Die Erfindung betrifft ein Hydroaggregat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb eines Hydroaggregats.
Bei derartigen Hydroaggregaten mit einer Hydropumpe, die von einem Elektromotor angetrieben wird, sind Anordnungen mit Konstantpumpen bekannt. Bei einem Betrieb mit vergleichsweise geringem Volumenstrom und vergleichsweise hohem Druck wird trotz geringer Leistung des Hydroaggregats der Elektromotor bei geringen Drehzahlen mit hohem Drehmoment belastet. Dabei ist in derartigen Teillastbetrieben durch die ohmschen Verluste am Elektromotor ein schlechter Wirkungsgrad des Hydroaggregats gegeben. Weiterhin ist nachteilig, dass die Kühlung durch einen an die Drehzahl des Elektromotors gekoppelten Motorlüfter dabei zu gering werden kann.
Aus der Patentschrift
Die Druckschrift
In einem Druckhaltebetrieb, bei dem von dem Hydroaggregat bzw. der Verstellpumpe ein gewisser Druck ohne nennenswerte Volumenströme gehalten werden muss, schwenkt die Verstellpumpe zurück. Dabei wird das Drehmoment des Hydroaggregats bzw. des Elektromotors abgesenkt, was zu einer Energieeinsparung führt.
Nachteilig an derartigen Hydroaggregaten ist, dass der Elektromotor im Teillastbetrieb mit kaum veränderter Drehzahl betrieben wird und dabei noch eine nennenswerte Verlustleistung aufweist.
Dem entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Hydroaggregat zu schaffen, dessen Wirkungsgrad bei Teillastbetrieb weiter verbessert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Hydroaggregat mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zu dessen Betrieb gemäß Patentanspruch 7.
Das erfindungsgemäße Hydroaggregat hat einen regelbaren Elektromotor und eine daran koppelbare hydrostatische Verstellpumpe, deren Schwenkwinkel über eine hydromechanische Verstelleinrichtung einstellbar ist. Dabei sind der Schwenkwinkel über einen Schwenkwinkelsensor und ein Arbeitsdruck der Verstellpumpe über einen Drucksensor erfassbar. Eine Drehzahl des Elektromotors ist in Abhängigkeit des Schwenkwinkelsensors und des Drucksensors regelbar. Damit kann im Teillastbetrieb die Verlustleistung des Hydroaggregats minimiert werden. Zudem ist die Lösung für die Nachrüstung bestehender Anlagen vorteilhaft, da Schnittstellen zur Anlagensteuerung, zur Energieversorgung und zur Hydraulik unverändert genutzt werden können.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Es wird besonders bevorzugt, wenn die Drehzahl des Elektromotors über einen Frequenzumrichter regelbar ist. Dadurch kann die Pumpe bei routinemäßigen Unterbrechungen (Reparatur, Werkzeugwechsel, Pause) problemlos abgeschaltet werden, was zu weiterer Energieeinsparung führt.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist eine dem Frequenzumrichter übergeordnete speicherprogrammierbare Steuerung vorgesehen, die mit dem Schwenkwinkelsensor und mit dem Drucksensor verbunden ist. Diese kann den Frequenzumrichter steuern.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die hydromechanische Verstelleinrichtung ein Druckregler oder ein kombinierter Druck-Förderstromregler.
Vorzugsweise ist der Elektromotor ein Asynchronmotor, insbesondere ein kostengünstiger Norm-Asynchronmotor.
Bei bevorzugten Anwendungsfällen ist das erfindungsgemäße Hydroaggregat in einer Werkzeugmaschine - insbesondere in deren Spannvorrichtung - oder in einer Presse oder in einer Kunststoffmaschine - insbesondere Kunststoffspritzgießmaschine - oder in einer Ladevorrichtung für einen Hydrospeicher angeordnet. Bei diesen Anwendungsfällen ist häufig eine Schleichfahrt oder sogar ein Stillstand mit gehaltenem Arbeitsdruck nötig, so dass die erfindungsgemäßen Energieeinsparungspotenziale entsprechend häufig genutzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Hydroaggregats gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche hat die Schritte:
Damit kann im Druckhaltebetrleb die Verlustleistung des Hydroaggregats minimiert werden.
Vorrichtungstechnisch einfach erfolgt das Erkennen des Druckhaltebetriebes über den Drucksensor und den Schwenkwinkelsensor.
Es wird bevorzugt, wenn das Erkennen des Druckhaltebetriebes durch Erreichen eines vorbestimmten Arbeitsdrucks und durch Unterschreiten eines vorbestimmten Schwenkwinkels erfolgt.
Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiede Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
Ein Schwenkwinkel der Verstellpumpe 1 wird über einen Druckregler 2 eingestellt. Dieser ist über eine Steuerleitung 10 mit der Arbeitsleitung 7 stromauf der Zumessblende 8 verbunden. Ebenfalls stromauf der Zumessblende 8 ist ein Drucksensor 5 angeordnet, der über eine Signalleitung 12 mit einem Frequenzumrichter 6 verbunden ist.
Der Frequenzumrichter 6 ist über elektrische Leitungen 14 mit einem regelbaren Asynchronmotor 3 verbunden. Der Asynchronmotor 3 ist über eine Welle 16, in der eine Kupplung 18 angeordnet ist, mit der Verstellpumpe 1 verbunden.
An der Verstellpumpe 1 ist ein Schwenkwinkelsensor 4 angeordnet, dessen Ausgangssignal über eine Signalleitung 20 an den Frequenzumrichter 6 übertragen wird.
An der Arbeitsleitung 7 zwischen der Verstellpumpe 1 und der Zumessblende 8 ist ein Druckbegrenzungsventil 24 angeordnet, bei dem eine in Schließrichtung wirksame Federkraft einstellbar ist. Das Druckbegrenzungsventil 24 entlastet im Falle eines Ansprechens die Arbeitsleitung 7 zum Tank T.
Im Folgenden wird die Funktion des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hydroaggregats gemäß
In Abhängigkeit einer Last des (nicht gezeigten) Verbrauchers und einer Einstellung der Zumessblende 8 stellt sich in der Arbeitsleitung 7 ein Arbeitsdruck ein, der über die Steuerleitung 10 zum Druckregler 2 gemeldet wird. Dieser vergrößert bei abnehmendem Arbeitsdruck den Schwenkwinkel, während er ihn bei zunehmendem Arbeitsdruck verringert. Bei einer Verringerung des Schwenkwinkels wird die Förderleistung der Verstellpumpe 1 verringert. Der Schwenkwinkel wird vom Schwenkwinkelsensor 4 über die Signalleitung 20 zum Frequenzumrichter 6 gemeldet, während der Arbeitsdruck vom Drucksensor 5 über die Signalleitung 12 zum Frequenzumrichter 6 gemeldet wird. Dieser versorgt in Abhängigkeit der beiden Signale den Asynchronmotor 3 mit elektrischer Leistung.
An einem gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel vereinfachten Frequenzumrichter 106 ist über eine Signalleitung 126 eine speicherprogrammierbare Steuerung angeschlossen. Diese Steuerung 128 ist dem Frequenzumrichter 106 übergeordnet und steuert diesen. Dazu sind die mit dem Drucksensor 5 verbundene Signalleitung 12 und die mit dem Schwenkwinkelsensor 4 verbundene Signalleitung 20 an die Steuerung 128 angeschlossen. Ein entsprechendes Steuerungssignal zur Leistungsregelung des Asynchronmotors 3 wird von der Steuerung 128 über die Signalleitung 126 zum Frequenzumrichter 106 übertragen.
Erfindungsgemäß ist insbesondere folgender Fall von Interesse: Wenn der hydraulische Verbraucher (zum Beispiel in einer Presse) nicht weiter bewegt werden soll bzw. kann und trotzdem der in der Arbeitsleitung 7 erreichte Arbeitsdruck aufrecht erhalten werden soll, wird die Verstellpumpe 1 über den Druckregler 2 zurückgeschwenkt. Wenn dabei der vom Schwenkwinkelsensor 4 ermittelte Schwenkwinkel unter einen Schwellwert absinkt, während gleichzeitig der vom Drucksensor 5 ermittelte Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung 7 oberhalb eines vorbestimmten Schwellwertes bleibt, erkennt eine den Frequenzumrichter 6 zugeordnete elektronische Schaltung den Druckhaltebetrieb. Dieser kann in einem theoretischen Grenzfall auch ein Nullhubbetrieb sein, bei dem die Verstellpumpe 1 auf Null zurück geschwenkt ist und kein weiteres Druckmittel in die Arbeitsleitung 7 fördert. Dabei bleibt der zuvor erzeugte Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung 7 erhalten und lässt den Verbraucher gegen seine Lastkraft verharren.
Dieser Druckhalte- bzw. Nullhubbetrieb wird erfindungsgemäß über die Sensoren 4, 5 erkannt, woraufhin neben dem Drehmoment insbesondere auch die Drehzahl des Asynchronmotors 3 reduziert wird.
Durch diese Leistungsverringerung des Asynchronmotors 3 im Druckhalte- bzw. Nullhubbetrieb spart das erfindungsgemäße Hydroaggregat Energie.
Bei beiden gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Verstellpumpe eine Axialkolbenpumpe oder eine Radialkolbenpumpe sein.
Bei Strangpressen z.B. gibt es eine Schließfunktion für ein Presswerkzeug, die für den gesamten Pressvorgang aufrecht erhalten werden muss. Dieser dauert ca. 50-80% des gesamten Zyklus und verlangt dabei eine geringe Fördermenge bei gleichzeitig hohem Druck. Dabei kommen gemäß dem Stand der Technik Steuerölsysteme mit Speicherladepumpen und Speichersystemen zu Einsatz. Derartige Speicherladepumpen werden oft für einen maximalen Arbeitszyklus ausgelegt. Somit sind die Speicherladepumpen für langsamere Arbeitszyklen (z. B. bei Produktionswechsel) überdimensioniert. Diese Speicherladepumpen arbeiten daher relativ häufig und im Druckhalte- bzw. Nullhubbetrieb. Der Einsatz eines erfindungsgemäßen Hydroaggregates rechnet sich bei diesem Anwendungsbeispiel nach 1 bis 2 Jahren.
Offenbart ist ein Hydroaggregat mit einem regelbaren Elektromotor und mit einer daran koppelbaren hydrostatischen Verstellpumpe, deren Schwenkwinkel über eine hydromechanische Verstelleinrichtung einstellbar ist. Dabei sind der Schwenkwinkel über einen Schwenkwinkelsensor und ein Arbeitsdruck der Verstellpumpe über einen Drucksensor erfassbar. Eine Drehzahl des Elektromotors ist in Abhängigkeit des Schwenkwinkelsensors und des Drucksensors regelbar.
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