[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer vorzugsweise elektrisch
kommutierten Fluidarbeitsmaschine. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung
zur Ansteuerung einer vorzugsweise elektrisch kommutierten Fluidarbeitsmaschine. Darüber
hinaus betrifft die Erfindung eine Fluidarbeitsmaschine, insbesondere eine elektrisch
kommutierte Fluidarbeitsmaschine.
[0002] Fluidarbeitsmaschinen werden zwischenzeitlich in der Technik für unterschiedlichste
Anwendungsgebiete benutzt. Ganz allgemein werden Fluidarbeitsmaschinen benutzt, wenn
Fluide gepumpt werden müssen oder Fluide dazu benutzt werden, eine Fluidarbeitsmaschine
anzutreiben, wenn diese in einem Motor-Modus betrieben wird. Auf diese Weise ist es
beispielsweise auch möglich, dass mechanische Energie unter "Zwischenschaltung" eines
Fluidkreislaufs von einem Ort zu einem anderen transportiert werden kann.
[0003] Der Begriff "Fluid" kann sich dabei sowohl auf Gase, als auch auf Flüssigkeiten beziehen.
Auch ist es möglich, dass es sich bei dem "Fluid" um ein Gemisch aus Gasen und Flüssigkeiten
handelt. Auch kann unter einem Fluid ein überkritisches Fluid verstanden werden, bei
dem keine Unterscheidung zwischen dem gasförmigen und dem flüssigen Aggregatszustand
mehr gemacht werden kann. Im Übrigen ist es auch unschädlich, wenn eine Flüssigkeit
und/oder ein Gas einen bestimmten Anteil an Festkörpern mitführt (Suspension bzw.
Rauch).
[0004] Ein erstes Anwendungsgebiet von Fluidarbeitsmaschinen besteht darin, das Druckniveau
eines Fluides zum Teil deutlich zu erhöhen. Beispiele für derartige Fluidarbeitsmaschinen
sind Luftkompressoren oder Hydraulikpumpen. Auch kann ein Fluid zur Erzeugung mechanischer
Leistung genutzt werden, wobei in der Regel pneumatische Motoren oder Hydraulikmotoren
verwendet werden.
[0005] Eine oft genutzte Bauform für Fluidarbeitsmaschinen besteht darin, dass eine oder
mehrere Arbeitskammern, die im Betrieb ein zyklisch variierendes Volumen aufweisen,
verwendet werden. Dabei werden für jede Arbeitskammer zumindest ein Einlassventil
und zumindest ein Auslassventil zur Verfügung gestellt.
[0006] Bei der bislang im Stand der Technik verbreitetsten Bauform handelt es sich bei den
Einlass- und Auslassventilen um sogenannte passive Ventile. Diese öffnen sich, wenn
in Durchlassrichtung ein Druckunterschied anliegt, wohingegen sie schließen, wenn
ein Druckunterschied entgegen der Durchlassrichtung anliegt. Meistens sind die passiven
Ventile auch vorbelastet, so dass sie sich im Normalzustand selbsttätig schließen
(zum Beispiel federbelastete Ventile).
[0007] Werden derartige passive Ventile beispielsweise bei einer Fluidpumpe verwendet, so
ist der Aufbau derart, dass sich ein Fluideinlassventil öffnet, wenn sich das Volumen
der dazugehörigen Arbeitskammer vergrößert. Sobald sich das Volumen der Arbeitskammer
wieder verkleinert, schließt das Fluideingangsventil, während sich das Fluidausgangsventil
öffnet. Auf diese Weise wird durch die zyklischen Volumenschwankungen der Arbeitskammer
Fluid "in eine Richtung" gepumpt.
[0008] Bei elektrisch kommutierten Fluidarbeitsmaschinen wird zumindest eines der passiven
Fluidventile durch ein elektrisch ansteuerbares Ventil ersetzt. Derartige Fluidarbeitsmaschinen
sind im englischsprachigen Sprachraum zum Teil unter dem Begriff synthetically commutated
hydraulic machines bzw. digital displacement pumps bekannt. Derartige elektrisch kommutierte
Fluidarbeitsmaschinen sind beispielsweise in der Europäischen Patentanmeldung
EP 0 494 236 B1 oder in der Internationalen Patentanmeldung
WO 91/05163 A1 beschrieben.
[0009] Wenn beispielsweise bei einer elektrisch kommutierten Hydraulikpumpe das passive
Fluideingangsventil durch ein elektrisch ansteuerbares Ventil ersetzt ist, so ist
es möglich, dass man das Eingangsventil (zunächst) in der geöffneten Stellung belässt,
wenn sich die Arbeitskammer zu verkleinern beginnt. Dadurch wird das in der Arbeitskammer
eingeschlossene Fluid ohne "echte" Arbeit zu verrichten zurück in das Fluidreservoir
befördert. Erst wenn durch einen elektrischen Steuerpuls das elektrisch ansteuerbare
Eingangsventil geschlossen wird, wird das noch in der Arbeitskammer verbliebene Fluid
über ein passives Fluidausgangsventil in Richtung einer Hochdruckleitung gepumpt.
Durch diesen besonderen Aufbau ist es möglich, dass der von der elektrisch kommutierten
Hydraulikpumpe "effektiv" gepumpte Hydraulikölstrom extrem schnell und insbesondere
von einem Pumpenhub zum nächsten deutlich verändert werden kann. Dies hat wiederum
den Vorteil, dass keine Fluidpuffer vorgesehen werden müssen und in aller Regel kein
unter Hochdruck stehendes Fluid "unnütz" über Sicherheitsventile abgelassen werden
muss. Dadurch können derartige synthetisch kommutierte Hydraulikpumpen zum Teil deutlich
wirtschaftlicher als herkömmliche Arbeitspumpen arbeiten.
[0010] Ersetzt man sowohl das Fluideingangsventil, als auch das Fluidausgangsventil durch
elektrisch ansteuerbare Ventile, so kann man auch einen sehr schnell regelbaren Hydraulikmotor
realisieren.
[0011] Um den von einer elektrisch kommutierten Fluidpumpe geförderten Fluidstrom (im Falle
eines Fluidmotors gilt das Gleiche in Analogie) auf den jeweils aktuell nachgefragten
Fluidstrom anzupassen, sind unterschiedliche Verfahren und Algorithmen beschrieben
worden.
[0012] Beispielsweise wurde in der Europäischen Patentanmeldung
EP 1 537 333 B1 ein Verfahren beschrieben, bei dem ein bestimmter Fluidstrom dadurch erzeugt wird,
dass eine Aneinanderreihung von vollständigen Pumpenhüben ("full-stroke pumping modes"),
Teil-Pumpenhüben ("part-stroke pumping modes") und Leerlauf-Pumpenhüben ("idle-stroke
pumping modes") realisiert wird, wobei im Mittel die tatsächlich nachgefragte Fördermenge
bereitgestellt wird. Um eine ausreichende Glättung zu realisieren wird ein Hochdruck-Puffervolumen
zur Verfügung gestellt, welches jedoch gegenüber herkömmlichen Hydraulikpumpen ein
kleineres Volumen aufweist. Während in
EP 1 537 333 B1 die Teillast-Pumpenhübe mit einem fixen Pumpvolumen von stets etwa 17 % durchgeführt
werden, wurde das dort beschriebene Verfahren in
EP 2 246 565 A1 verfeinert. Dort wird (zunächst) vorgeschlagen, für die Teil-Pumpenhübe im Wesentlichen
beliebige Teilvolumina zuzulassen. Nur wenn die Fluidströmungsgeschwindigkeit durch
das Eingangsventil zu hoch wird, werden bestimmte Volumenbereiche ausgeklammert, um
eine Lärmentwicklung bzw. einen vorzeitigen Verschleiß des Eingangsventils und/oder
der elektrisch kommutierten Hydraulikpumpe zu vermeiden. Speziell bei dem in
EP 2 246 565 A1 vorgeschlagenen Verfahren wird über einen geeigneten Algorithmus nicht nur die Pumpmenge
des unmittelbar folgenden Arbeitshubs berechnet, sondern es werden zu einem gewissen
Zeitpunkt mehrere unmittelbar bevorstehende Arbeitshübe vorausberechnet. Dadurch wird
die Qualität des erzeugten Fluidstroms in der Regel besser. Insbesondere können Rest-Pulsationen
noch weiter unterdrückt werden.
[0013] US 2012/076670 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Fluidarbeitsmaschine, bei dem das Volumen
des Arbeitsfluids, das während jedes Zyklus des Arbeitskammervolumens verdrängt wird
unter Berücksichtigung der Verfügbarkeit anderer Arbeitskammern ausgewählt wird. Der
Status jeder Arbeitskammer wird überwacht und eine Arbeitskammer wird als nicht verfügbar
behandelt, wenn eine Fehlfunktion festgestellt wird. Eine Arbeitskammer kann als nicht
verfügbar behandelt werden, wenn sie einer alternativen Arbeitsfunktion zugeordnet
ist. Ein Fehler kann in einer Arbeitskammer erkannt werden, indem bestimmt wird, ob
ein gemessener Ausgangsparameter der Fluidarbeitsmaschine mindestens ein akzeptables
Funktionskriterium erfüllt, wobei die zuvor ausgewählte Nettoverdrängung des Arbeitsfluids
durch eine Arbeitskammer während eines Zyklus des Arbeitskammervolumens berücksichtigt
wird.
[0014] EP 1 717 446 A2 offenbart eine Pumpe mit einem Gehäuse, das eine Kompressionskammer zur Druckbeaufschlagung
eines Fluids und einen Fluidkanal zum Leiten des Fluids in die Kompressionskammer
aufweist. Ein Ventil befindet sich in der Mitte des Fluidkanals, um den Fluidkanal
zu Öffen und zu Schließen. Ein Magnetaktuator zur Betätigung des Ventils befindet
sich auf einer in Bezug auf das Ventil im Wesentlichen der Kompressionskammer gegenüberliegenden
Seite. Ein Regelelement befindet sich zwischen dem Ventil und dem Magnetaktuator,
um zu vermeiden, dass der Flüssigkeitsdruck in der Kompressionskammer auf den Magnetantrieb
des Ventils einwirkt.
[0015] US 2011/253918 A1 betrifft einen Ventilaktuator, der einen Magnetkern mit einem Zwischenraum und mindestens
einem Bifurkationszweig, mindestens eine variable Magnetfelderzeugungsvorrichtung,
mindestens eine Permanentmagnetfelderzeugungsvorrichtung und mindestens eine bewegliche
Magnetkomponente aufweist, wobei der Bifurkationszweig einen ersten Bereich und einen
zweiten Bereich des Magnetkerns definiert.
[0016] Obgleich elektrisch kommutierte Hydraulikpumpen zwischenzeitlich einen durchaus beachtlichen
Entwicklungsstand erreicht haben, besteht nach wie vor Bedarf an weiteren Verbesserungen.
Insbesondere besteht ein derzeitiges Forschungsziel darin, elektrisch kommutierte
Hydraulikpumpen noch kleiner und leichter zu machen, deren Anschaffungs- und Betriebskosten
weiter zu verringern und deren Energiebedarf - insbesondere deren elektrischen Energiebedarf
-weiter zu verringern.
[0017] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur Ansteuerung
einer Fluidarbeitsmaschine vorzuschlagen, welches gegenüber im Stand der Technik bekannter
Verfahren zur Ansteuerung von Fluidarbeitsmaschinen verbessert ist. Eine weitere Aufgabe
der Erfindung besteht darin, eine Steuervorrichtung für Fluidarbeitsmaschinen vorzuschlagen,
welche gegenüber im Stand der Technik bekannter Steuerungen für Fluidarbeitsmaschinen
verbessert ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Fluidarbeitsmaschine
vorzuschlagen, welche gegenüber im Stand der Technik bekannter Fluidarbeitsmaschinen
verbesserte Eigenschaften aufweist.
[0018] Die Erfindung löst diese Aufgaben.
[0019] Es wird vorgeschlagen, ein Verfahren zur Ansteuerung einer Fluidarbeitsmaschine,
wobei die Fluidarbeitsmaschine zumindest eine Arbeitskammer mit einem zyklisch variierenden
Volumen, eine Hochdruckfluidverbindung, eine Niederdruckfluidverbindung, zumindest
ein elektrisch ansteuerbares Ventil zur ansteuerbaren Verbindung der Hochdruckfluidverbindung
und/oder der Niederdruckfluidverbindung mit der Arbeitskammer aufweist, und wobei
die Ansteuerung des zumindest einen elektrisch ansteuerbaren Ventils in Abhängigkeit
von dem Fluidbedarf und/oder dem mechanischen Leistungsbedarf erfolgt, derart durchzuführen,
dass die Ansteuerung des zumindest einen elektrisch ansteuerbaren Ventils zumindest
zeitweise zusätzlich in Abhängigkeit von der für die Ansteuerung des zumindest einen
elektrisch ansteuerbaren Ventils erforderlichen elektrischen Leistung erfolgt, wobei
zumindest eine obere elektrische Leistungsgrenze derart berücksichtigt wird, dass
diese nicht überschritten wird. Mit anderen Worten kann es sich bei dem vorgeschlagenen
Verfahren um ein Verfahren zur Ansteuerung einer elektrisch kommutierten Fluidarbeitsmaschine
handeln, wobei die Ansteuerung zumindest eines elektrisch ansteuerbaren Ventils (insbesondere
eines Fluideinlassventils und/oder Fluidauslassventils für zumindest eine Arbeitskammer)
zumindest zeitweise zusätzlich in Abhängigkeit von der für die Ansteuerung des zumindest
einen elektrisch ansteuerbaren Ventils erforderlichen elektrischen Leistung erfolgt.
Bei den bisherigen Entwicklungen wurde bei der Ansteuerung der elektrisch kommutierten
Fluidarbeitsmaschine der Hauptaugenmerk auf einen möglichst vorteilhaften Fluidstrom
(im Falle eines Betriebs als Hydraulikpumpe) bzw. die erzeugte mechanische Leistung
(im Falle des Betriebs als Hydraulikmotor) gelegt. Hierbei wurden "Nebeneffekte" nicht
weiter bedacht. Lediglich in Fällen, in denen durch besonders ungünstige Ansteuerungsmuster
ein nicht akzeptables Betriebsgeräusch und/oder ein nicht tolerierbarer erhöhter mechanischer
Verschleiß aufgetreten sind, wurde diesbezüglich "eine Ausnahme" gemacht. Zwischenzeitlich
haben die Erfinder jedoch zu ihrer eigenen Überraschung festgestellt, dass elektrisch
kommutierte Hydraulikpumpen zwischenzeitlich einen Entwicklungsstand erreicht haben,
dass die für den Betrieb der elektrisch ansteuerbaren Fluidventile erforderliche Leistung
eine zum Teil beachtliche Rolle spielen kann. Um die elektrisch ansteuerbaren Fluidventile
sehr schnell und präzise schalten zu können, sind nämlich erhebliche elektrische Ströme
vonnöten, so dass eine entsprechende elektrische Leistung zum Betrieb derselben erforderlich
ist. Dementsprechend muss eine entsprechende elektrische Leistung beispielsweise beim
mobilen Betrieb (Gabelstapler, Fahrzeuge, Nutzfahrzeuge, Bagger und dergleichen) durch
entsprechend dimensionierte Generatoren zur Verfügung gestellt werden. Zum Antrieb
des Generators wiederum dient beispielsweise ein Verbrennungsmotor. Dabei kann der
erforderliche elektrische Strom durchaus einen nicht unbedeutenden Einfluss auf den
Kraftstoffverbrauch haben. Darüber hinaus müssen aber auch Generator, gegebenenfalls
zur Zwischenpufferung genutzte Batterien und insbesondere auch die zur Ansteuerung
der elektrisch ansteuerbaren Ventile genutzte Leistungselektronik entsprechend groß
dimensioniert sein, damit (im Wesentlichen) beliebige Ansteuerungsmuster für die elektrisch
ansteuerbaren Ventile erzeugt werden können. Die Dimensionierung der betreffenden
Komponenten erfolgte bislang so, dass es möglich war, dass alle elektrisch ansteuerbaren
Ventile gleichzeitig angesteuert werden können, was eine entsprechend großzügige Dimensionierung
erforderlich machte (wobei in der Realität üblicherweise noch Sicherheitszuschläge
in Betracht gezogen wurden). Die Erfinder haben jedoch herausgefunden, dass bei üblichen
Anwendungen nur selten ein besonders großer Anteil der elektrisch ansteuerbaren Ventile
gleichzeitig angesteuert werden muss. Von daher wird ein signifikanter Lastbereich
der Dimensionierung bisheriger elektrisch kommutierter Fluidarbeitsmaschinen nur selten
bis nie genutzt. Dementsprechend ist es grundsätzlich möglich, die entsprechenden
Komponenten kleiner dimensionieren zu können, ohne dass es bei praktischen Anwendungen
häufiger und/oder spürbar zu Defiziten im Betriebsverhalten bzw. gar zu Problemen
kommt. Möglich ist es beispielsweise, die Komponenten derart zu dimensionieren, dass
lediglich bis zu 50 %, 60 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 %, 90 % oder 95 % der elektrisch
ansteuerbaren Ventile gleichzeitig angesteuert werden können. Die entsprechende Gewichts-
und Volumenersparnis der betreffenden Komponenten hat dabei üblicherweise nicht nur
einen "direkten" Einfluss, sondern insbesondere auch einen "indirekten" Einfluss,
da beispielsweise im mobilen Betrieb weniger Massen beschleunigt werden müssen. Dadurch
kann gegebenenfalls sogar die elektrisch kommutierte Fluidarbeitsmaschine insgesamt
kleiner ausgeführt werden. Um die beschriebene Unterdimensionierung realisieren zu
können, wird von den Erfindern weiterhin vorgeschlagen, dass bei der Ansteuerung des
zumindest einen elektrisch ansteuerbaren Ventils der Fluidarbeitsmaschine zumindest
zeitweise zusätzlich die für die Ansteuerung des zumindest einen elektrisch ansteuerbaren
Ventils erforderliche elektrische Leistung berücksichtigt wird. Eine derartige Berücksichtigung
kann insbesondere dahingehend erfolgen, dass das Ansteuerungsmuster derart modifiziert
wird, dass gewisse Abweichungen von der aktuell geforderten Fluidmenge/mechanischen
Leistung (insbesondere auch zeitweise) toleriert werden. Alternativ oder zusätzlich
ist es auch möglich, dass insbesondere zeitweise eine höhere Restschwankung der erzeugten
Fluidmenge bzw. der mechanischen Leistung und/oder insbesondere zeitweise eine höhere
Geräuschentwicklung bzw. ein erhöhter Verschleiß der Fluidarbeitsmaschine in Kauf
genommen wird. Erste Versuche haben ergeben, dass hierdurch üblicherweise bei einer
nur geringen Verschlechterung der Arbeitsweise der elektrisch kommutierten Fluidarbeitsmaschine
durchaus beachtliche Kostenreduktionen, Energieeinsparungen und Platzeinsparungen
möglich sind. Im Übrigen kann auch die durch die Leistungselektronik erzeugte Abwärme
verringert werden (was auch Auswirkungen auf die Dimensionierung von Kühlkörpern,
Lüftern und dergleichen haben kann).
[0020] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass
die zumindest eine obere elektrische Leistungsgrenze zumindest eine harte elektrische
Leistungsgrenze. Unter einer "harten elektrischen Leistungsgrenze" ist insbesondere
ein Wert zu verstehen, der zumindest unter normalen Betriebsbedingungen keinesfalls
überschritten werden darf. Beispielsweise kann es sich hier um einen Wert handeln,
bei dessen Überschreiten sich die Steuersignale derart verschlechtern, dass eine hinreichend
genaue und/oder zuverlässige Ansteuerung der elektrisch ansteuerbaren Ventile nicht
mehr möglich ist. Auch kann dies einen Fall umfassen, bei dem beispielsweise eine
Steuerelektronik (bzw. Teile davon) zusammenbricht und zunächst eine bestimmte Zeit
(beispielsweise mehrere Sekunden) benötigt, bevor der "Normalbetrieb" wieder aufgenommen
werden kann. Unter einer "weichen elektrischen Leistungsgrenze" ist insbesondere ein
Wert zu verstehen, der unter bestimmten Betriebsbedingungen und/oder zeitweise (insbesondere
kurzzeitig) überschritten werden darf. Hier kann es sich beispielsweise um eine elektrische
Leistung handeln, bei der die in den Leistungshalbleitern entstehende Verlustwärme
nicht mehr (vollständig) abgeführt werden kann, so dass sich die entsprechenden Bauteile
mit der Zeit unzulässig erwärmen würden. Da diese Bauteile jedoch einen gewissen Wärmepuffer
aufweisen, ist ein kurzzeitiges Überschreiten einer derartigen Leistungsgrenze unschädlich,
solange anschließend ausreichend Zeit zur "Erholung" der betreffenden Bauteile zur
Verfügung gestellt wird.
[0021] Weiterhin wird vorgeschlagen, das Verfahren derart durchzuführen, dass die zumindest
eine obere elektrische Leistungsgrenze zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise
durch zumindest einen Teil zumindest einer Steuervorrichtung definiert ist und/oder
zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise durch die im System verfügbare elektrische
Leistung definiert ist. Unter einem Teil zumindest einer Steuervorrichtung können
insbesondere Leistungshalbleiter, elektrische Widerstände, Kondensatoren, sonstige
Temporärenergiespeichereinrichtungen und dergleichen verstanden werden. Insbesondere
kann es sich dabei um Bauteile handeln, welche sich im Betrieb nicht unerheblich erwärmen
und/oder um Bauteile, die elektrische Energie leiten und/oder um Zwischenpuffer. Unter
einer im System verfügbaren elektrischen Leistung ist insbesondere eine elektrische
Leistung zu verstehen, die von "außerhalb der elektrisch kommutierten Fluidarbeitsmaschine"
liegenden Komponenten zur Verfügung gestellt wird. Wenn beispielsweise eine elektrisch
kommutierte Fluidarbeitsmaschine in einem Gabelstapler eingebaut ist, so kann es sich
hierbei um die elektrische Leistung handeln, die der Gabelstapler zur Verfügung stellen
kann. Diese elektrische Leistung kann sich beispielsweise durch die Betriebsbedingungen
des Gabelstaplers ändern (beispielsweise Leistungsbedarf durch beleuchtungstechnische
Einrichtungen, elektrische Heizungen, Akkumulator mit niedrigem Ladestand, insbesondere
nach längerem Nichtgebrauch und/oder nach einem Anlassvorgang, Drehzahl eines Verbrennungsmotors
und dergleichen). Selbstverständlich ist die im System verfügbare elektrische Leistung
in aller Regel auch durch die Konstruktion der "Gesamtvorrichtung" definiert. Mit
einer Temporärenergiespeichereinrichtung ist es beispielsweise möglich über eine begrenzte
Zeit hinweg Ventilansteuerungszyklen zu realisieren, die im Dauerbetrieb nicht realisierbar
sind. Der hierfür erforderliche zusätzliche Leistungsbedarf kann kurzfristig der Temporärenergiespeichereinrichtung
entnommen werden. Danach ist jedoch eine gewisse Erholungsphase für die Temporärenergiespeichereinrichtung
erforderlich.
[0022] Weiterhin wird vorgeschlagen, das Verfahren derart durchzuführen, dass eine Mehrzahl
von elektrisch ansteuerbaren Ventilen angesteuert wird, und die elektrisch ansteuerbaren
Ventile insbesondere unterschiedlichen Arbeitskammern zugeordnet sind, wobei die Arbeitskammern
bevorzugt phasenversetzt zueinander angeordnet sind und/oder eine Mehrzahl parallel
arbeitender Arbeitskammern vorgesehen ist. Speziell in derartigen Fällen kann es sich
insbesondere bei bestimmten Betriebsbedingungen ergeben, dass eine größere Anzahl
von elektrisch ansteuerbaren Ventilen zeitgleich angesteuert werden müssen (wobei
unter "zeitgleich" auch sich nur teilweise überlappende Ansteuerungsimpulse und/oder
zeitlich nah beieinanderliegende, aber an sich getrennte Ansteuerungsimpulse verstanden
werden können). Wie bereits erwähnt, haben erste Messungen ergeben, dass derartig
"ungünstige" Ansteuerungszyklen nur selten auftreten und in der Regel mit tolerierbaren
Verschlechterungen umgangen werden können bzw. die resultierenden Verschlechterungen
akzeptiert werden können.
[0023] Eine mögliche Ausführungsvariante des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, dass
die Berechnung des Ventilansteuerungsmusters unter Verwendung einer Puffervariable
erfolgt. In dieser wird beispielsweise pro Pumpzyklus auf einer "Habenseite" eine
Fluidanforderung von Arbeitstakt zu Arbeitstakt eingespeist. Basierend auf dem aktuellen
Wert der Puffervariable wird jeweils ein sinnvoller und gleichzeitig zulässiger Pumpenhub
bestimmt, und der aktuell angesteuerte Pumpenhub reduziert die Puffervariable um den
betreffenden Wert. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, dass ein (teilweise)
ausgesetzter Wert zu einem späteren Zeitpunkt "nachgeholt" wird, und damit schlussendlich
die angeforderte Menge realisiert wird. Dadurch entstehende Schwankungen sind in aller
Regel ausreichend klein, so dass in der Regel nachteilige Effekte nicht bzw. lediglich
in vertretbarem Aufwand entstehen. Selbstverständlich sind auch die bereits im Stand
der Technik vorgeschlagenen Weiterbildungen, wie insbesondere das Vorsehen von "verbotenen
Bereichen" und/oder eine Berechnung für einige Pumpenzyklen in die Zukunft, hierfür
verwendbar. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass in einem "kritischen Fall"
durch ein entsprechendes Ventilansteuerungsmuster insbesondere ein gewisses "Überangebot"
(beispielsweise bei einer Pumpe eine über das nachgefragte Maß erhöhte Pumpleistung
an Fluid) bereitgestellt wird, wobei mithilfe des Ventilansteuerungsmusters eine elektrische
Leistungsgrenze (insbesondere eine weiche und/oder eine harte elektrische Leistungsgrenze)
beachtet wird. Das "Überangebot" kann dann gewissermaßen "mechanisch vernichtet" werden
(bei einer Pumpe beispielsweise durch ein Ablassen von (Hochdruck-)Fluid über ein
Sicherheitsventil oder dergleichen. Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass ein Zurückgreifen
auf ein "Überangebot" statistisch vergleichsweise selten erforderlich ist. Dementsprechend
kann sich auch mit einer derartigen Ausbildung "unter dem Strich" eine erhöhte Energieeffizienz
der Gesamtanlage ergeben.
[0024] Weiterhin wird vorgeschlagen, das Verfahren derart durchzuführen, dass ein Extrapolationsalgorithmus
für den Wert der Puffervariablen und/oder für den Wert des zu erwartenden Fluidbedarfs
und/oder für den Wert des zu erwartenden mechanischen Leistungsbedarfs verwendet wird.
Hierdurch kann das Verfahren noch vorteilhafter durchgeführt werden. Wenn beispielsweise
zu erwarten ist, dass der vermutlich in Kürze abgerufene Fluidbedarf zunimmt, kann
das Ansteuerungsmuster (bei welchem unter anderem auch die für die Ansteuerung des
elektrisch ansteuerbaren Ventils/der elektrisch ansteuerbaren Ventile erforderliche
elektrischen Leistung berücksichtigt wird) derart gewählt werden, dass möglichst viele
Randbedingungen möglichst gut erfüllt werden. Wenn beispielsweise (abgesehen vom zukünftig
zu erwartenden Bedarf) zwei verschiedene sinnvolle Ansteuerzyklen vorhanden sind,
so kann bei (vermutlich) zunehmendem Leistungsbedarf die Variante gewählt werden,
mit der ein zunehmender Leistungsbedarf besser befriedigt werden kann.
[0025] Weiterhin wird vorgeschlagen, das Verfahren derart durchzuführen, dass zumindest
die Differenz zwischen Fluidbedarf und/oder mechanischem Leistungsbedarf und der nach
Anwendung der Modifikation hinsichtlich des elektrischen Leistungsbedarfs tatsächlich
zur Verfügung gestellten Fluidmenge bzw. der tatsächlich zur Verfügung gestellten
mechanischen Leistung ermittelt wird und insbesondere in einer Fehlervariable gespeichert
wird. Die Fehlervariable kann insbesondere dazu verwendet werden, geeignete Korrekturmechanismen
durchzuführen und gegebenenfalls an sich "unerwünschte" Korrekturmechanismen zu erlauben,
wenn zu erwarten ist, dass die Fehlervariable ansonsten zu stark ansteigt. Möglich
ist es aber auch, dass die Fehlervariable im Wesentlichen mit der vorab bereits beschriebenen
Puffervariable korrespondiert bzw. im Wesentlichen mit dieser übereinstimmt. In jedem
Fall kann mit der vorgeschlagenen Ausbildung der erforderliche Fluidbedarf bzw. der
erforderliche mechanische Leistungsbedarf besser und genauer befriedigt werden.
[0026] Weiterhin wird vorgeschlagen, das Verfahren derart durchzuführen, dass insbesondere
bei Überschreiten eines bestimmten Werts der Fehlervariable besondere Korrekturverfahren
genutzt werden und insbesondere ansonsten unzulässige Teilpumpmengen zugelassen werden.
Dadurch ist es möglich, dass eine Art Kompromiss zwischen möglichst korrekter Erfüllung
der Anforderungen einerseits und möglichst vorteilhaftem Betriebsverhalten andererseits
(insbesondere hinsichtlich Verschleiß und/oder Geräuschentwicklung) gefunden werden
kann. Würde also beispielsweise bei Anwendung sonst üblicher Kriterien bei besonders
ungünstigen Betriebsbedingungen ein Fehler zu stark ansteigen, so kann stattdessen
eine (üblicherweise vergleichsweise geringe) Zunahme des Betriebsgeräuschs und/oder
des Verschleißes der Fluidarbeitsmaschine in Kauf genommen werden. Dies ist nicht
notwendigerweise schädlich, da derartige Verhältnisse oftmals nur selten und/oder
für nur kurze Zeit eintreten.
[0027] Möglich ist es auch, das Verfahren derart durchzuführen, dass eine Mehrzahl an unterschiedlichen
Ventilansteuerungsmustern vorab berechnet und gespeichert wird. Bei einer derartigen
Ausführung kann vergleichsweise viel Rechenzeit in die Erstellung möglichst guter
Ventilansteuerungszyklen einfließen, um möglichst vorteilhafte Ventilansteuerungszyklen
zu realisieren. Derartige Ventilansteuerungsmuster können bei heute verfügbaren elektronischen
Speichern in großen Mengen kostengünstig und bei nur geringem Platzbedarf gespeichert
werden. Diese können dann in Abhängigkeit vom Fluidbedarf und/oder vom mechanischen
Leistungsbedarf abgerufen werden. Gegebenenfalls sind auch Interpolationsverfahren
zwischen zwei gespeicherten Werten und dergleichen denkbar. Möglich ist es aber auch,
dass während des Betriebs der Fluidarbeitsmaschine eine bestimmte Anzahl von Pumpenhüben
"in die Zukunft" gerechnet wird und die errechneten Werte zwischengespeichert werden.
Dies kann beispielsweise durch an sich bekannte "look ahead"-Algorithmen realisiert
werden.
[0028] Weiterhin wird eine Steuervorrichtung vorgeschlagen, welche derart ausgebildet und
eingerichtet ist, dass sie zumindest zeitweise ein Verfahren vom vorab beschriebenen
Typ durchführt. Eine derart ausgebildete Steuervorrichtung kann dann die bereits vorab,
im Zusammenhang mit dem vorab vorgeschlagenen Verfahren beschriebenen Vorteile und
Eigenschaften zumindest in analoger Weise aufweisen. Auch ist es möglich die Steuervorrichtung
- zumindest in analoger Weise - weiterzubilden.
[0029] Insbesondere ist es möglich, dass die Steuervorrichtung zumindest eine elektronische
Speichereinrichtung, eine programmierbare Datenverarbeitungseinrichtung, ein Halbleiterleistungsbauteil
und/oder eine Temporärenergiespeichereinrichtung aufweist. Derartige Steuervorrichtungen
haben sich in ersten Versuchen als besonders vorteilhaft erwiesen. Unter einer Temporärenergiespeichereinrichtung
kann insbesondere ein Kondensator und gegebenenfalls auch ein Akkumulator verstanden
werden. Bei einem Kondensator ist vorzugsweise eine große Kapazität sinnvoll, wie
dies beispielsweise bei so genannten Gold Cap-Kondensatoren der Fall ist. Mit einer
derartigen Temporärenergiespeichereinrichtung kann beispielsweise kurzzeitig eine
erhöhte elektrische Leistung abgerufen werden, so dass kurzzeitig gewissermaßen mehr
Ventile angesteuert werden können, als es von der Dimensionierung der Steuervorrichtung
und gegebenenfalls sonstiger Komponenten auf Dauer möglich ist. Dies kann sich als
vorteilhaft erweisen.
[0030] Schließlich wird noch eine Fluidarbeitsmaschine vorgeschlagen, insbesondere eine
elektrisch kommutierte Fluidarbeitsmaschine, welche derart ausgebildet und eingerichtet
ist, dass sie zumindest teilweise ein Verfahren vom vorab vorgeschlagenen Typ durchführt
und/oder die zumindest eine Steuervorrichtung vom vorab beschriebenen Typ aufweist.
Die Fluidarbeitsmaschine kann dann die bereits vorab im Zusammenhang mit dem vorab
beschriebenen Verfahren und/oder der vorab beschriebenen Steuervorrichtung beschriebenen
Vorteile und Eigenschaften zumindest in Analogie aufweisen. Weiterhin kann die Fluidarbeitsmaschine
wie vorab beschrieben weitergebildet werden (zumindest in analoger Weise).
[0031] Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele und unter
Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1:
- ein mögliches Ausführungsbeispiel für eine elektrisch kommutierte Hydraulikpumpe in
einer Prinzipskizze;
- Fig. 2:
- ein Beispiel für ein ungünstiges Ansteuerungsmuster;
- Fig. 3:
- ein Flussdiagramm für ein denkbares Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Ansteuerung
einer elektrisch kommutierten Hydraulikpumpe.
[0032] In Fig. 1 ist ein denkbares Ausführungsbeispiel für eine elektrisch kommutierte Hydraulikpumpe
1 vom sogenannten Hochzeitstortentyp ("wedding cake-type pump") dargestellt. Die Hydraulikpumpe
1 weist insgesamt zwölf Zylinder 2, 3 auf, die jeweils in einem angularen Abstand
von 30° zueinander beabstandet angeordnet sind. Aus Platzgründen sind dabei die Zylinder
2, 3 in unterschiedlichen Ebenen angeordnet und zwar in Form zweier, hintereinander
angeordneter Scheiben mit jeweils sechs Zylindern 2, 3. Die beiden Scheiben aus Zylindern
2, 3 sind dabei in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene aufeinander abfolgend
angeordnet. In jeder Scheibe sind die jeweiligen Zylinder 2, 3 jeweils um 60° voneinander
angular beabstandet. Die beiden Scheiben sind um 30° gegeneinander "verdreht".
[0033] In den Zylindern 2, 3 sind jeweils verschiebbar und um einen gewissen Winkel verdrehbare
Kolben 4 angeordnet. Die Unterseite 5 der Kolben 4 ist als Gleitsohle ausgebildet
und stützt sich auf einem exzentrisch rotierenden Exzenter 6 ab, der um eine Drehachse
7 herum bewegt wird. Die obere Seite 8 der Kolben 4 bildet mit den Wänden der Kolben
4 einen fluiddichten Verschluss. Die durch den Exzenter 6 verursachte Auf- und Abbewegung
der Kolben 4 in den Zylindern 2, 3 bewirkt ein zyklisch variierendes Volumen der Pumpkammern
9.
[0034] Jeder Zylinder 2, 3 ist über entsprechende Hydraulikleitungen 10 mit einem elektrisch
ansteuerbaren Ventil 11 verbunden, welches seinerseits mit einem Hydraulikölreservoir
13 verbunden ist. Das Hydraulikölreservoir 13 steht üblicherweise unter Umgebungsdruck.
[0035] Weiterhin ist im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel jeder Zylinder 2, 3
über Hydraulikleitungen 10 über ein passives Rückschlagventil 12 mit einem Hochdrucksammler
(vorliegend nicht dargestellt) verbunden. Der Hochdrucksammler kann dabei einen Hochdruckspeicher
aufweisen. Denkbar ist es aber auch, dass beispielsweise durch Hochdruckschläuche,
die üblicherweise eine gewisse Elastizität aufweisen, eine Art "Hochdruckspeicherfunktion"
realisiert werden kann. In einem solchen Fall ist es möglich, dass die Hochdruckschläuche
direkt zum Hydraulik-Verbraucher (beispielsweise zu einem Hydraulikmotor) gehen.
[0036] Aus darstellungstechnischen Gründen sind die Hydraulikleitungen 10, das elektrisch
ansteuerbare Ventil 11 und das Rückschlagventil 12 nur einmal eingezeichnet. In aller
Regel ist das Hydraulikölreservoir 13 und/oder der Hochdrucksammler für eine Mehrzahl
und/oder für alle Zylinder 2, 3 identisch.
[0037] Die elektrisch ansteuerbaren Ventile 11 werden über eine elektronische Steuerung
14 elektrisch angesteuert. Insbesondere kann die elektronische Steuerung 14 über einen
Speicher 15 verfügen, in dem ein geeignetes Ansteuerprogramm hinterlegt ist. Die elektronische
Steuerung 14 kann entweder für jedes elektrisch ansteuerbare Ventil 11 einzelnen ausgelegt
sein und/oder einen Teil oder alle elektrisch ansteuerbaren Ventile 11 der elektrisch
kommutierten Hydraulikpumpe 1 ansteuern. Gegebenenfalls kann die elektronische Steuerung
14 auch weitere Aufgaben übernehmen. Insbesondere handelt es sich bei der elektronischen
Steuerung 14 beispielsweise um einen Einplatinencomputer, der zur Ansteuerung der
elektrisch ansteuerbaren Ventile 11 entsprechend dimensionierte Leistungshalbleiterbauelemente
aufweist.
[0038] Die Funktionsweise einer elektrisch kommutierten Hydraulikpumpe 1 ermöglicht es,
dass nicht nur ein vollständiges Pumpkammervolumen "effektiv" gepumpt wird (also in
Richtung des Hochdrucksammlers bewegt wird), sondern auch Teilhübe bzw. Nullhübe möglich
sind.
[0039] Bewegt sich der Kolben 4 im Zylinder 2, 3 nach unten, so wird durch den entstehenden
Unterdruck das elektrisch ansteuerbare Ventil 11 geöffnet und Hydrauliköl wird über
die Hydraulikleitungen 10 und das elektrisch ansteuerbare Ventil 11 (Niederdruckventil)
aus dem Hydraulikölreservoir 13 angesaugt. Erreicht der Kolben 4 den unteren Totpunkt,
so würde bei einer "klassischen" Hydraulikpumpe das passive Ansaugventil selbsttätig
schließen. Bei der vorliegend dargestellten elektrisch kommutierten Hydraulikpumpe
1 bleibt das elektrisch ansteuerbare Ventil 11 (sofern nicht anderweitig angesteuert)
jedoch zunächst offen. Dadurch wird das Hydrauliköl zunächst ohne Last durch das noch
geöffnete elektrisch ansteuerbare Ventil 11 zurück in das Hydraulikölreservoir 13
gedrückt (und folglich nicht in Richtung des Hochdrucksammlers gepumpt). Wenn nun
nach einem Teil des Zylinderwegs nun das elektrisch ansteuerbare Ventil 11 geschlossen
wird, so baut sich in der Pumpkammer 9 rasch ein Druck auf und der verbliebene Anteil
des Volumens wird über das passive Rückschlagventil 12 (Hochdruckventil) "effektiv"
in Richtung des Hochdrucksammlers gepumpt. Die beschriebene Funktionsweise entspricht
einem Teilhub.
[0040] Wird das elektrisch ansteuerbare Ventil 11 unmittelbar am unteren Totpunkt des Zylinders
4 geschlossen, so entspricht die Funktionsweise der elektrisch kommutierten Hydraulikpumpe
1 einer "klassischen" Hydraulikpumpe (volle Pumphübe). Wird dagegen das elektrisch
ansteuerbare Ventil 11 überhaupt nicht geschlossen, so befindet sich die elektrisch
kommutierbare Hydraulikpumpe 1 in einem Leerlaufbetrieb (Leerlaufhübe).
[0041] Bei den derzeit üblichen Bauformen von elektrisch kommutierten Hydraulikpumpen wird
das elektrisch ansteuerbare Ventil 11 durch Anlegen eines relativ großen Stroms geschlossen.
Wird dagegen kein (oder ein nicht ausreichender) Strom (bzw. elektrische Spannung)
angelegt, so verbleibt das elektrisch ansteuerbare Ventil 11 in der geöffneten Stellung.
(Zum Teil existieren auch Bauformen mit einer "invertierten" Schaltlogik; in einem
solchen Fall ist die vorliegende, insbesondere die im Folgenden dargestellte, Beschreibung
entsprechend anzupassen.)
[0042] Es ist einsichtig, dass der Steuerimpuls zum Schließen des elektrisch ansteuerbaren
Ventils 11 umso später erfolgt, je geringer der zu pumpende Volumenanteil ist. Wenn
also zum Beispiel bei zwei unmittelbar hintereinander folgenden Zylindern (die beispielsweise
um 30° zueinander versetzt sind)ein vorausgehender Zylinder einen teilweisen Pumpenhub
und ein darauffolgender Zylinder einen vollen Pumpenhub erzeugen soll, so sind die
elektrisch ansteuerbaren Ventile 11 beider Zylinder gleichzeitig anzusteuern, wenn
der unmittelbar vorauseilende Zylinder nur 93,3 % Volumenanteil erzeugen soll (180°
Umdrehung entspricht 100 % Pumpleistung). Ein Überlapp von verschiedenen Ansteuerimpulsen
kann jedoch nicht nur in exakt einem solchen Fall eintreten (welcher vermutlich in
der Realität nicht allzu häufig eintreten würde). Vielmehr kann ein derartiger Überlapp
deutlich häufiger auftreten, da die Signale zum Schließen der elektrisch ansteuerbaren
Ventile über eine gewisse Zeitspanne hinweg angelegt werden müssen.
[0043] Nimmt man typische Werte für elektrisch kommutierte Hydraulikpumpen, so beträgt die
erforderliche Ansteuerzeit 4 ms. Geht man von einer Hydraulikpumpe aus, die mit 3000
U/min arbeitet, so beträgt die Zeitdauer für einen vollen Kolbenhub 20 ms. Daher kann
es zu einem potentiellen Überlapp unterschiedlicher Ansteuerimpulse von 180° + 72°
kommen. Im Extremfall kann es daher bei einer Zwölfzylinderpumpe mit den angegebenen
Werten zu einer gleichzeitigen Ansteuerung von bis zu acht Zylindern kommen.
[0044] In Fig. 2 ist dieser Effekt grafisch veranschaulicht. Im dortigen Graph ist jeweils
entlang der Abszisse der Drehwinkel 16 (Position des Exzenters 6) dargestellt. Entlang
der Ordinate sind die Ansteuerströme für die unterschiedlichen Zylindernummern 17
(insgesamt zwölf Zylinder) dargestellt. Die in der Grafik zu erkennenden, schräg verlaufenden
Linien 18, 19 entsprechen dem Verlauf des jeweiligen unteren Totpunkts 18 (Beginn
der Hydraulikölausstoßphase; Pumpkammervolumen nimmt ab) bzw. dem oberen Totpunkt
19 (Ende der Flüssigkeitsausstoßphase; Pumpkammervolumen weist den minimalen Wert
auf). Die Zeiten beziehen sich auf 4 ms Ansteuerdauer sowie 3000 U/min.
[0045] Die in Fig. 2 dargestellte Situation ergibt sich, wenn die einzelnen Zylinder wie
folgt beaufschlagt werden:
Zylinder 1 - 1 %, Zylinder 2 - 10 %, Zylinder 3 - 33 %, Zylinder 4 - 60 %, Zylinder
5 - 66 %, Zylinder 6 - 90 %, Zylinder 7 - 100 %, Zylinder 8 - 100 %, Zylinder 9 -
100 %, Zylinder 10 - 100 %, Zylinder 11 - 100 %, Zylinder 12 - 50 %. Wie man der Fig.
entnehmen kann, werden in der Tat zu einem Zeitpunkt acht Zylinder (nämlich Zylinder
1 bis 8 kurz vor "180°") gleichzeitig angesteuert. Auch unmittelbar danach folgen
einige Ansteuerzyklen, so dass die Ansteuerelektronik (elektronische Steuerung 14)
nicht viel Zeit zu einer Erholung hat.
[0046] Wird die elektronische Steuerung 14 nun auf ein derartiges "worst case" Szenario
ausgelegt, so muss sie derart dimensioniert sein, dass sie acht elektrisch ansteuerbare
Ventile 11 gleichzeitig ansteuern kann. Dies ist entsprechend teuer und aufwändig.
Darüber hinaus muss die elektronische Steuerung 14 eine entsprechende Größe (Bauraums)
aufweisen. Auch die Kühlung der elektronischen Steuerung 14 muss entsprechend dimensioniert
sein.
[0047] Lässt man es dagegen einfach "darauf ankommen" und dimensioniert die elektronische
Steuerung 14 derart, dass beispielsweise nur sechs Ansteuerzyklen gleichzeitig erfolgen
können, so würde die Stromversorgung mit Beginn der Ansteuerung der letzten beiden
Zylinder (im vorliegend dargestellten Beispiel Zylinder 6 und 8) zusammenbrechen.
Dies hätte in der Regel zur Folge, dass nicht nur diese beiden Ventile nicht mehr
schließen könnten. Darüber hinaus würden auch die sonstigen Ventile der Zylinder 1
bis 5 und 7 gegebenenfalls nicht mehr (vollständig) schließen, denn zum Einsetzen
der Ansteuerung der Zylinder 6 und 8 sind diese ja gegebenenfalls noch nicht (vollständig)
geschlossen. Ein noch weitergehender Nachteil bestünde darin, dass die Stromversorgung
meist derart zusammenbricht, dass die elektronische Steuerung 14 typischerweise ein
bis zwei Sekunden Erholungszeit braucht, bis sie wieder funktionsbereit ist. Ein derartiges
Verhalten ist nicht tolerierbar.
[0048] Vorliegend wird daher vorgeschlagen, dass die elektronische Steuerung 14 beim Ansteuern
der elektrisch ansteuerbaren Ventile 11 auch den erforderlichen Strombedarf berücksichtigt
und die Ansteuerzyklen entsprechend anpasst.
[0049] Wenn beispielsweise ein Fluidbedarf von 35 % vorliegt (im Folgenden wird davon ausgegangen,
dass ein Pumpintervall zwischen 20 % und 80 % "verboten" ist, damit es zu keiner übermäßigen
Geräuschentwicklung kommt und/oder der Verschleiß reduziert wird), so kann dieser
Fluidbedarf sinnvoll durch drei Pumphübe erzeugt werden, nämlich durch die Sequenz
100 % - 0 % - 5 % (105 % pro drei Pumphübe = 35 % im Mittel).
[0050] Würde nun die 5 %-Ansteuerung des "letzten" Zylinders dazu führen, dass die maximale
Leistung der elektronischen Steuerung 14 überschritten wird, so wird der letzte Pumpzyklus
ausgesetzt, so dass sich die Sequenz 100 % - 0 % - 0 % ergibt. Dadurch ergibt sich
ein Fehlerwert von 5 % (nach den drei Pumphüben).
[0051] Dieser Fehlerwert wird gespeichert und mit der Fluidanforderung "verrechnet". Wenn
die Fluidanforderung bei 35 % verbleibt, so ist nun eine Pumpleistung von 36,67 %
(110 % bei drei Zyklen) zu erbringen, um die vorangegangene Unterdeckung auszugleichen.
Dies kann nun durch die Pumpsequenz 100 % - 0 % - 10 % umgesetzt werden.
[0052] Die dadurch entstandene Pumpsequenz 100 % - 0 % - 0 % - 100 % - 0 % - 10 % entspricht
nun dem angeforderten Durchschnittswert von 35 %.
[0053] In Fig. 3 ist schließlich noch ein schematisches Flussdiagramm 20 dargestellt, welches
ein Verfahren zur Ansteuerung einer elektrisch kommutierten Hydraulikpumpe 1 näher
erläutert.
[0054] Im ersten Schritt 21 wird der Fluidbedarf eingelesen. Im nächsten Schritt wird der
eingelesene Fluidbedarf unter Berücksichtigung eines Fehlerparameters modifiziert
(Schritt 22). Der Fehlerparameter beschreibt, inwieweit "in der Vergangenheit" vom
angeforderten Fluidbedarf abgewichen werden musste. Durch den Schritt 22 wird daher
(wenn auch gegebenenfalls über etwas längere Zeiträume hinweg) im Mittel der tatsächlich
angeforderte Fluidbedarf zur Verfügung gestellt.
[0055] Basierend auf dem in Schritt 22 modifizierten Fluidbedarf wird eine Ansteuersequenz
für die elektrisch ansteuerbaren Ventile errechnet (Schritt 23). Bei der Berechnung
der Ansteuersequenz wird auch der erforderliche elektrische Leistungsbedarf berücksichtigt.
Dementsprechend kann es vorkommen, dass eine hinsichtlich des Fluidbedarfs an sich
erwünschte Ansteuersequenz nicht realisiert werden kann, da dies zu einer Überschreitung
der maximalen elektrischen Leistung führen würde.
[0056] Mit der derart gewonnenen Ansteuersequenz werden die Ventile angesteuert (Schritt
24). Parallel hierzu wird in Schritt 23 der Fehlerparameter, der die Abweichung zwischen
tatsächlich gepumpter Fluidmenge und angeforderter Fluidmenge beschreibt - soweit
erforderlich - modifiziert.
[0057] Nachdem die Ansteuersequenz an die Ventile geleitet wurde, springt das Verfahren
(Pfeil 25) an den Anfang zurück.
[0058] Auch wenn sich das Ausführungsbeispiel auf eine Hydraulikpumpe bezieht, so ist es
selbstverständlich möglich, dass die dort beschriebene Idee auch für einen Hydraulikmotor
bzw. für eine Kombination aus Hydraulikpumpe und Hydraulikmotor eingesetzt wird.
Bezugszeichenliste:
[0059]
- 1.
- Elektrisch kommutierte Hydraulikpumpe
- 2.
- Zylinder
- 3.
- Zylinder
- 4.
- Kolben
- 5.
- Unterseite
- 6.
- Exzenter
- 7.
- Drehachse
- 8.
- Obere Seite
- 9.
- Pumpkammer
- 10.
- Hydraulikleitung
- 11.
- Elektrisch ansteuerbares Ventil
- 12.
- Rückschlagventil
- 13.
- Hydraulikölreservoir
- 14.
- Elektronische Steuerung
- 15.
- Speicher
- 16.
- Drehwinkel
- 17.
- Zylindernummer
- 18.
- Unterer Totpunkt
- 19.
- Oberer Totpunkt
- 20.
- Flussdiagramm
- 21.
- Fluidbedarf einlesen
- 22.
- Modifikation Fluidbedarf
- 23.
- Berechnung Ansteuersequenz
- 24.
- Ansteuerung Ventil
- 25.
- Rücksprung
1. Verfahren (20) zur Ansteuerung einer Fluidarbeitsmaschine (1), wobei die Fluidarbeitsmaschine
(1) zumindest eine Arbeitskammer (9) mit einem zyklisch variierenden Volumen, eine
Hochdruckfluidverbindung, eine Niederdruckfluidverbindung, zumindest ein elektrisch
ansteuerbares Ventil (11) zur ansteuerbaren Verbindung der Hochdruckfluidverbindung
und/oder der Niederdruckfluidverbindung mit der Arbeitskammer (9) aufweist, wobei
die Ansteuerung des zumindest einen elektrisch ansteuerbaren Ventils (11) in Abhängigkeit
von dem Fluidbedarf und/oder dem mechanischen Leistungsbedarf erfolgt (21), wobei
die Ansteuerung des zumindest einen elektrisch ansteuerbaren Ventils (11) zumindest
zeitweise zusätzlich in Abhängigkeit von der für die Ansteuerung des zumindest einen
elektrisch ansteuerbaren Ventils erforderlichen elektrischen Leistung erfolgt (23),
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine obere elektrische Leistungsgrenze derart berücksichtigt wird (23),
dass diese nicht überschritten wird.
2. Verfahren (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine obere elektrische Leistungsgrenze zumindest eine harte elektrische
Leistungsgrenze ist.
3. Verfahren (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine obere elektrische Leistungsgrenze zumindest zeitweise und/oder
zumindest teilweise durch zumindest einen Teil zumindest einer Steuervorrichtung (14)
definiert ist und/oder zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise durch die
im System verfügbare elektrische Leistung definiert ist.
4. Verfahren (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von elektrisch ansteuerbaren Ventilen (11) angesteuert wird, und die
elektrisch ansteuerbaren Ventile (11) insbesondere unterschiedlichen Arbeitskammern
(9) zugeordnet sind, wobei die Arbeitskammern (9) bevorzugt phasenversetzt zueinander
angeordnet sind und/oder eine Mehrzahl parallel arbeitender Arbeitskammern (9) vorgesehen
ist.
5. Verfahren (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Ventilansteuerungsmusters (23) unter Verwendung einer Puffervariable
erfolgt (22).
6. Verfahren (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Extrapolationsalgorithmus für den Wert der Puffervariable und/oder für den Wert
des zu erwartenden Fluidbedarfs und/oder für den Wert des zu erwartenden mechanischen
Leistungsbedarfs verwendet wird.
7. Verfahren (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Differenz zwischen Fluidbedarf und/oder mechanischem Leistungsbedarf
und der nach Anwendung der Modifikation hinsichtlich des elektrischen Leistungsbedarfs
tatsächlich zur Verfügung gestellten Fluidmenge bzw. der tatsächlich zur Verfügung
gestellten mechanischen Leistung ermittelt wird (23) und insbesondere in einer Fehlervariable
gespeichert wird.
8. Verfahren (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei Überschreiten eines bestimmten Werts der Fehlervariable besondere
Korrekturverfahren, wie insbesondere das Zulassen ansonsten unzulässiger Teilpumpmengen,
genutzt werden.
9. Verfahren (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an unterschiedlichen Ventilansteuerungsmustern vorab berechnet und
gespeichert wird.
10. Steuervorrichtung (14), aufweisend eine programmierbare Datenverarbeitungseinrichtung,
welche derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie zumindest zeitweise ein Verfahren
nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt.
11. Steuervorrichtung (14) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch zumindest eine elektronische Speichereinrichtung (15), ein Halbleiterleistungsbauteil
und/oder eine Temporärenergiespeichereinrichtung.
12. Fluidarbeitsmaschine (1), insbesondere elektrisch kommutierte Fluidarbeitsmaschine,
welche derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie zumindest teilweise ein Verfahren
(20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchführt und/oder gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (14) nach Anspruch 10 oder 11.
1. Method (20) for actuating a fluid working machine (1), the fluid working machine (1)
comprising at least one working chamber (9) with a cyclically varying volume, a high
pressure fluid connection, a low pressure fluid connection, at least an electrically
actuated valve (11) for selectively connecting the high pressure fluid connection
and/or the low pressure fluid connection with the working chamber (9), wherein the
actuation of the at least one electrically actuated valve (11) depends on the fluid
flow requirement (21) and/or the mechanical power requirement, wherein the actuation
(23) of the at least one electrically actuated valve (11) depends additionally at
least at times on the electrical power requirement for actuating the at least one
electrically actuated valve, characterised in that at least an upper electrical power limit is considered (23) in a way that the limit
is not exceeded.
2. Method (20) according to claim 1, characterised in that the at least one electrical power limit is at least a hard electrical power limit.
3. Method (20) according to claim 1 or 2, characterised in that the at least one upper electrical power limit is defined at least at times and/or
at least in part by at least a part of at least one control device (14) and/or is
defined at least at times and/or at least in part by the electrical power that is
available in the system.
4. Method (20) according to any of the preceding claims, characterised in that a plurality of electrically actuated valves (11) is actuated, wherein the electrically
actuated valves (11) are connected to in particular different working chambers (9),
wherein the working chambers (9) are preferably arranged phase shifted with respect
to each other and/or a plurality of parallely operating working chambers (9) is provided.
5. Method (20) according to any of the preceding claims, characterised in that the valve actuation pattern is calculated (23) using a buffer variable (22).
6. Method (20) according to claim 5, characterised in that an extrapolation algorithm is used for the value of the buffer variable and/or for
the value of the fluid flow requirement to be expected and/or for the value of the
mechanical power requirement to be expected.
7. Method (20) according to any of the preceding claims, characterised in that at least the difference between the fluid flow requirement and/or the mechanical
power requirement and the actually provided amount of fluid flow and the actually
provided mechanical power after applying the modification regarding the electrical
power requirement, respectively, is determined (23) and stored in particular in an
error variable.
8. Method (20) according to claim 7, characterised in that special correcting methods are used when the error variable exceeds a certain value,
in particular correcting methods permitting pumping fractions that are usually prohibited.
9. Method (20) according to any of the preceding claims, characterised in that a plurality of different valve actuation patterns is calculated and stored in advance.
10. Control device (14), comprising a programmable data processing equipment that is designed
and arranged in a way that it performs at least at times a method according to any
of claims 1 to 9.
11. Control device (14) according to claim 10, characterised by at least an electronic storage means (15), a semiconductor power device and/or a
temporal energy storage device.
12. Fluid working machine (1), in particular electrically commutated fluid working machine,
that is designed and arranged in a way that it performs at least in part a method
(20) according to any of claims 1 to 9 and/or that is characterised by a control device (14) according to claim 10 or 11.
1. Procédé (20) d'actionnement d'une machine à travail fluide (1), dans lequel la machine
à travail fluide (1) comporte au moins une chambre de travail (9) de volume variable
cycliquement, une connexion fluide haute pression, une connexion fluide basse pression,
au moins une valve à actionnement électrique (11) pour la connexion actionnable de
la connexion fluide haute pression et/ou de la connexion fluide basse pression avec
la chambre de travail (9), l'actionnement de l'au moins une vanne à actionnement électrique
(11) s'effectuant en fonction du besoin en fluide et/ou du besoin en puissance mécanique
(21), l'actionnement de l'au moins une vanne à actionnement électrique (11) s'effectuant
de plus au moins par intermittence en fonction de la puissance électrique nécessaire
pour l'actionnement de l'au moins une vanne à actionnement électrique (23), caractérisé en ce qu'au moins une limite de puissance électrique supérieure est prise en compte (23) de
manière à ne pas être dépassée.
2. Procédé (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'au moins une limite de puissance électrique supérieure est au moins une limite
de puissance électrique stricte.
3. Procédé (20) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'au moins une limite de puissance électrique supérieure est définie au moins par
intermittence et/ou au moins partiellement par au moins une partie d'au moins un dispositif
de commande (14) et/ou est définie au moins par intermittence et/ou au moins partiellement
par la puissance électrique disponible dans le système.
4. Procédé (20) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une pluralité de vannes à actionnement électrique (11) est actionnée, et les vannes
à actionnement électrique (11) sont connectées à en particulier différentes chambres
de travail (9), les chambres de travail (9) étant de préférence agencées en décalage
de phase les unes par rapport aux autres et/ou une pluralité de chambres de travail
(9) travaillant en parallèle est prévue.
5. Procédé (20) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le calcul du motif d'actionnement de vanne (23) est réalisé à l'aide d'une variable
tampon (22).
6. Procédé (20) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un algorithme d'extrapolation est utilisé pour la valeur de la variable tampon et/ou
pour la valeur du besoin en fluide à prévoir et/ou pour la valeur du besoin en puissance
mécanique à prévoir.
7. Procédé (20) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins la différence entre le besoin en fluide et/ou le besoin en puissance mécanique,
et la quantité de fluide effectivement mise à disposition, respectivement de la puissance
mécanique effectivement mise à disposition, après application de la modification du
point de vue du besoin en puissance électrique, est déterminée (23) et en particulier
est stockée dans une variable d'erreur.
8. Procédé (20) selon la revendication 7, caractérisé en ce que, en particulier lorsqu'une certaine valeur de la variable d'erreur est dépassée,
des méthodes de correction particulières, telles qu'en particulier l'autorisation
de quantités partielles de pompage autrement inadmissibles, sont utilisées.
9. Procédé (20) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une pluralité de motifs d'actionnements de vannes différents est calculée et mémorisée
à l'avance.
10. Dispositif de commande (14) comportant un module de traitement de données programmable
qui est conçu et agencé de telle sorte qu'il exécute au moins par intermittence un
procédé selon l'une des revendications 1 à 9.
11. Dispositif de commande (14) selon la revendication 10, caractérisé par au moins un module de stockage électronique (15), un composant de puissance à semi-conducteur
et/ou un module de stockage temporaire d'énergie.
12. Machine à travail fluide (1), en particulier machine à travail fluide à commutation
électrique, qui est conçue et agencée de telle sorte qu'elle exécute au moins par
intermittence un procédé (20) selon l'une des revendications 1 à 9 et/ou caractérisée par un dispositif de commande (14) selon la revendication 10 ou 11.