DE102009036021A1

DE102009036021A1 - Ventilgesteuerte Verdrängermaschine

Info

Publication number: DE102009036021A1
Application number: DE102009036021A
Authority: DE
Inventors: Alejandro Dr. López; Björn BEUTER
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2011-02-10
Also published as: US20110031422A1

Abstract

Offenbart ist eine ventilgesteuerte hydrostatische Verdrängermaschine und ein Verfahren zu ihrer Steuerung, wobei die Verdrängermaschine mehrere Zylinder-Kolben-Einheiten hat, die über elektrisch oder elektrohydraulisch betätige Niederdruckventile und über Hochdruckventile zur Einstellung eines Förder- oder Schluck-Volumenstromes der Verdrängermaschine aktiviert oder deaktiviert werden. Erfindungsgemäß erfolgt bei einem im Wesentlichen unveränderten Volumenstrom die Aktivierung und Deaktivierung der Zylinder-Kolben-Einheiten gemäß einem von mehreren für den jeweiligen Volumenstrom gültigen Aktivierungsmustern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung ein ventilgesteuerten hydrostatischen Verdrängermaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine ventilgesteuerte hydrostatische Verdrängermaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
Bei herkömmlichen Verdrängermaschinen, die z. B. als Radialkoben- oder als Axialkolbenmaschinen ausgeführt sein können, erfolgt die Steuerung des Zulaufes und des Ablaufes der einzelnen Zylinder-Kolben-Einheiten mechanisch. Im Falle einer Axialkolbenpumpe z. B. werden zwei Drucknieren eingesetzt, über die die Verbindungen zur Hochdruckseite und zur Niederdruckseite während eines gewissen Bereiches der Kreisbahn und somit während eines gewissen Hubabschnitts der Zylinder-Kolben-Einheiten öffnen.
Bei Radialkolbenpumpen sind pro Zylinder-Kolben-Einheit ein Hochdruck- und eine Niederdruckventil vorgesehen, wobei die Ventile mechanisch gesteuert werden. Das Hochdruckventil jeder Einheit z. B. öffnet immer bei Überschreiten eines gewissen aufgebauten Drucks im jeweiligen Zylinder der Einheit, so dass das druckerhöhte Druckmittel zur Hochdruckseite der Pumpe abströmen kann.
Nachteilig an derartigen hydrostatischen Verdrängermaschinen ist, dass immer alle Zylinder-Kolben-Einheiten aktiv sind.
Die Druckschrift WO 2008/012558 A2 offenbart ventilgesteuerte Verdränger maschinen, so genannten Digital-Displacement-Units (DDU's), bei denen jeder Zylinder-Kolben-Einheit ein elektrisch betätigtes Niederdruckventil und ein elektrisch betätigtes Hochdruckventil zugeordnet sind.
Somit sind die Einheiten über die beiden Ventile getrennt im Pumpenmodus, Motormodus und in einem so genannten Idle-Modus ansteuerbar. Durch den Idle-Modus können einzelne Einheiten durch entsprechende Betätigung der beiden Ventile deaktiviert bzw. kraftlos geschaltet werden. So kann der Volumenstrom bzw. die Drehzahl der Verdrängermaschinen reduziert werden.
Nachteilig an derartigen ventilgesteuerten Verdrängermaschinen (DDU's) sind die Druckstöße (Pulsation), die sich durch den Wechsel von aktiven und nicht aktiven Zylinder-Kolben-Einheiten ergeben. Diese Pulsation kann z. B. im Falle einer Pumpe ein daran angeschlossenes hydraulisches System zu einer ungewünschten Schwingung anregen, insbesondere wenn durch die Pulsation eine Resonanzfrequenz des Systems getroffen wird.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine ventilgesteuerte hydrostatische Verdrängermaschine (DDU) bzw. ein Verfahren zu ihrer Steuerung zu schaffen, wobei die Schwingungsanregung eines angeschlossenen hydraulischen Systems (bei einer Pumpe) oder einer angeschlossenen Abtriebswelle (bei einem Motor) durch die Pulsation der Verdrängermaschine verringert werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung einer ventilgesteuerten hydrostatischen Verdrängermaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und durch eine entsprechende Verdrängermaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer ventilgesteuerten hydrostatischen Verdrängermaschine mit mehreren Zylinder-Kolben-Einheiten, die über elektrisch oder elektrohydraulisch betätigte Niederdruckventile und über Hochdruckventile zur Einstellung eines Förder- oder Schluck-Volumenstromes der Verdrängermaschine aktiviert oder deaktiviert werden, erfolgt bei einem im Wesentlichen unveränderten Volumenstrom die Aktivierung und Deaktivierung der Zylinder-Kolben-Einheiten gemäß einem von mehreren für den jeweiligen Volumenstrom gültigen Aktivierungsmustern. Dadurch kann die Pulsation im Betriebszustand mit deaktivierten Einheiten verändert oder verringert werden, und die Schwingungsanregung eines angeschlossenen hydraulischen Systems (bei einer Pumpe) oder einer angeschlossenen Abtriebswelle (bei einem Motor) verringert werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Aktivierung bzw. Deaktivierung der Zylinder-Kolben-Einheiten gemäß einem Aktivierungsmuster, das für eine Umdrehung einer Welle der Verdrängermaschine gilt, so dass während der Umdrehung zumindest eine Zylinder-Kolben-Einheit aktiviert und eine andere Zylinder-Kolben-Einheit deaktiviert wird.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Aktivierung bzw. Deaktivierung der Zylinder-Kolben-Einheiten gemäß einem Aktivierungsmuster, das für mehrere Umdrehungen einer Welle der Verdrängermaschine gilt, und gemäß dem zumindest eine Zylinder-Kolben-Einheit bei einer Umdrehung der Welle aktiviert und bei einer anderen Umdrehung der Welle deaktiviert wird. Damit ist eine feinere Abstufung des Volumenstroms der Verdränger maschine möglich, als die Anzahl der Zylinder prinzipiell ermöglicht. So ist z. B. bei einer Maschine mit sechs Zylinder-Kolben-Einheiten auch ein Volumenstrom von 25% des Hubvolumens aller Zylinder möglich, wenn sich das entsprechende Aktivierungsmuster über zwei Umdrehungen der Welle erstreckt. Bei der ersten Umdrehung wird dazu eine Einheit (17%) und bei der darauffolgenden Umdrehung werden zwei Einheiten (33%) aktiviert.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Zylinder-Kolben-Einheiten über elektrisch oder elektrohydraulisch betätigte Hochdruckventile zur Einstellung eines Förder- oder Schluckvolumenstromes der Verdrängermaschine aktiviert oder deaktiviert. Damit ist auch ein Motorbetrieb der Verdrängermaschine möglich.
Dabei wird es bevorzugt, wenn die Aktivierung bzw. Deaktivierung der Zylinder-Kolben-Einheiten gemäß einem Mischmodus-Aktivierungsmuster erfolgt, gemäß dem zumindest eine Zylinder-Kolben-Einheit in einem Pumpenmodus und zumindest eine andere Zylinder-Kolben-Einheit in einem Motormodus aktiviert wird. Damit kann der Volumenstrom der Verdrängermaschine verändert werden. Somit entstehen weiter mögliche Aktivierungsmuster zu einem vorbestimmten Volumenstrom, wodurch die Auswahlmöglichkeit der Aktivierungsmuster erhöht ist, und die Schwingungsanregung weiter vermindert werden kann.
Z. B. erfolgt die Aktivierung der zumindest einen Zylinder-Kolben-Einheit im Pumpenmodus während einer Umdrehung der Welle, und die Aktivierung der zumindest einen Zylinder-Kolben-Einheit im Motormodus erfolgt während einer anderen Umdrehung der Welle. Somit entstehen weiter mögliche Aktivierungsmuster zu einem vorbestimmten Volumenstrom, wodurch die Auswahlmöglichkeit der Aktivierungsmuster erhöht ist, und die Schwingungsanregung weiter vermindert werden kann.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Aktivierung bzw. Deaktivierung der Zylinder-Kolben-Einheiten gemäß einem Vergleichmäßigungs-Aktivierungsmuster, gemäß dem während einer Umdrehung der Welle die Zylinder-Kolben-Einheiten einer erste Gruppe mit einer vorbestimmten Anzahl Zylinder-Kolben-Einheiten und während einer anderen Umdrehung der Welle eine zweite Gruppe mit anderen Zylinder-Kolben-Einheiten aktiviert werden. Damit wird die Abnutzung bzw. der Verschleiß der Verdrängermaschine gleichmäßig auf die Einheiten verteilt, wodurch die Lebensdauer der Verdrängermaschine verlängert wird.
Dabei kann je nach Auslegung eine Pulsation eines angeschlossenen hydraulischen Systems (bei einer Pumpe) oder eine Schwingung einer Abtriebswelle (bei einem Motor) offline berechnet und das Aktivierungsmuster danach ausgewählt werden. Damit entfallen Sensoren zur Ermittlung der Pulsation oder der Schwingung. Diese Variante ist z. B. bei einer Fertigung der Verdrängermaschine und ggf. des hydraulischen Systems in größeren Stückzahlen vorteilhaft.
Oder die Pulsation des angeschlossenen hydraulischen Systems oder die Schwingung einer Abtriebswelle wird online von Sensoren ermittelt, und das optimale Aktivierungsmuster wird danach online ausgewählt. Dadurch ist eine bessere Kompensation von Fertigungsunterschieden der Verdrängermaschine und ggf. des hydraulischen Systems und im Einzelfall eine besserer Pulsations- bzw. Schwingungsunterdrückung möglich. Diese Variante ist z. B. bei einer Fertigung in kleineren Stückzahlen vorteilhaft.
Die erfindungsgemäße ventilgesteuerte hydrostatische Verdrängermaschine mit mehreren Zylinder-Kolben-Einheiten, die über elektrisch oder elektrohydraulisch betätigte Niederdruckventile und über Hochdruckventile zur Einstellung eines Förder- oder Schluck-Volumenstromes der Verdrängermaschine aktivierbar oder deaktivierbar sind, hat verschiedene Aktivierungsmuster, gemäß denen bei einem unveränderten durchschnittlichen Volumenstrom der Verdrängermaschine die Zylinder-Kolben-Einheiten aktivierbar oder deaktivierbar sind. Dadurch kann die Pulsation in Betriebszuständen mit deaktivierten Einheiten verändert oder verringert werden, und die Schwingungsanregung eines angeschlossenes hydraulisches Systems (bei einer Pumpe) oder einer angeschlossenen Abtriebswelle (bei einem Motor) wird verringert.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Radialkolbenmaschine mit einer um eine Drehachse umlaufenden Hubkurve, wobei die Hubkurve an der Innenseite eines Hubringes oder an der Außenseite eines Exzenters angeordnet ist. Die Kolben jeder Zylinder-Kolben-Einheiten stützen sich an der Hubkurve ab, wobei an der Hubkurve mehrere Nockenabschnitte angeordnet sind. Dadurch wird die Anzahl der Arbeitshübe jedes Kolbens währen einer Umdrehung der Hubkurve vervielfacht (z. B. bei zwei Nockenabschnitten von einem Arbeitshub auf zwei Arbeitshübe verdoppelt). Dadurch wird auch der Volumenstrom der Verdrängermaschine entsprechend vervielfacht.
Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn zumindest zwei Nockenabschnitte an der Hubkurve mit Bezug zur Drehachse paarweise gegenüber liegend angeordnet sind. Dadurch können die von ebenfalls paarweise gegenüber liegenden und gleichzeitig aktivierten Kolben Kräfte auf die Hubkurve bzw. auf die damit verbundene Welle ausgeübt werden, die gegeneinander gerichtet sind und sich somit kompensieren.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Verdrängermaschine neben einer primären Scheibe noch eine oder mehrere sekundäre Scheiben, die entlang der Drehachse beabstandet voneinander angeordnet sind. Dabei hat jede Scheibe mehrere Zylinder-Kolben-Einheiten und eine Hubkurve, und die Zylinder der sekundären Scheibe(n) können mit den jeweiligen Zylindern der primären Scheibe verbunden werden. Damit kann der Volumenstrom der Verdrängermaschine erhöht werden.
Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn jeweils ein Nockenabschnitt der Hubkurve der primären Scheibe mit Bezug zur Drehachse gegenüber einem Nockenabschnitt der Hubkurve der einen oder mehreren sekundären Scheiben angeordnet ist. Dadurch können die von ebenfalls paarweise gegenüber liegenden und gleichzeitig aktivierten Kolben Kräfte auf die beiden Hubkurven bzw. auf die damit verbundene Welle ausgeübt werden, die gegeneinander gerichtet sind und sich somit kompensieren.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine ist als Pumpe und/oder als Motor betreibbar, wobei jeder Zylinder-Kolben-Einheit ein elektrisch oder elektrohydraulisch betätigtes Hochdruckventil zur Einstellung eines Schluck-Volumenstromes zugeordnet ist.
Bei der üblichen Variante der erfindungsgemäß über Ventile steuerbaren Verdrängermaschine sind jeder Zylinder-Kolben-Einheit genau ein elektrisch bzw. elektrohydraulisch betätigtes Niederdruckventil und genau ein passives bzw. mechanisches oder elektrisch bzw. elektrohydraulisch betätigtes Hochdruckventil zugeordnet.
Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen ventilgesteuerten Radialkolbenpumpe in einer geschnittenen Ansicht;
2a ein Volumenstrom-Diagramm der erfindungsgemäßen ventilgesteuerten Radialkolbenpumpe gemäß einem ersten Aktivierungsmuster;
2b ein Frequenz-Diagramm der erfindungsgemäßen ventilgesteuerten Radialkolbenpumpe gemäß dem ersten Aktivierungsmuster;
3a ein Volumenstrom-Diagramm der erfindungsgemäßen ventilgesteuerten Radialkolbenpumpe gemäß einem zweiten Aktivierungsmuster; und
3b ein Frequenz-Diagramm der erfindungsgemäßen ventilgesteuerten Radialkolbenpumpe gemäß dem zweiten Aktivierungsmuster.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen ventilgesteuerten Radialkolbenpumpe (Digital-Displacement-Unit) in einer geschnittenen Ansicht. Sie hat ein Gehäuse 1, in dem ein fest stehender Zylinderkörper 2 aufgenommen ist. In diesem sind bezogen auf eine Drehachse 4 sechs radiale Ausnehmungen angeordnet, in denen jeweils eine Zylinder-Kolben-Einheit angeordnet ist. Die sechs Zylinder-Kolben-Einheiten erstrecken sich ebenfalls etwa radial von der Drehachse 4 weg. Dabei sind die buchsenartig ausgebildeten Zylinder 6 an ihren radial äußeren Endabschnitten schwenkbar am Zylinderkörper 2 befestigt, und die Kolben 8 stützen sich mit ihren radial inneren Endabschnitten an einem Exzenter 10 bzw. an dessen äußeren Mantelfläche ab. Der Exzenter 10 ist drehbar um die Drehachse 4 gelagert und mit einer (nicht gezeigten) Antriebswelle der Radialkolbenpumpe verbunden.
Jede Zylinder-Kolben-Einheit 6, 8 ist über ein Niederdruckventil 12 mit einem (nicht gezeigten) Niederdruckanschluss und über ein Hochdruckventil 14 mit einem (ebenfalls nicht gezeigten) Hochdruckanschluss der Radialkolbenpumpe verbunden. Die sechs Niederdruckventile 12 und die sechs Hochdruckventile 14 sind als Sitzventile ausgebildet, wobei ihre Ventilkörper 12a, 14a jeweils über einen elektrischen Hubmagneten 12b, 14b betätigt werden. Somit ist die Radialkolbenpumpe als Digital-Displacement-Unit (DDU) ausgeführt, bei der jeder der sechs Zylinder 6 über ein Niederdruckventil 12 und über ein Hochdruckventil 14 unabhängig von den anderen Zylindern 6 gesteuert werden kann.
Bei einer Umdrehung des Exzenters 10 führt jeder Kolben 8 in den zugehörigen Zylinder 6 eine Arbeitshub aus, der aus mit einer Kraft beaufschlagt Verdrängerhub und aus einem Rückhub besteht. Bei der in 1 dargestellten Position des Exzenters 10 ist z. B. der Kolben 8 der in 1 oben angeordneten Zylinder-Kolben-Einheit 8, 6 nach der Ausführung des Verdrängerhubes an seinem oberen Totpunkt gezeigt, nachdem das Druckmittel dieser Zylinder-Kolben-Einheit 6, 8 über das Hochdruckventil 14 abgeströmt ist.
Statt der vorbeschriebenen Aktivierung der Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8 über die Ventile 12, 14 im Pumpenmodus können einzelne Zylinder-Kolben-Einheit 6, 8 auch durch den sogenannten Idle-Modus während des Verdrängerhubs ihres Kolbens 8 deaktiviert werden. Dazu wird während des Verdrängerhubes des Kolbens 8 statt dem Hochdruckventil 14 das Niederdruckventil 12 geöffnet, so dass das entsprechende Druckmittel ohne Gegendruck zurück zur Niederdruck- bzw. Saugseite der Radialkolbenpumpe abströmen kann. Auf diese Weise können z. B. drei der gezeigten sechs Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8 während einer Umdrehung des Exzenters 10 deaktiviert werden, so dass das Fördervolumen der Radialkolbenpumpe halbiert wird.
2a zeigt ein Volumenstrom-Diagramm der erfindungsgemäßen ventilgesteuerten Radialkolbenpumpe gemäß einem ersten Aktivierungsmuster ihrer Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8. Die Radialkolbenpumpe hat zwei Scheiben mit jeweils sechs Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8, wobei 30 Grad Verschiebung zwischen den Scheiben besteht. Jede Zylinder-Kolben-Einheit 6, 8 hat 16 cm³ (192 cm³ insgesamt).
Dieses Aktivierungsmuster sieht vor, dass pro Umdrehung der Antriebswelle und des Exzenters 10 (vgl. 1) die erste Zylinder-Kolben-Einheit 6, 8 aktiviert wird, woraufhin zwei darauf folgende Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8 inaktiv geschaltet werden. Danach wird die vierte Zylinder-Kolben-Einheit 6, 8 wieder aktiv geschaltet, und die beiden letzten Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8 werden wieder deaktiviert. Es ergibt sich ein Aktivierungsmuster „1 und 4 aus 6”. Auf diese Weise sind zwei voneinander beabstandete der insgesamt sechs Einheiten 6, 8 aktiviert, wodurch die Radialkolbenpumpe pro Umdrehung ein Drittel des maximalen Volumens verdrängt.
Das Diagramm der 2a zeigt den Volumen- bzw. Förderstrom Q [in Liter pro Sekunde] der Radialkolbenpumpe über der Zeit gemäß dem ersten Aktivierungsmuster.
Dabei läuft die Radialkolbenpumpe mit 1500 Umdrehungen/Minute. Es ergibt sich ein Pulsieren des Förderstroms Q in der dargestellten Weise.
2b zeigt ein Frequenz-Diagramm der erfindungsgemäßen ventilgesteuerten Radialkolbenpumpe bei einer Aktivierung gemäß dem ersten Aktivierungsmuster, bei dem pro Umdrehung die erste und die vierte der insgesamt sechs Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8 aktiviert sind. Dabei ist der Förderstrom Q [in l/sec] über den verschiedenen möglichen Pulsationsfrequenzen [in Hertz] aufgetragen.
Es zeigen sich im Wesentlichen zwei Peaks 16, 18, von denen der erste Peak 16 bei einer Pulsationsfrequenz von 0 Hertz den mittleren Förderstrom von 1,6 l/sec anzeigt und schwingungstechnisch nicht relevant ist.
Der für das erste Aktivierungsmuster charakteristische Peak 18 ist bei 50 Hertz zu finden und weist eine Pulsations-Intensität von ca. 0,5 l/s auf.
3a zeigt ein Förderstrom-Diagramm der erfindungsgemäßen ventilgesteuerten Radialkolbenpumpe gemäß einem zweiten Aktivierungsmuster. Dabei wird die vorbeschriebene Radialkolbenpumpe (wie bei dem ersten Aktivierungsmuster) ebenfalls mit zwei aktiven und vier inaktiven Zylindern betrieben. Anders als beim ersten Aktivierungsmuster sind beim zweiten Aktivierungsmuster zwei nebeneinander liegende Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8 aktiviert, während vier ebenfalls nebeneinander liegende Einheiten 6, 8 deaktiviert sind. Damit ergibt sich das zweite Aktivierungsmuster als „1 und 2 aus 6”.
Die so betriebene Radialkolbenpumpe zeigt den in 3a dargestellten Volumen- bzw. Förderstrom Q [l/s] über der Zeit [s]. Der Förderstrom zeigt deutlich höhere Spitzenwerte, als bei dem ersten Aktivierungsmuster (vgl. 2a), wobei zwischen den einzelnen Druckmittelstößen die Fördermenge auf 0 l/s abfällt. Da nur ein (von zwei Einheiten 6, 8 gemeinsam erzeugter) Druckmittelstoß pro Umdrehung entsteht, sind die Maximalwerte weiter voneinander beabstandet, als beim ersten Aktivierungsmuster (vgl. 2a).
3b zeigt ein Frequenz-Diagramm der erfindungsgemäßen ventilgesteuerten Radialkolbenpumpe gemäß dem zweiten Aktivierungsmuster. Dabei ist wiederum der Volumen- bzw. Förderstrom Q [l/s] über den verschiedenen Pulsationsfrequenzen [Hz] aufgetragen. Der Peak 20, der bei einer Pulsationsfrequenz von 0 Hertz aufgezeigt ist, gibt den mittleren Förderstrom der Radialkolbenpumpe bei der Aktivierung gemäß dem zweiten Aktivierungsmuster an. Dieser entspricht erwartungsgemäß demjenigen des ersten Aktivierungsmusters (vgl. 2b).
Weiterhin wurden ein Peak 22 bei 25 Hertz und ein Peak 24 bei 50 Hertz gemessen. Beim Vergleich dieses Frequenz-Diagramms mit demjenigen des ersten Aktivierungsmusters ergibt sich ein zusätzlicher vergleichsweise hoher Peak 22, während bei der Peak bei 50 Hertz deutlich verringert ist.
Dieser Vergleich zweier Aktivierungsmuster („1 und 4 aus 6” bzw. „1 und 2 aus 6”) zeigt nur einen kleinen Ausschnitt aus den vielfältigen Möglichkeiten, die sich erfindungsgemäß durch die Variation von Aktivierungsmustern ergeben. Im hier gewählten Beispiel einer Radialkolbenpumpe mit sechs Zylinder-Kolben-Einheiten 6, 8 und einem Förderstrom von einem Drittel des maximalen Förderstroms ergeben sich z. B. als wietere Aktivierungsmuster „1 und 3 aus 6”. Weiterhin kann das Aktivierungsmuster auch auf mehrere Umdrehungen der Antriebswelle bzw. des Exzenters 10 ausgedehnt werden. So können z. B. bei einer ersten Umdrehung einer von sechs Zylindern und bei einer zweiten Umdrehung drei von sechs Zylindern aktiviert werden. Es ergibt sich also eine Vielzahl von möglichen Aktivierungsmustern, aus denen für den jeweiligen Einsatzfall das optimale Aktivierungsmuster ausgewählt werden kann.
Mit Bezug auf die beiden erläuterten Aktivierungsmuster gemäß den 2b und 3b wird im Folgenden beispielhaft die erfindungsgemäße Auswahl des optimalen Aktivierungsmusters erläutert.
Wenn das von der Radialkolbenpumpe versorgte hydraulische System z. B. eine Eigenfrequenz im Bereich von 25 Hertz aufweist, wird das erste Aktivierungsmuster gemäß 2b ausgewählt, da in diesem Frequenzbereich durch die Radialkolbenpumpe keine Pulsation und damit keine Schwingungsanregung erfolgt.
Wenn das hydraulische System eine Eigenfrequenz im Bereich von 50 Hertz aufweist, wird die Radialkolbenpumpe gemäß dem zweiten Aktivierungsmuster betrieben, da mit diesem die Schwingungsanregung durch die Radialkolbenpumpe gegenüber dem ersten Aktivierungsmuster deutlich verringert ist. Dies ergibt sich bei einem Vergleich des Peaks 18 der 2b mit dem Peak 24 der 3b.
Im Falle eines Radialkolbenmotors erfolgt die Auswahl des optimalen Aktivierungsmusters auf die gleiche Weise, wobei statt dem angeschlossenen hydraulischen System die Abtriebswelle des Motors betrachtet wird.
Neben dem Ziel einer minimierten Schwingungsanregung können auch andere Ziele durch die erfindungsgemäße Variation von Aktivierungsmustern verfolgt werden. So ist die Erzeugung eines möglichst gleichmäßigen Verschleißes der vorhandenen Zylinder-Kolben-Kombinationen der Maschine möglich. Dies wird über ein regelmäßiges „Auswechseln” der aktivierten Einheiten erreicht. So kann z. B. bei einer Maschine mit sechs Einheiten und einem gewünschten Förderstrom von 50% folgendes Aktivierungsmuster gewählt werden: Bei einer ersten Umdrehung werden die Einheiten Nr. 1, 3 und 5 aktiviert, und bei der darauf folgenden Umdrehung werden die Einheiten Nr. 2, 4 und 6 aktiviert. Gemäß einem anderen Aktivierungsmuster können während eines ersten Betriebszyklus' (z. B. ein Tag) bei jeder Umdrehung die Einheiten Nr. 1, 3 und 5 aktiviert werden, während bei einem darauffolgenden Betriebszyklus bei jeder Um drehung die Einheiten Nr. 2, 4 und 6 aktiviert werden.
Außerdem können mit der erfindungsgemäßen Variation der Aktivierungsmuster die Biegekräfte verringert werden, die auf die An- bzw. Abtriebswelle der Maschine wirken. Erfindungsgemäß werden dabei die Einheiten einer Maschine, die statt des Exzenters 10 eine Kurvenscheibe mit paarweise gegenüber liegenden Nocken hat, immer gegenüber liegend aktiviert. Dabei kompensieren sich die aufeinander gerichteten Stützkräfte der Kolben paarweise.
Weiterhin lassen sich die Stützkräfte der Kolben auch bei Radialkolbenmaschinen kompensieren, die zwei Scheiben mit jeweils sternförmig angeordneten Einheiten haben. Jede Scheibe ist dabei nach dem in 1 gezeigten Prinzip aufgebaut und hat einen Exzenter 10 mit einer Nocke. Die beiden Nocken der beiden Scheiben werden mit Bezug zur Drehachse 4 bzw. zur Welle gegenüber liegend angeordnet. Bei einer derartigen Maschine ist ebenfalls eine Kompensation der Stützkraft eines Kolbens mit der Stützkraft eines zur anderen Scheibe gehörenden und (bezogen auf die Drehachse 4) gegenüber liegenden Kolbens möglich.
Offenbart ist eine ventilgesteuerte hydrostatische Verdrängermaschine und ein Verfahren zu ihrer Steuerung, wobei die Verdrängermaschine mehrere Zylinder-Kolben-Einheiten hat, die über elektrisch oder elektrohydraulisch betätigte Niederdruckventile und über Hochdruckventile zur Einstellung eines Förder- oder Schluck-Volumenstromes der Verdrängermaschine aktiviert oder deaktiviert werden. Erfindungsgemäß erfolgt bei einem im Wesentlichen unveränderten Volumenstrom die Aktivierung und Deaktivierung der Zylinder-Kolben-Einheiten gemäß einem von mehreren für den jeweiligen Volumenstrom gültigen Aktivierungsmustern.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Zylinderkörper
4: Drehachse
6: Zylinder
8: Kolben
10: Exzenter
12: Niederdruckventil
14: Hochdruckventil
12a: Ventilkörper
14a: Ventilkörper
12b: Hubmagnet
14b: Hubmagnet
16: Peak
18: Peak
20: Peak
22: Peak
24: Peak

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2008/012558 A2 [0005]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer ventilgesteuerten hydrostatischen Verdrängermaschine, die mehrere Zylinder-Kolben-Einheiten (6, 8) hat, die über elektrisch oder elektrohydraulisch betätigte Niederdruckventile (12) und über Hochdruckventile (14) zur Einstellung eines Förder- oder Schluck-Volumenstromes der Verdrängermaschine aktiviert oder deaktiviert werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem im Wesentlichen unveränderten vergleichmäßigten Volumenstrom der Verdrängermaschine die Aktivierung und Deaktivierung ihrer Zylinder-Kolben-Einheiten (6, 8) gemäß einem von mehreren für den jeweiligen vergleichmäßigten Volumenstrom gültigen Aktivierungsmustern erfolgt.
Verfahren zur Steuerung einer Verdrängermaschine nach Patentanspruch 1, wobei gemäß einem Aktivierungsmuster, das für eine Umdrehung einer Welle der Verdrängermaschine gilt, zumindest eine Zylinder-Kolben-Einheit (6, 8) aktiviert und eine andere Zylinder-Kolben-Einheit (6, 8) deaktiviert wird.
Verfahren zur Steuerung einer Verdrängermaschine nach Patentanspruch 1, wobei gemäß einem Aktivierungsmuster, das für mehrere Umdrehungen einer Welle der Verdrängermaschine gilt, zumindest eine Zylinder-Kolben-Einheit (6, 8) bei einer Umdrehung der Welle aktiviert und bei einer anderen Umdrehung der Welle deaktiviert wird.
Verfahren zur Steuerung einer Verdrängermaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Zylinder-Kolben-Einheiten (6, 8) über elektrisch oder elektrohydraulisch betätigte Hochdruckventile (14) zur Einstellung eines Förder- oder Schluckvolumenstromes der Verdrängermaschine aktiviert oder deaktiviert werden.
Verfahren zur Steuerung einer Verdrängermaschine nach Patentanspruch 4, wobei gemäß einem Mischmodus-Aktivierungsmuster zumindest eine Zylinder-Kolben-Einheit (6, 8) in einem Pumpenmodus und zumindest eine andere Zylinder-Kolben-Einheit (6, 8) in einem Motormodus aktiviert wird.
Verfahren zur Steuerung einer Verdrängermaschine nach Patentansprüchen 3 und 5, wobei die Aktivierung der zumindest einen Zylinder-Kolben-Einheit (6, 8) im Pumpenmodus während einer Umdrehung der Welle erfolgt, während die Aktivierung der zumindest einen Zylinder-Kolben-Einheit (6, 8) im Motormodus während einer anderen Umdrehung der Welle erfolgt.
Verfahren zur Steuerung einer Verdrängermaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei gemäß einem Vergleichmäßigungs-Aktivierungsmuster bei einer Umdrehung der Welle die Zylinder-Kolben-Einheiten (6, 8) einer erste Gruppe mit einer vorbestimmten Anzahl Zylinder-Kolben-Einheiten (6, 8) und bei einer anderen Umdrehung der Welle eine zweite Gruppe mit anderen Zylinder-Kolben-Einheiten aktiviert werden.
Verfahren zur Steuerung einer Verdrängermaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine Pulsation eines angeschlossenen hydraulischen Systems oder eine Schwingung einer Abtriebswelle offline berechnet und das Aktivierungsmuster danach ausgewählt wurde.
Verfahren zur Steuerung einer Verdrängermaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, wobei eine Pulsation eines angeschlossenen hydraulischen Systems oder eine Schwingung einer Abtriebswelle online von Sensoren ermittelt wird, und das Aktivierungsmuster danach online ausgewählt wird.
Ventilgesteuerten hydrostatische Verdrängermaschine mit mehreren Zylinder-Kolben-Einheiten (6, 8), die über elektrisch oder elektrohydraulisch betätigte Niederdruckventile (12) und über Hochdruckventile (14) zur Einstellung eines Förder- oder Schluck-Volumenstromes der Verdrängermaschine aktivierbar oder deaktivierbar sind, gekennzeichnet durch verschiedene Aktivierungsmuster, gemäß denen bei einem im Wesentlichen unveränderten Volumenstrom der Verdrängermaschine ihre Zylinder-Kolben-Einheiten (6, 8) aktivierbar oder deaktivierbar sind.
Verdrängermaschine nach Patentanspruch 10, die eine Radialkolbenmaschine mit einer um eine Drehachse umlaufenden Hubkurve ist, wobei die Hubkurve an der Innenseite eines Hubringes oder an der Außenseite eines Exzenters gebildet ist, und wobei sich die Kolben jeder Zylinder-Kolben-Einheit an der Hubkurve abstützen, und wobei an der Hubkurve mehrere Nockenabschnitte angeordnet sind.
Verdrängermaschine nach Patentanspruch 11, wobei zumindest zwei Nockenabschnitte an der Hubkurve mit Bezug zur Drehachse paarweise gegenüber liegend angeordnet sind.
Verdrängermaschine nach Patentanspruch 11 oder 12 mit einer primären Scheibe und mit einer oder mehreren sekundären Scheiben, die entlang der Drehachse beabstandet voneinander angeordnet sind, wobei jede Scheibe mehrere Zylinder-Kolben-Einheiten und eine Hubkurve hat, und wobei die Zylinder der sekundären Scheiben mit den jeweiligen Zylindern der primären Scheibe verbindbar sind.
Verdrängermaschine nach Patentanspruch 13, wobei jeweils ein Nockenabschnitt der Hubkurve der primären Scheibe mit Bezug zur Drehachse gegenüber einem Nockenabschnitt der Hubkurve der einen oder mehreren sekundären Scheiben angeordnet ist.
Verdrängermaschine nach einem der Patentansprüche 10 bis 14, die als Pumpe und/oder als Motor betreibbar ist, wobei jeder Zylinder-Kolben-Einheit (6, 8) ein elektrisch oder elektrohydraulisch betätigtes Hochdruckventil (14) zur Einstellung eines Schluck-Volumenstromes zugeordnet ist.
Verdrängermaschine nach einem der Patentansprüche 10 bis 15, wobei jeder Zylinder-Kolben-Einheit (6, 8) genau ein elektrisch oder elektrohydraulisch betätigtes Niederdruckventil (12) und genau ein passives oder elektrisch oder elektrohydraulisch betätigtes Hochdruckventil (14) zugeordnet ist.