DE10055986A1 - Verfahren zur Steuerung einer aus zwei hydraulisch angetriebenen Plungerkolbenpumpen gebildeten Pumpenanordnung - Google Patents
Verfahren zur Steuerung einer aus zwei hydraulisch angetriebenen Plungerkolbenpumpen gebildeten PumpenanordnungInfo
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Abstract
Bei einer Pumpenanordnung, die aus zwei hydraulisch angetriebenen Plungerkolbenpumpen gebildet ist, erfolgt die Steuerung der Bewegung der Plungerkolben durch Steuerorgane, die doppeltwirkenden hydraulischen Zylindern, deren Kolben mit den Plungerkolben verbunden sind, in Abhängigkeit von den Signalen einer elektrischen Steuereinrichtung Druckmittel zuführen. Um Druckstöße der von der Pumpenanordnung zu fördernden Flüssigkeit beim Übergang der Förderung von dem einen Plungerkolben auf den anderen Plungerkolben weitestgehend zu vermeiden, beginnt der Förderhub eines Plungerkolbens bereits in der Schlußphase des Förderhubs des jeweils anderen Plungerkolbens. Hierfür wird das Signal, das dem Steuerorgan für den Zylinder, der den Förderhub beendet, zugeführt ist, in der Schlußphase des Förderhubs von einem der von der Pumpenanordung zu fördernden Menge entsprechenden Wert stetig bis auf Null verringert und das Signal, das dem Steuerorgan für den Zylinder, der den Förderhub beginnt, zugeführt ist, in dieser Zeit von Null auf den der zu fördernden Menge entsprechenden Wert erhöht. Die Pumpenanordnung dient zur Förderung von Flüssigkeiten, z. B. von Wasser, bei der Druckprüfung von Rohren.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer aus
zwei hydraulisch angetriebenen Plungerkolbenpumpen gebildeten
Pumpenanordnung zur Förderung von Flüssigkeiten, insbesondere
von Wasser.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 35 35 175 A1 bekannt.
Die Plungerkolben von zwei Plungerkolbenpumpen sind mit dem
Kolben je eines doppeltwirkenden hydraulischen Zylinders
verbunden. Die Kolben der beiden Zylinder werden derart mit
Druckmittel beaufschlagt, daß jeder Plungerkolben in einem
Förderhub Flüssigkeit zu einem Verbraucher fördert und in
einem darauf folgenden Saughub Flüssigkeit aus einem Vorrats
behälter ansaugt. Die bodenseitigen Kammern der Zylinder sind
miteinander verbunden, und zwischen den bodenseitigen Kammern
ist ein Druckmittelvolumen eingeschlossen, das bei einer
Bewegung der Kolben entsprechend zwischen diesen verschoben
wird. Der stangenseitigen Kammer eines Zylinders wird von
einer Pumpe Druckmittel zugeführt. Gleichzeitig wird aus der
stangenseitigen Kammer des jeweils anderen Zylinders Druck
mittel in einen Tank zurückgeführt. Die hydraulische Kopplung
der Kolben über das in den bodenseitigen Kammern und der zwi
schen ihnen angeordneten Verbindungsleitung eingeschlossene
Druckmittelvolumen bewirkt eine Zwangsführung der beiden
Kolben. Befindet sich der eine Kolben in der einen Endstel
lung, befindet sich der andere Kolben in der jeweils anderen
Endstellung. Der Hub der beiden Kolben wird kontinuierlich
gemessen. Erreichen die Kolben ihre Endstellungen, wird die
stangenseitige Kammer des jeweils anderen Zylinders mit
Druckmittel beaufschlagt und die Kolben bewegen sich in der
entgegengesetzten Richtung bis sie wieder ihre Endstellungen
erreicht haben. Anders als bei einer mechanischen Zwangsfüh
rung der beiden Kolben kann jedoch, z. B. aufgrund von Leck
verlusten, ein Kolben früher seine Endstellung erreichen als
der andere Kolben. In einem derartigen Fall werden die boden
seitigen Kammern so lange mit Druckmittel beaufschlagt oder
aus ihnen Druckmittel abgeführt, bis sich beide Kolben wieder
gleichzeitig in den jeweiligen Endstellungen befinden. Für
die Steuerung der Druckmittelzufuhr zu den Kammern der Zylin
der sind elektrisch betätigte Steuerorgane in Form von
Schaltventilen und steuerbaren Drosseln vorgesehen. Aus dem
Hub der Plungerkolben, der gleich dem Hub der Kolben ist,
wird der von den Plungerkolben geförderte Einzel- und Gesamt-
Mengenstrom errechnet und mit einem Sollmengenstrom vergli
chen. Bei Abweichungen wird die den Zylindern zugeführte
Druckmittelmenge im Sinne einer Verringerung der Abweichung
verändert. Aufgrund der Zwangsführung der mit den Plunger
kolben verbundenen Kolben der beiden Zylinder führt immer ein
Plungerkolben einen Förderhub aus, der jeweils andere Plun
gerkolben führt in dieser Zeit einen Saughub aus. In den End
stellungen findet eine kurzzeitige Unterbrechung der Förde
rung statt, da der eine Plungerkolben aufgrund der Bewegungs
umkehr nicht mehr fördert und der andere Plungerkolben gerade
erst zu fördern beginnt. Auch wenn diese Unterbrechungen nur
kurz sind, wirken sie sich doch störend in Form von Druck
stößen aus.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Art anzugeben, das Druckstöße der zu
fördernden Flüssigkeit beim Übergang der Förderung von dem
einen Plungerkolben auf den anderen Plungerkolben weitest
gehend vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten
Merkmale gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird
bewußt davon Gebrauch gemacht, daß sich bei Pumpenanordnungen
mit zwei hydraulisch angetriebenen Plungerkolbenpumpen -
anders als bei einer mechanischen Zwangsführung - die die
Plungerkolben antreibenden Kolben nicht exakt gegenläufig
bewegen. Im Gegensatz zu dem aus der DE 35 35 175 A1 bekann
ten Verfahren wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht
versucht, durch entsprechende Steuerung der Druckmittelzufuhr
in Abhängigkeit von den jeweiligen Positionen der Kolben eine
exakt gegenläufige Bewegung der Kolben zu erreichen, sondern
die Bewegungen der beiden Kolben werden voneinander entkop
pelt. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß der einen Saughub
ausführende Plungerkolben vor dem Beginn der Schlußphase des
Förderhubs des anderen Plungerkolbens seine Umkehrposition
erreicht hat. Erfindungsgemäß setzt in der Schlußphase des
Förderhubs des einen Plungerkolbens bereits der Förderhub des
anderen Plungerkolbens ein. In dem Maß, in dem sich die För
dermenge des bis dahin fördernden Plungerkolbens verringert,
vergrößert sich die Fördermenge des anderen Plungerkolbens,
der die Förderung übernimmt. Die Förderung erfolgt somit wäh
rend einer Übergangsphase durch beide Plungerkolben gemein
sam. Dabei wird die Fördermenge des einen Plungerkolbens
stetig verringert und die Fördermenge des anderen Plungerkolbens
entsprechend erhöht. Damit ergibt sich auch während
der Bewegungsumkehr der Plungerkolben eine unterbrechungs
freie Förderung der Pumpenanordnung.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen gekennzeichnet. Der Saughub des bisher fördernden
Plungerkolbens beginnt, wenn der andere Plungerkolben die
Förderung vollständig übernommen hat. Dabei ist es vorteil
haft, den zeitlichen Verlauf der Druckmittelzufuhr so zu
wählen, daß die Druckmittelzufuhr nicht schlagartig beginnt
und auch nicht schlagartig endet. Dies wird dadurch erreicht,
daß das elektrische Signal für die Steuerung der Druckmittel
zufuhr während eines ersten Zeitabschnitts stetig auf einen
vorgebbaren Wert ansteigt, danach während eines zweiten Zeit
abschnitts auf diesem Wert gehalten wird und während eines
dritten Zeitabschnitts wieder verringert wird. Um sicherzu
stellen, daß der Förderhub eines Zylinders nicht vorzeitig
beginnt, wird das elektrische Signal für den Saughub am Ende
des dritten Zeitabschnitts nicht ganz auf Null verringert,
sondern bis zum Beginn des Förderhubs auf einem geringfügig
von Null verschiedenen Wert gehalten wird, der in Saugrich
tung wirksam ist. Der vorgebbare Wert des elektrischen Sig
nals für den Saughub wird mindestens so groß gewählt wie
derjenige Wert, der der von der Pumpenanordnung maximal zu
fördernden Menge entspricht. Damit ist sichergestellt, daß
der Saughub unabhängig von der Höhe des elektrischen Signals
für die Steuerung der zu fördernden Menge beendet ist, bevor
ein neuer Förderhub beginnt. Als Kriterium für den Beginn des
dritten Zeitabschnitts eines Saughubs ist ein unterer Posi
tionswert des den Saughub ausführenden Kolbens vorgesehen.
Als Kriterium für den Beginn der Schlußphase eines Förderhubs
ist ein oberer Positionswert des den Förderhub ausführenden
Kolbens vorgesehen. Weitere Positionswerte sind für die Steu
erung der Pumpenanordnung nicht erforderlich. Um eine gleich
mäßige Fördermenge zu erzielen, ist die Summe der den Steuer
organen zugeführten Signale gleich dem der Steuereinrichtung
zugeführten Steuersignal. Die Änderung der den Steuerorganen
zugeführten Steuersignale erfolgt im einfachsten Fall rampen
förmig, d. h. linear über die Zeit.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden mit seinen
weiteren Einzelheiten anhand eines in den Zeichnungen darge
stellten Ausführungsbeispiels einer Pumpenanordnung näher
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine aus zwei hydraulisch angetriebenen Plunger
kolbenpumpen gebildete Pumpenanordnung als Bestand
teil einer Einrichtung zur Druckprüfung von Rohren
mit Wasser in schematischer Darstellung,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der beiden in der
Fig. 1 dargestellten Plungerkolbenpumpen,
Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der elektrischen Signale für
die Steuerung der Druckmittelzufuhr zu den die
Plungerkolbenpumpen antreibenden Zylindern für
einen Ersten Wert des der Steuereinrichtung zuge
führten Steuersignals und
Fig. 4 den zeitlichen Verlauf der elektrischen Signale für
die Steuerung der Druckmittelzufuhr zu den die
Plungerkolbenpumpen antreibenden Zylindern für
einen zweiten Wert des der Steuereinrichtung zuge
führten Steuersignals.
In der Fig. 1 ist eine Pumpenanordnung 10 mit zwei hydrau
lisch angetriebenen Plungerkolbenpumpen 11 und 12 als Be
standteil einer Einrichtung zur Druckprüfung von Rohren mit
Wasser schematisch dargestellt. In einem Saughub saugt der
Plungerkolben 13 der Plungerkolbenpumpe 11 über ein erstes
Rückschlagventil 14 Wasser aus einem Vorratsbehälter 15. In
einem darauffolgenden Förderhub fördert der Plungerkolben 13
das Wasser über ein zweites Rückschlagventil 16 und eine
hydraulische Leitung 17 in ein zu prüfendes Rohr 18. Das Rohr
18 ist zwischen zwei Haltevorrichtungen 19 und 20 druckdicht
eingespannt. Hierzu werden auf die Haltevorrichtungen 19 und
20 mit F1 bzw. F2 bezeichnete von außen wirkenden Kräfte auf
gebracht. Der Plungerkolben 23 der Plungerkolbenpumpe 12
saugt in einem Saughub über ein drittes Rückschlagventil 24
Wasser aus dem Vorratsbehälter 15 und fördert es über ein
viertes Rückschlagventil 26 und die hydraulische Leitung 17
in das zu prüfende Rohr 18. Wie weiter unten im Einzelnen
ausgeführt ist, ist die Bewegung der Plungerkolben 13 und 23
so gesteuert, daß der eine Plungerkolben Wasser aus dem Vor
ratsbehälter 15 saugt und der jeweils anderer Plungerkolben
in dieser Zeit Wasser in die zu dem Rohr 18 führende Leitung
17 fördert.
Der Plungerkolben 13 der Plungerkolbenpumpe 11 ist über eine
Kolbenstange 28 mit einem Kolben 29 eines Zylinders 30 ver
bunden. Eine Verstellpumpe 31 fördert hydraulisches Druck
mittel aus einem Tank 32 zu dem Zylinder 30. Als Steuerorgan
für das dem Zylinder 30 zugeführte Druckmittel dient ein
elektrisch gesteuertes Proportionalventil 33. In gleicher
Weise ist der Plungerkolben 23 der Plungerkolbenpumpe 12 über
eine Kolbenstange 35 mit einem Kolben 36 eines Zylinders 37
verbunden. Als Steuerorgan für das dem Zylinder 37 zugeführte
Druckmittel dient ein elektrisch gesteuertes Proportional
ventil 38, das zwischen der Pumpe 31 und dem Zylinder 37
angeordnet ist. Sind - wie in der Fig. 1 dargestellt - die
Flächen der miteinander verbunden Kolben 13 und 29 bzw. 23
und 36 unterschiedlich groß, wirken die Plungerkolbenpumpen
11 und 12 als Druckübersetzer.
Dem auf Druckfestigkeit zu prüfenden Rohr 18, das zwischen
den Haltevorrichtungen 19 und 20 eingespannt ist, führt die
Pumpenanordnung 1.0 - wie oben beschrieben - über die Leitung
17 Wasser zu. Ein Drucksensor 40 erfaßt den Druck des Wassers
in dem Rohr 18 und setzt ihn in ein dem Druck entsprechendes
elektrisches Signal upi um, das einem Druckregler 41 als Ist
wert zugeführt ist. Der Druckregler 41 vergleicht den Istwert
mit einem als Sollwert für den Druck zugeführten elektrischen
Signal ups. Der Druckregler 41 verarbeitet die Differenz zwi
schen dem Istwert und dem Sollwert zu einem Stellsignal ust,
das der Pumpenanordnung 10 als elektrisches Eingangssignal
zugeführt ist. Das Stellsignal ust ist ein Maß für die Menge
des dem Rohr 18 zuzuführenden Wassers bzw. die Menge des aus
dem Rohr 18 abzuführenden Wassers. In diesem Ausführungsbeispiel
bedeuten positive Werte von ust, daß dem Rohr 18 von
der Pumpenanordnung 10 Wasser zuzuführen ist. Negative Werte
von ust bedeuten, daß Wasser aus dem Rohr 18 abzulassen ist.
Das Stellsignal ust ist einer elektrischen Steuereinrichtung
43 der Pumpenanordnung 10 zugeführt. In diesem Ausführungs
beispiel ist das Stellsignal ust eine elektrische Spannung,
die Werte zwischen -10 V und +10 V annehmen kann. Die Steuer
einrichtung 43 wertet das Stellsignal ust nach Vorzeichen und
Betrag aus und verknüpft es mit den Signalen von vier Posi
tionsgebern 45 bis 48. Die Positionsgeber 45 und 46 sind dem
Zylinder 30 zugeordnet. Der Positionsgeber 45 führt der Steu
ereinrichtung 43 ein erstes Positionssignal zu, wenn der Kol
ben 29 einen unteren Positionswert UP1 unterschreitet. Der
Positionsgeber 46 führt der Steuereinrichtung 43 ein zweites
Positionssignal zu, wenn der Kolben 29 einen oberen Posi
tionswert OP1 überschreitet. Die Positionsgeber 47 und 48
sind dem Zylinder 37 zugeordnet. Der Positionsgeber 47 führt
der Steuereinrichtung 43 ein drittes Positionssignal zu, wenn
der Kolben 36 einen unteren Positionswert UP2 unterschreitet.
Der Positionsgeber 48 führt der Steuereinrichtung 43 ein
viertes Positionssignal zu, wenn der Kolben 36 einen oberen
Positionswert OP2 überschreitet. Die Steuereinrichtung 43
gibt zwei stetig veränderliche elektrische Signale u1 und u2
sowie ein elektrisches Schaltsignal u3 ab. Die Signale u1 und
u2 sind in diesem Ausführungsbeispiel elektrische Spannungen,
die Werte zwischen -10 V und +10 V annehmen können. Sie sind
den Proportionalventilen 33 bzw. 38 zugeführt. Das Schalt
signal u3 steuert ein Schaltventil 50, das zum Ablassen von
Wasser aus dem Rohr 18 dient, wenn der Istwert des Drucks in
dem Rohr 18 während des Prüfvorgangs größer als sein Sollwert
ist oder wenn das Rohr 18 nach dem Abschluß eines Prüfvor
gangs entleert werden soll. In der Ruhestellung sperrt das
Schaltventil 50 die Verbindung zwischen dem Rohr 18 und dem
Vorratsbehälter 15. Bei negativem Vorzeichen des Stellsignals
ust schaltet die Steuereinrichtung 43 das Schaltventil 50 in
die Arbeitsstellung, und es fließt Wasser aus dem Rohr 18 in
den Vorratsbehälter 15.
Die Signale u1 und u2 lenken bei positivem Vorzeichen des
Stellsignals ust die Steuerschieber der Proportionalventile
33 bzw. 38 entsprechend ihrem Vorzeichen und ihrem Betrag
aus. Ist das Signal u1 gleich Null, befindet sich der Steuer
schieber des Proportionalventils 33 in seiner federzentrier
ten Mittelstellung. In dieser Stellung wird den Kammern des
Zylinders 30 kein Druckmittel zugeführt, und es findet keine
Bewegung des Kolbens 29 statt. Ist das Signal u1 positiv,
wird der Kolben 29 derart mit Druckmittel beaufschlagt, daß
sich der Kolben 29 aufwärts bewegt und der durch die Kolben
stange 28 mit ihm verbundene Plungerkolben 13 einen Förderhub
ausführt. Hierzu wird der Steuerschieber des Proportionalven
tils 33 derart ausgelenkt, daß der bodenseitigen Kammer des
Zylinders 30 Druckmittel zugeführt wird und aus der stangen
seitigen Kammer des Zylinders 30 Druckmittel abgeführt wird.
Der Betrag des Signals u1 bestimmt dabei die Menge des Druck
mittels, die dem Zylinder 30 zugeführt wird, und damit die
Geschwindigkeit, mit der der Förderhub ausgeführt wird. Je
größer der Betrad des Signals u1 ist, desto größer ist auch
die Geschwindigkeit, mit der der Förderhub ausgeführt wird.
Ist das Signal u1 negativ, wird der Kolben 29 derart mit
Druckmittel beaufschlagt, daß sich der Kolben 29 abwärts
bewegt und der durch die Kolbenstange 28 mit ihm verbundene
Plungerkolben 13 einen Saughub ausführt. Hierzu wird der
Steuerschieber des Proportionalventils 33 derart ausgelenkt,
daß der stangenseitigen Kammer des Zylinders 30 Druckmittel
zugeführt wird und aus der bodenseitigen Kammer des Zylinders
30 Druckmittel abgeführt wird. Der Betrag des Signals u1
bestimmt dabei die Menge des Druckmittels, die dem Zylinder
30 zugeführt wird, und damit die Geschwindigkeit, mit der der
Saughub ausgeführt wird. Je größer der Betrag des Signals u1
ist, desto größer ist auch die Geschwindigkeit, mit der der
Saughub ausgeführt wird.
Ist das Signal u2 positiv, wird der Kolben 36 derart mit
Druckmittel beaufschlagt, daß der durch die Kolbenstange 35
mit ihm verbundene Plungerkolben 23 einen Förderhub ausführt.
Hierzu wird der Steuerschieber des Proportionalventils 38
derart ausgelenkt, daß der bodenseitigen Kammer des Zylinders
37 Druckmittel zugeführt wird und aus der stangenseitigen
Kammer des Zylinders 37 Druckmittel abgeführt wird. Der
Betrag des Signals u2 bestimmt dabei die Menge des Druck
mittels, die dem Zylinder 37 zugeführt wird, und damit die
Geschwindigkeit, mit der der Förderhub ausgeführt wird. Je
größer der Betrag des Signals u2 ist, desto größer ist die
Geschwindigkeit, mit der der Förderhub ausgeführt wird.
Ist das Signal u2 negativ, wird der Kolben 36 derart mit
Druckmittel beaufschlagt, daß er sich abwärts bewegt und der
durch die Kolbenstange 35 mit ihm verbundene Plungerkolben 23
einen Saughub ausführt. Hierzu wird der Steuerschieber des
Proportionalventils 38 derart ausgelenkt, daß der stangen
seitigen Kammer des Zylinders 37 Druckmittel zugeführt wird
und aus der bodenseitigen Kammer des Zylinders 37 Druckmittel
abgeführt wird. Der Betrag des Signals u2 bestimmt dabei die
Menge des Druckmittels, die dem Zylinder 38 zugeführt wird,
und damit die Geschwindigkeit, mit der der Saughub ausgeführt
wird. Je größer der Betrag des Signals u2 ist, desto größer
ist auch die Geschwindigkeit, mit der der Saughub ausgeführt
wird.
Die Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Plunger
kolbenpumpen 11 und 12. Die Position der Kolben 29 und 36 ist
auf den für ihre Bewegung zur Verfügung stehenden Bereich
bezögen. Dabei ist jeweils die unterste Position mit 0% und
die oberste Position mit 100% bezeichnet. Die von den Posi
tionsgebern 45 und 47 erfaßten unteren Positionswerte UP1
bzw. UP2 liegen jeweils im unteren Drittel des Bereichs, die
von den Positionsgebern 46 und 48 erfaßten oberen Positions
werte OP1 bzw. OP2 liegen jeweils im oberen Drittel des
Bereichs.
Im folgenden ist anhand der Fig. 3 und 4 in Verbindung mit
den Fig. 1 und 2 das erfindungsgemäße Verfahren zur Steue
rung einer aus zwei hydraulisch angetriebenen Plungerkolbenpumpen
gebildeten Pumpenanordnung beschrieben. Die Fig. 3 und 4
zeigen für unterschiedliche Werte des Stellsignals ust in
jeweils zwei Diagrammen den zeitlichen Verlauf des dem
Proportionalventil 33 zugeführten Signals u1 und des dem Pro
portionalventil 38 zugeführten Signals u2. Dabei sind die
Signale für das Ausführen eines Förderhubs mit u1f und u2f
bezeichnet und die Signale für das Ausführen eines Saughubs
mit u1s und u2s.
In der Fig. 3 wird davon ausgegangen, daß das Stellsignal
ust ungefähr 2/3 des maximalen Werts ufmax beträgt, wobei mit
ufmax der maximale Wert des Stellsignals ust für den Förder
hub (in diesem Ausführungsbeispiel +10 V) bezeichnet ist. Es
wird zunächst ein Zeitpunkt t0 betrachtet, in dem u1 gleich
ust ist und u2 gleich Null ist. D. h. der Kolben 29 führt
gerade einen Förderhub mit konstanter Geschwindigkeit aus,
die bei 2/3 der maximalen Geschwindigkeit (entsprechend einem
Signal u1 von ufmax) liegt. Weiterhin wird davon ausgegangen,
daß der Kolben 36 seinen Saughub beendet hat und sich an
seinem unteren Umkehrpunkt befindet, also zwischen UP1 und
0%. Das Signal u2 ist zu diesem Zeitpunkt praktisch Null oder
geringfügig negativ.
Der Zeitpunkt, in dem der Kolben 29 den oberen Positionswert
OP1 überschreitet, ist bezogen auf den Kolben 29 mit tf12 und
bezogen auf den Kolben 36 mit tf20 bezeichnet. Beginnend mit
diesem Zeitpunkt verringert die Steuereinrichtung 43 das Sig
nal u1 rampenförmig bis auf Null und läßt gleichzeitig das
Signal u2 von Null aus rampenförmig auf ust ansteigen. Die
Summe der Signale u1 und u2 ist dabei gleich dem Stellsignal
ust, so daß auch in dem Bereich des Übergangs der Förderung
von der einen Plungerkolbenpumpe zu der anderen Plungerkol
benpumpe eine Gesamtförderung entsprechend dem Stellsignal
ust erfolgt. Der Zeitpunkt, an dem u1 zu Null geworden ist,
ist bezogen auf den Kolben 29 mit tf13 und bezogen auf den
Kolben 36 mit tf21 bezeichnet. In dem Zeitraum tf12 bis tf13
verringert sich die Geschwindigkeit des Kolbens 29 stetig auf
Null und die Geschwindigkeit des Kolbens 36 erhöht sich ste
tig bis auf den durch ust bestimmten Wert. Diese Geschwindig
keit behält der Kolben 36 bei, bis er den oberen Positions
wert OP2 überschreitet. Dieser Zeitpunkt ist mit tf22 be
zeichnet.
Im Zeitpunkt tf13, in dem der Kolben 29 seinen Förderhub
beendet hat, schließt sich der Saughub des Kolbens 29 an. Der
Zeitpunkt des Beginns des Saughubs ist mit ts10 bezeichnet.
Die Steuereinrichtung 43 führt dem Proportionalventil 33 ein
negatives Signal u1 zu, dessen Betrag sich in einem ersten
Zeitabschnitt des Saughubs rampenförmig von Null bis auf
usmax vergrößert. Mit usmax ist ein Signal bezeichnet, das so
groß ist, daß auch dann, wenn die Pumpenanordnung die größt
mögliche Menge fördert, der Saughub einer Plungerkolbenpumpe
bereits beendet ist, bevor ihr nächster Förderhub beginnt.
Der Zeitpunkt, zu dem der Betrag von u1 gleich usmax geworden
ist, ist mit ts11 bezeichnet. Die Rampe des Signals u1 von
ts10 nach ts11 ist steiler als die Rampe von tf12 nach tf13.
Während eines zweiten Zeitabschnitts des Saughubs, der mit
ts11 beginnt, behält der Betrag des Signals u1 den Wert usmax
bei. Der Kolben 29 bewegt sich mit konstanter, durch den Wert
von usmax bestimmter Geschwindigkeit nach unten bis der Kol
ben 29 den unteren Positionswert UP1 unterschreitet. Dieser
Zeitpunkt ist mit ts12 bezeichnet. Während eines dritten
Zeitabschnitts des Saughubs, der mit ts12 beginnt, verringert
die Steuereinrichtung 43 den Betrag des Signals u1 bis auf
Null bzw. auf einen geringfügig negativen Wert. Der Zeitpunkt,
in dem dieser Wert erreicht wird, ist mit ts13 be
zeichnet. In einer Ruhephase zwischen den Zeitpunkten ts13
und ts14 wird dieser Wert beibehalten. Der Zeitpunkt ts14
ergibt sich aus dem Zeitpunkt tf22, in dem mit tf10 ein neuer
Förderhub des Plungerkolbens 13 beginnt.
Von tf22 bis tf23 verringert die Steuereinrichtung 43 das
Signal u2 von ust auf Null. In dieser Zeit (entsprechend tf10
bis tf11) erhöht sie das Signal u1 von Null auf ust. Bis der
Kolben 29 wieder den oberen Positionswert OP1 überschreitet
(also in dem Zeitraum von tf11 bis tf12), ist das Signal u1
gleich ust. Danach (von tf12 bis tf13) verringert die Steuer
einrichtung 43 das Signal u1 von ust auf Null. Während des
Förderhubs des Kolbens 29 führt der Kolben 36 einen Saughub
aus. Von ts20 bis ts21 erhöht die Steuereinrichtung 43 den
Betrag des Signals u2 von Null bis auf usmax. Von ts21 bis
ts22 (Zeitpunkt in dem der Kolben 36 den unteren Positions
wert UP2 unterschreitet) ist u2 gleich usmax. Danach, bis
ts23 verringert die Steuereinrichtung 43 den Betrag von u2
auf einen sehr kleinen Wert nahe Null und behält diesen Wert
bei, bis im Zeitpunkt tf20 ein neuer Förderhub beginnt.
In der Fig. 4 wird davon ausgegangen, daß des Stellsignal
ust ungefähr 1/3 des maximalen Werts von ufmax beträgt. Das
bedeutet, daß das Stellsignal in diesem Fall nur halb so groß
ist wie das Stellsignal in der Fig. 3. Damit verringert sich
die den Zylindern in der Zeiteinheit zugeführte Druckmittel
menge auf die Hälfte und damit auch die Geschwindigkeit, mit
der die Kolben 29 und 36 der Zylinder 30 bzw. 37 während
ihres Förderhubs ausfahren. Dies bedeutet, daß es ungefähr
doppelt so lange wie in der Fig. 3 dauert, bis der Kolben
bei einem Förderhub den oberen Positionswert OP1 bzw. OP2
erreicht hat. Wie in der Fig. 3 wird von einem mit t0 be
zeichneten Zeitpunkt ausgegangen, in dem der Kolben 36 seinen
Saughub bereits beendet hat und der Kolben 29 mit der durch
ust bestimmten Geschwindigkeit einen Förderhub ausführt. Der
Zeitpunkt, in dem der Kolben 29 den oberen Positionswert OP1
überschreitet, ist wieder mit tf12 (bezogen auf den Kolben
29) und mit tf20 (bezogen auf den Kolben 36) bezeichnet. Da
die Steigung der rampenförmigen Änderungen der Signale u1 und
u2 genauso groß wie in der Fig. 3 gewählt ist, ist die Über
gangsphase, in der beide Kolben 29 und 36 einen Förderhub
ausführen, früher als in der Fig. 3 beendet. Auch in der
Fig. 4 ist der Zeitpunkt, in dem das Signal u1 zu Null
geworden ist, mit tf13 für den Kolben 29 und mit tf21 für den
Kolben 36 bezeichnet. Der Saughub des Kolbens 29 läuft wie in
der Fig. 3 ab. Er beginnt im Zeitpunkt ts10. Während des
ersten Zeitabschnitts des Saughubs erhöht sich der Betrag des
Signals u1 von Null bis auf usmax. Während des zweiten Zeit
abschnitts des Saughubs, d. h. von ts11 bis zu dem Zeitpunkt
ts12, in dem der Kolben 29 den unteren Positionswert UP1
unterschreitet, hält die Steuereinrichtung 43 das Signal u1
konstant. Während des dritten Zeitabschnitts des Saughubs
ts12 bis ts13 verringert die Steuereinheit 43 den Betrag des
Signals u1 bis auf Null bzw. auf einen kleinen Wert, der - um
eine Bewegung des Kolbens 29 in Förderrichtung zu verhindern
- einem Saughub mit sehr kleiner Geschwindigkeit entspricht.
Da es länger als in der Fig. 3 dauert, bis der den Förderhub
ausführende Kolben 36 den oberen Positionswert OP2 über
schritten hat, ist die Ruhephase des Kolbens 29 (ts13 bis
ts14) länger als in der Fig. 3. Wie in der Fig. 3 überlap
pen sich die Förderhübe der Kolben 29 und 36 beim Übergang
der Förderung von dem Kolben 29 auf den Kolben 36 (Zeitraum
tf12 bis tf13 entsprechend tf20 bis tf21) und beim Übergang
der Förderung von dem Kolben 36 auf den Kolben 29 (Zeitraum
tf22 und tf23 entsprechend tf10 bis tf11).
Anstelle einzelner Positionsgeber für die Positionswerte
eines Kolbens, die ein Schaltsignal abgeben, wenn der untere
Positionswert unterschritten oder der obere Positionswert
überschritten wird, kann für jeden Zylinder ein Weggeber
vorgesehen werden, der der Steuereinrichtung ein elektrisches
Signal zuführt, das ein Maß für die jeweilige Position des
Kolbens ist. In diesem Fall werden von der Steuereinrichtung
aus dem Wegsignal durch Vergleich mit für jeden Kolben ge
speicherten Werten für den unteren Positionswert und für den
oberen Positionswert die Zeitpunkte ermittelt, zu denen der
Kolben den unteren Positionswert unterschreitet oder den
oberen Positionswert überschreitet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Steuerung
von Pumpenanordnungen zur Förderung von Flüssigkeiten be
schränkt, sondern auch zur Steuerung von Pumpenanordnungen
für die Förderung fließfähiger Medien, wie z. B. Schlämmen,
einsetzbar.
Claims (9)
1. Verfahren zur Steuerung einer aus zwei hydraulisch
angetriebenen Plungerkolbenpumpen gebildeten Pumpenanordnung
zur Förderung von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser,
- - wobei jeder Plungerkolben mit dem Kolben eines doppelt wirkenden hydraulischen Zylinders verbunden ist,
- - wobei die Zylinder durch Steuerorgane derart mit Druck mittel beaufschlagt werden, daß jeder Plungerkolben in einem Förderhub Flüssigkeit zu einem Verbraucher fördert und in einem darauf folgenden Saughub Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter ansaugt, und
- - wobei die Steuerorgane in Abhängigkeit von der Stellung der Kolben der Zylinder derart durch elektrische Signale einer Steuereinrichtung gesteuert werden, daß die Plungerkolben pumpen gegenläufig arbeiten,
- - daß der Förderhub eines Plungerkolbens (13; 23) bereits in der Schlußphase (tf22 bis tf23; tf12 bis tf13) des Förder hubs des jeweils anderen Plungerkolbens (23; 13) beginnt,
- - daß das elektrische Signal (u2f; u1f), das dem Steuerorgan (38; 33) für den Zylinder (37; 30), der den Förderhub been det, zugeführt ist, in der Schlußphase (tf22 bis tf23; tf12 bis tf13) des Förderhubs von einem der von der Pumpen anordnung (10) zu fördernden Menge entsprechenden Wert (ust) stetig bis auf Null verringert wird, und
- - daß das elektrische Signal (u1f; u2f), das dem Steuerorgan (33; 38) für den Zylinder (30; 37), der den Förderhub beginnt, zugeführt ist, in dieser Zeit von Null auf den der zu fördernden Menge entsprechenden Wert (ust) erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Ende der Schlußphase eines Förderhubs dem
Steuerorgan (33; 38) für diesen Zylinder (30; 37) ein elek
trisches Signal (us1; us2) für die Steuerung des Saughubs
zugeführt wird, das dessen zeitlichen Verlauf derart steuert,
daß der Zylinder (30; 37) vor dem Beginn der Schlußphase des
Förderhubs des jeweils anderen Zylinders (37; 30) den Saughub
beendet hat.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das elektrische Signal (u1s; u2s) für die Steuerung des
Saughubs
- - während eines ersten Zeitabschnitts (ts10 bis ts11; ts20 bis ts21) von Null aus stetig bis auf einen vorgebbaren Wert (usmax) vergrößert wird,
- - während eines zweiten Zeitabschnitts (ts11 bis ts12; ts21 bis ts22) auf diesem Wert (usmax) gehalten wird und
- - während eines dritten Zeitabschnitts (ts12 bis ts13; ts22 bis ts23) von diesem Wert (usmax) stetig auf Null verringert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das elektrische Signal (u1s; u2s) für die Steuerung des
Saughubs in einer Ruhephase (ts13 bis ts14; ts23 bis ts24)
zwischen dem Ende des dritten Zeitabschnitts und dem Beginn
des Förderhubs geringfügig von Null verschieden ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der vorgebbare Wert (usmax) für den Saug
hub mindestens so groß ist wie derjenige Wert (ufmax), der
der von der Pumpenanordnung (10) maximal zu fördernden Menge
entspricht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der dritte Zeitabschnitt (ts12 bis ts13;
ts22 bis ts23) eines Saughubs beginnt, wenn der Kolben (29;
36) des den Saughub ausführenden Zylinders (30; 37) einen
einstellbaren unteren Positionswert (UP1; UP2) unter
schreitet.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schlußphase (tf12 bis tf13;
tf22 bis tf23) eines Förderhubs beginnt, wenn der Kolben
(29; 36) des den Förderhub ausführenden Zylinders (30; 37)
einen einstellbaren oberen Positionswert (OP1; OP2) über
schreitet.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der den Steuerorganen
(33 und 38) während des Übergangs der Förderung von dem einem
Plungerkolben (13; 23) auf den jeweils anderen Plungerkolben
(23; 13) zugeführten elektrischen Signale (u1f; u2f) gleich
dem der Steuereinrichtung (43) zugeführten Steuersignal (ust)
ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung der den Steuer
organen (33 und 38) zugeführten elektrischen Signale (u1f,
u1s, u2f, u2s) linear über die Zeit erfolgt.
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