, bspw. ein Hydrauliköl, mit der die Hydropumpe 3, die als Konstantpumpe nach dem Verdrängerprinzip ausgebildet ist, gespeist wird. Mithilfe des am Ausgang 5 der Hydropumpe 3 ausgegebenen Hydrauliköls wird ein Druck p0 am Ausgang der Pumpe 5 bereitgestellt, der zum Betrieb des hydraulischen Verbrauchers 2 dient. Zwischen dem Ausgang 5 der Hydropumpe 3 und dem mit dem Bezugszeichen P bezeichneten Anschluss des hydraulischen Verbrauchers 2 ist ein Rückschlagventil 12 vorgesehen. Dieses Rückschlagventil ist so angeordnet, dass ein Rückfluss von Hydraulikflüssigkeit aus dem hydraulischen Verbraucher 2 in die Hydropumpe 3 verhindert wird. Das Rückschlagventil 12 schützt somit die Hydropumpe 3 vor dem von dem hydraulischen Verbraucher 2 erzeugten Systemdruck.The tank 4 contains a hydraulic fluid, for example a hydraulic oil, with which the hydraulic pump 3, which is designed as a constant displacement pump according to the displacement principle, is supplied. By means of the output at the output 5 of the hydraulic pump 3 hydraulic oil, a pressure p 0 is provided at the output of the pump 5, which serves to operate the hydraulic consumer 2. Between the output 5 of the hydraulic pump 3 and the designated by the reference P terminal of the hydraulic consumer 2, a check valve 12 is provided. This check valve is arranged so that a return flow of hydraulic fluid from the hydraulic consumer 2 is prevented in the hydraulic pump 3. The check valve 12 thus protects the hydraulic pump 3 from the system pressure generated by the hydraulic consumer 2.
Der Druck p0 wird von dem Druckmessumformer 9 empfangen, der ein elektrisches Signal I ausgibt, dessen Eigenschaften abhängig von dem Druck p0 sind. Dieses elektrische Signal I wird auf einen ersten Eingang des Frequenzumwandlers 8 gegeben, der an einem zweiten Eingang ein elektrisches Signal S, das einen Soll-Wert für den Druck repräsentiert, empfängt. An seinem Ausgang gibt der Frequenzumformer 8 die elektrischen sinusförmigen Signale U, V, W aus, mit denen die Statorwicklungen des Asynchronmotors beaufschlagt werden. Die Signale U, V, W sind zueinander jeweils um 120 Grad phasenverschoben und stellen somit einen Drehstrom zur Verfügung. Die Größe der Spannung, die Größe des Strom und die Frequenz der elektrischen Signale U, V, W bestimmen die Drehzahl des Asynchronmotors 6.The pressure p 0 is received by the pressure transducer 9, which outputs an electrical signal I whose characteristics are dependent on the pressure p 0 . This electrical signal I is applied to a first input of the frequency converter 8, which receives at a second input an electrical signal S representing a desired value for the pressure. At its output of the frequency converter 8 outputs the electrical sinusoidal signals U, V, W, with which the stator windings of the induction motor are acted upon. The signals U, V, W are each phase shifted by 120 degrees and thus provide a three-phase current available. The magnitude of the voltage, the magnitude of the current and the frequency of the electrical signals U, V, W determine the rotational speed of the asynchronous motor 6.
Die Hydropumpe 3 ist bevorzugt als Innenzahnradpumpe oder Au- ßenzahnradpumpe ausgebildet. Die von Asynchronmotor 6 erzeugte Drehbewegung dreht die Zahnräder der Hydropumpe 3, sodass der Druck p0 am Ausgang 5 der Hydropumpe 3 erzeugt wird.The hydraulic pump 3 is preferably designed as an internal gear pump or external gear pump. The rotary motion generated by the asynchronous motor 6 rotates the gears of the hydraulic pump 3, so that the pressure p 0 at the output 5 of the hydraulic pump 3 is generated.
Die Stellgröße für die Regelung des Drucks ist die Drehzahl des Asynchronmotors 6, woraus sich die Drehzahl der Zahnräder und auch der Förderstrom der Hydropumpe 3 ergibt. Die Baugruppe aus Hydropumpe 3, Elektromotor 6 und Frequenzumrichter 8 bilden eine Einheit eines drehzahlvariablen Pumpenantriebs.The manipulated variable for the regulation of the pressure is the speed of the asynchronous motor 6, resulting in the speed of the gears and the flow rate of the hydraulic pump 3 results. The assembly of hydraulic pump 3, electric motor 6 and frequency converter 8 form a unit of a variable-speed pump drive.
Der Frequenzumrichter 8 steuert den Asynchronmotor 6 nur an. Der Frequenzumrichter 8 verwendet als Steuerungsverfahren keine U/f-Steuerung, sondern eine sensorlose Strom- oder Spannungsvektorregelung. Der Regelkreis wird über den Druckaufnehmer 9 geschlossen.The frequency converter 8 controls the asynchronous motor 6 only. The frequency converter 8 uses as a control method no U / f control, but a sensorless current or voltage vector control. The control loop is closed via the pressure transducer 9.
Bei einer sensorlosen Vektorregelung wird kein Sensor, wie zum Beispiel ein Inkrementalgeber auf der Motorwelle, der die gemessene Motordrehzahl dem Regelkreis zurückführt, verwendet. Stattdessen wird die Motordrehzahl im Frequenzumrichter aufgrund eines mathematischen Motormodells berechnet. Der Frequenzumrichter 8 beinhaltet ein Abbild der Asynchronmaschine, wobei das Abbild der Asynchronmaschine einem Ersatz - Schaltbild komplexer Widerstände entspricht. Ein Abbild fürIn sensorless vector control, no sensor, such as an incremental encoder on the motor shaft, that returns the measured motor speed to the control loop is used. Instead, the motor speed in the frequency converter is calculated based on a mathematical motor model. The frequency converter 8 contains an image of the asynchronous machine, the image of the asynchronous machine corresponding to a replacement circuit diagram of complex resistors. An image for
Drehzahlen < 2 Hz ist mathematisch aufwändig zu berechnen und bei gegebener Rechenleistung unter Umständen nur ungenau. Aus diesem Grund ist das Abbild üblicherweise im Frequenzumrich- ter 8 nur ab 2 Hz und bei einigen Ausführungen ab 4 Hz implementiert.Speeds <2 Hz is mathematically complex to calculate and may be inaccurate given the computing power. For this reason, the image is usually in the frequency ter 8 only implemented from 2 Hz and in some versions from 4 Hz.
Über das einstellbare Drosselventil 15 wird ein Teil des von der Hydropumpe 3 ausgegebenen Hydrauliköls in den Tank 4 zurückgeführt. Damit wird sichergestellt, dass die Pumpe mit einer Mindestdrehzahl läuft, da die Hydropumpe 3 die durch das Drosselventil 15 abfließende Flüssigkeitsmenge nachliefern muss. Im konkreten Bespiel ist eine Mindestdrehzahl n > 2 Hz vorgegeben, sodass die Hydropumpe 3 so gut wie nie stillsteht. Das Drosselventil 15 kann bspw. auch als Düse o- der als Schaltventil ausgeführt sein. Das Drosselventil 15 ist einstellbar oder schaltbar, damit die Vorrichtung auch bei unterschiedlich hohen Drücken eingesetzt werden kann. Wird beispielsweise ein hoher Druck von p0 = 200 bar bereitgestellt, kann aber es zu einem hohen Wärmeeintrag von der Pumpe in das Flüssigkeitsmedium kommen. Es wird ein Teil der Flüssigkeitsmenge abgeführt, damit die Temperatur der Flüssigkeit nicht zu hoch wird. Allerdings ist darauf zu achten, dass auch keine zu unnötig große Flüssigkeitsmenge durch das Drosselventil 15 fließt, da dies, den Energieverbrauch der Hydropumpe 3 und des Asynchronmotors 6 unnötig erhöhen würde.About the adjustable throttle valve 15, a portion of the output from the hydraulic pump 3 hydraulic oil is returned to the tank 4. This ensures that the pump is running at a minimum speed since the hydraulic pump 3 has to supply the amount of liquid flowing out through the throttle valve 15. In concrete example, a minimum speed n> 2 Hz is given, so that the hydraulic pump 3 almost never stops. The throttle valve 15 may, for example, be designed as a nozzle o as a switching valve. The throttle valve 15 is adjustable or switchable, so that the device can be used even at different pressures. If, for example, a high pressure of p 0 = 200 bar provided, but it can come to a high heat input from the pump in the liquid medium. Part of the amount of liquid is removed so that the temperature of the liquid is not too high. However, care must be taken that no unnecessarily large amount of liquid flows through the throttle valve 15, since this would unnecessarily increase the energy consumption of the hydraulic pump 3 and the asynchronous motor 6.
Im Frequenzumrichter 8 ist ein PI- oder ein PID-Regler integ- riert, der anhand des Ist-Signals I und des Soll-Signals S den Druck p0 regelt. Bei Abweichung zwischen dem Ist- und dem Soll-Signal werden die AusgangsSignale des Frequenzumwandlers 8 verändert, wobei die Veränderung aufgrund der im Frequenzumrichter abgespeicherten Werte für die Motordrehzahl er- folgt.In the frequency converter 8, a PI or a PID controller is integrated, which regulates the pressure p 0 on the basis of the actual signal I and the desired signal S. In the event of a deviation between the actual and the desired signal, the output signals of the frequency converter 8 are changed, the change taking place due to the values for the engine speed stored in the frequency converter.
Als Frequenzumformer 8 mit einer integrierten Vektorregelung kann beispielsweise ein unter der Produktbezeichnung "IndraDrive Fc" der Firma Bosch Rexroth vertriebene Frequenz- umformer verwendet werden. Die sensorlose Vektorregelung hat den Vorteil, dass schnell auf eine Soll-Ist-Differenz reagiert werden kann.As a frequency converter 8 with an integrated vector control, for example, under the product name "IndraDrive Fc" from Bosch Rexroth can be used for distributed frequency converters. The sensorless vector control has the advantage that it can respond quickly to a target-actual difference.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Systems 1; bei dem der Druck p0 für den hydraulischen Verbraucher 2 erfindungsgemäß vorgesehen ist. Elemente mit gleichen Funktionen wie in den vorhergegangenen Figuren wer- den mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erläutert .FIG. 2 shows a further embodiment of a hydraulic system 1; in which the pressure p 0 is provided according to the invention for the hydraulic consumer 2. Elements with the same functions as in the preceding figures are identified by the same reference symbols and are not explained separately.
Im Vergleich zu Figur 1 weist die Vorrichtung 1 zum Erzeugen eines Drucks zusätzlich einen Filter 20 und einen -Kühler 21 auf. Der Filter 20 ist hinter den Ausgang 5 der Hydropumpe 3 geschaltet, sodass die Hydraulikflüssigkeit, die zu dem Drosselventil 15, dem Rückschlagventil 12 oder dem Druckmessaufnehmer 9, auch Druckmessumformer 9 genannt, fließt, zuerst den Filter 20 passiert. Mit dem Filter 20 wird gewährleistet, dass die sogenannte By-Pass-Menge, d. h. , die Menge an Hydraulikflüssigkeit, die durch das Drosselventil 15 fließt, gewährleistet wird, indem eine Verstopfung des Drosselventils verhindert wird.In comparison to FIG. 1, the device 1 for generating a pressure additionally has a filter 20 and a cooler 21. The filter 20 is connected behind the output 5 of the hydraulic pump 3, so that the hydraulic fluid, which flows to the throttle valve 15, the check valve 12 or the pressure transducer 9, also called pressure transducer 9, first passes the filter 20. With the filter 20 ensures that the so-called by-pass amount, d. H. , the amount of hydraulic fluid flowing through the throttle valve 15 is ensured by preventing clogging of the throttle valve.
Der Kühler 21 ist für den Rückfluss zum Tank 4 vorgesehen, um die By- Pass-Menge zu kühlen.The radiator 21 is provided for reflux to the tank 4 to cool the by-pass amount.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zum Erzeugen eines Drucks für einen hydraulischen Verbraucher 2. Die Vorrichtung 1 weist zusätzlich zu den Elementen aus Figur 2 ein Drosselrückschlagventil 16 und einen Speicher 17 auf. Falls der hydraulische Verbraucher 2 kurzfristig eine große Menge Hydraulikflüssigkeit benötigt, kann diese durch den Speicher 17 kurzzeitig durch die im Speicher 17 vorgespannte Menge bereitgestellt werden. Somit deckt der Speicher die dynamischen Anforderungen des Systems ab, wodurch die Dynamik des Systems erhöht wird, d. h. , dass auch große Verbrauchsänderungen schnell ausgeglichen werden können.FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a device 1 for generating a pressure for a hydraulic consumer 2. In addition to the elements from FIG. 2, the device 1 has a throttle check valve 16 and a reservoir 17. If the hydraulic consumer 2 short-term requires a large amount of hydraulic fluid can these are provided by the memory 17 for a short time by the biased in the memory 17 amount. Thus, the memory covers the dynamic requirements of the system, which increases the dynamics of the system, ie that even large changes in consumption can be compensated quickly.
Das Drosselrückschlagventil 16 ist zwischen dem Speicher 17 und dem Eingang P des hydraulischen Verbrauchers 2 vorgese- hen. In Richtung vom Speicher 17 zum Anschluss P des hydraulischen Verbrauchers 2 ist der Volumenstrom frei. In die entgegengesetzte Richtung ist er dagegen gedrosselt. Der Speicher 17 kann schnell ins System entladen werden. Die Drosselung bewirkt aber, dass der Speicher 17 definiert geladen werden kann und somit eine Rückwirkung der Membranen bzw. der Blasen des Speichers 17 auf die Druckregelung verhindert wird. Die Störfunktion des schwingenden Elements im Speicher 17 wird somit größtenteils linearisiert bzw. eliminiert.The throttle check valve 16 is provided between the reservoir 17 and the inlet P of the hydraulic consumer 2. In the direction from the memory 17 to the port P of the hydraulic consumer 2, the volume flow is free. In the opposite direction he is throttled against it. The memory 17 can be quickly discharged into the system. However, the throttling causes the memory 17 can be loaded defined and thus a reaction of the membranes or the bubbles of the memory 17 is prevented to the pressure control. The disturbance function of the vibrating element in the memory 17 is thus largely linearized or eliminated.
Das Drosselrückschlagventil 16 kann auch durch ein Rückschlagventil mit Düsenbohrung im Ventil ersetzt werden.The throttle check valve 16 can also be replaced by a check valve with nozzle bore in the valve.
In einer weiteren, hier nicht gezeigten, alternativen Ausführungsform ist der Speicher direkt am Eingang P des hydrauli- sehen Verbrauchers 2 vorgesehen. In a further, not shown here, alternative embodiment, the memory is provided directly at the input P of the hydraulic consumer 2 see.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung (1) zum Bereitstellen eines Drucks (pθ) für einen hydraulischen Verbraucher (2) , wobei die Vorrichtung (1) folgende Merkmale aufweist:Device (1) for providing a pressure (pθ) for a hydraulic consumer (2), the device (1) having the following features:
- einen Tank (4) zum Bereitstellen von Hydraulikflüssigkeit,a tank (4) for providing hydraulic fluid,
- eine Hydropumpe (3) , die aus dem Tank (4) gespeist wird und die zum Bereitstellen eines Drucks (pθ) an ihrem Ausgang (5) eingerichtet ist, - einen Elektromotor (6) zum Ansteuern der Hydropumpe (3) ,a hydraulic pump (3) fed from the tank (4) and adapted to provide a pressure (pθ) at its outlet (5), an electric motor (6) for controlling the hydraulic pump (3),
- einen Druckmessaufnehmer (9) zum Anzeigen des von der Hydropumpe (3) ausgegebenen Drucks (pθ) ,a pressure transducer (9) for displaying the pressure (pθ) output by the hydraulic pump (3),
- einen Frequenzumrichter (8) zum Empfangen des vom Druckmessaufnehmer (9) angezeigten Signals, wobei der Frequenzum- richter (8) zum Regeln des von der Hydropumpe (3) bereitgestellten Drucks (pθ) durch Ansteuern der Drehzahl des Elektromotors (6) und zum sensorlosen Ansteuern des Elektromotors (6) mittels einer Vektorregelung eingerichtet ist.a frequency converter (8) for receiving the signal from the pressure transducer (9), the frequency converter (8) controlling the pressure (pθ) provided by the hydraulic pump (3) by controlling the rotational speed of the electric motor (6) and sensorless control of the electric motor (6) is arranged by means of a vector control.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) als Asynchronmotor ausgebildet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the electric motor (6) is designed as an asynchronous motor.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , gekennzeichnet durch einen Fremdlüfter (10) zum Kühlen des Elektromotors (6) .3. Device according to claim 1 or 2, characterized by a forced cooling fan (10) for cooling the electric motor (6).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckspeicher (17) zum Speichern des von der Hydropumpe (3) bereitgestellten Drucks (pθ) vorgesehen ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a pressure accumulator (17) for storing the of the hydraulic pump (3) provided pressure (pθ) is provided.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Drosselventil (15) zwischen dem Ausgang (5) der Hydropumpe (6) und einem Eingang des Tanks (4) . 5. Device according to one of claims 1 to 5, characterized by a throttle valve (15) between the output (5) of the hydraulic pump (6) and an input of the tank (4).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter (8) einen PID-Regler enthält .6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the frequency converter (8) includes a PID controller.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filter (20) zwischen dem Ausgang (5) der Hydropumpe (3) und dem hydraulischen Verbraucher (2) vorgesehen ist.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that a filter (20) between the output (5) of the hydraulic pump (3) and the hydraulic consumer (2) is provided.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühler (21) zwischen dem Ausgang des hydraulischen Verbrauchers (2) und einem Eingang des Tanks (4) vorgesehen ist.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that a cooler (21) between the output of the hydraulic consumer (2) and an input of the tank (4) is provided.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydropumpe (3) als Konstantpumpe ausgebildet ist.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the hydraulic pump (3) is designed as a constant pump.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydropumpe (3) eine Innenzahnradpumpe ist.10. The device according to claim 9, characterized in that the hydraulic pump (3) is an internal gear pump.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydropumpe in einem Drehzahlbereich mit Drehzahlen n > 2 Hz betrieben wird.11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the hydraulic pump is operated in a speed range with rotational speeds n> 2 Hz.
12. Verfahren zum Bereitstellen eines Drucks mit folgenden Schritten:12. Method of Providing Pressure with the Following Steps:
- Bereitstellen einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,Providing a device according to one of claims 1 to 11,
- Vergleichen des Ist-Werts (I) des von der Hydropumpe (3) bereitgestellten Drucks (pθ) mit einem Sollwert (S) , - sensorloses Ansteuern der Drehzahl des Elektromotors (6) mittels einer Vektorregelung.Comparing the actual value (I) of the pressure (pθ) provided by the hydraulic pump (3) with a desired value (S), - Sensorless driving the speed of the electric motor (6) by means of a vector control.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass- das sensorlose Ansteuern mittels eines im Frequenzumformer (8) gespeicherten Modells des Elektromotors (6) erfolgt. 13. The method according to claim 12, characterized in that the sensorless control by means of a frequency converter (8) stored model of the electric motor (6).
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