DE19958256B4

DE19958256B4 - Druckspeicheranordnung

Info

Publication number: DE19958256B4
Application number: DE19958256A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dantlgraber
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2019-12-04
Also published as: DE19958256A1

Abstract

Verfahren zur Ansteuerung einer Druckspeicheranordnung zur Versorgung eines Verbrauchers (2), mit einem Druckspeicher (4), der über eine Konstantpumpe (8) mit Druckmittel versorgt wird, mit einem folgende Schritte enthaltenden Steuerzyklus:
– Vorgeben eines Solldruckes (p_SOLL) des Druckspeichers (4) über eine Steuerung (14);
– Erfassen eines Istdruckes (p_IST) im Druckspeicher (4);
– Verändern einer Drehzahl (N_Soll) eines Antriebsmotors der Konstantpumpe (8) falls der Istdruck (p_IST) kleiner als der Solldruck (p_SOLL) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren. zur Ansteuerung einer Druckspeicheranordnung zur Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers und eine Druckspeicheranordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Derartige Druckspeicheranordnungen werden beispielsweise zur Versorgung von Verbrauchern, beispielsweise dem Spritzzylinder, Schließzylinder, Schneckenmotor, Auswerferzylinder, Düsenfahrzylinder, oder dem Kernzylinder einer Spritzgießmaschine verwendet. Bei dem Betrieb derartiger Verbraucher werden periodisch kurzzeitig große Druckmittelmengen benötigt, dieüber den Druckspeicher zur Verfügung gestellt werden. Zwischen den Arbeitstakten wird der Speicher über eine Pumpe aufgeladen.
In der DE 30 34 467 C2 ist eine. Druckspeicheranordnung offenbart, bei der der Druckspeicher über eine Konstantpumpe mit Druckmittel versorgt wird. Zwischen Konstantpumpe und Druckspeicher ist ein Speicherladeventil angeordnet, über das die Pumpe nach dem Aufladen des Speichers auf drucklosen Umlauf geschaltet wird.
In der DD 215 129 A1 sind Druckspeicheranordnungen gezeigt, bei denen zwei Konstantpumpen parallel zueinander geschaltet sind, wobei zwischen dem Verbraucher und den Konstantpumpen wiederum Steuerventile angeordnet sind, über die bei Erreichen des Speicherladedruckes eine Verbindung zum Tank hergestellt wird.
Bei beiden vorbekannten Lösungen werden die Konstantpumpen bei Erreichen des Maximaldruckes auf drucklosen Umlauf geschaltet.
In der DE 30 13 853 C2 ist eine Sicherheitsschaltung für eine Hydraulikanlage eines Kraftfahrzeugs offenbart, bei der ein Druckspeichersystem zur Druckmittelversorgung von Primär- und Sekundärverbrauchern von einer Hydraulikpumpe aufgeladen wird. Der Druck des Speichersystems wird über einen Druckaufnehmer erfasst, über dessen Signal der Ladebetrieb der Hydraulikpumpe abhängig von zwei einen Arbeitsdruckbereich begrenzenden Druckgrenzwerten gesteuert wird. Bei Erreichen des oberen Druckgrenzwertes wird die Hydraulikpumpe – ähnlich wie bei den vorbeschriebenen Lösungen – auf drucklosen Umlauf geschaltet.
Neben den Konstantpumpen können auch Verstellpumpen mit Druckregler eingesetzt werden. Derartige Lösungen sind beispielsweise aus der Veröffentlichung "Grundlagen der hydraulischen Schaltungstechnik", Vereinigte Fachverlage Mainz 38 (1994) 3, Seiten 88 ff. bekannt. Bei diesen Konzepten wird die Verstellpumpe bei Erreichen des Ladedruckes soweit in Richtung auf Nullförderung verstellt, daß lediglich noch die inneren Leckverluste der Pumpe ausgeglichen werden.
Üblicherweise werden Lösungen mit Konstantpumpe bevorzugt, da diese einen einfacheren Aufbau haben und preiswerter sind.
Problematisch bei den Lösungen mit Konstantpumpen ist, daß im Standbybetrieb, d.h. bei aufgeladenem Druckspeicher noch erhebliche Verlustleistungen auftreten.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung einer Druckspeicheranordnung und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Druckspeicheranordnung zu schaffen, bei denen die Verlustleistungen auf ein Minimum reduziert sind.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Druckspeicheranordnung durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 5 gelöst.
Erfindungsgemäß wird der Druckspeicher über eine Konstantpumpe mit Drehzahlregelung aufgeladen. Die Drehzahl der Konstantpumpe kann dann beispielsweise in Abhängigkeit von demjenigen Druck eingestellt werden, der zur Abdeckung des nächsten Arbeitsschrittes des Verbrauchers erforderlich ist.
D.h., das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht es, daß der Druckspeicher durch Drehzahlveränderung nur auf denjenigen Druck aufgeladen wird, der zur Betätigung des Verbrauchers erforderlich ist. Hierdurch wird sich von den bisherigen Konzepten abgewendet, bei denen der Druckspeicher stets auf seinen vorbestimmten, festen Maximaldruck aufgeladen wurde. Durch die Verwendung einer drehzahlgeregelten Konstantpumpe mit einem vergleichsweise kleinen Druckspeicher kann der vorrichtungstechnische Aufwand gegenüber den eingangs beschriebenen Lösungen wesentlich verringert werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß der erfindungsgemäße Druckspeicher nur auf den für den nächsten Zyklus erforderlichen Druck aufgeladen wird, so daß die Verlustleistung wesentlich kleiner als bei Schaltungen mit drucklosem Umlauf ist. Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht es desweiteren, die Druckspeicher mit geringerer Kapazität als beim Stand der Technik auszuführen.
Die Ansteuerung des Antriebsmotors der Konstantpumpe erfolgt vorzugsweise über einen Frequenzwandler, der an die Maschinensteuerung angeschlossen ist.
Zur Minimierung der Verlustleistung wird der Antriebsmotor abgeschaltet, wenn der von der Maschinensteuerung vorgegebene Solldruck im Druckspeicher erreicht ist.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen Druckspeicheranordnung und
2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß dem in 1 dargestellten Schaltschema einer erfindungsgemäßen Druckspeicheranordnung 1 wird ein Verbraucher 2, beispielsweise ein Schließzylinder einer Spritzgießmaschine über einen Druckspeicher 4 mit Druckmittel versorgt. Zwischen diesem und dem Verbraucher 2 ist ein Steuerventil 6 angeordnet, über das die Verbraucheranschlüsse mit dem Druckspeicher 4 bzw. einem Tank T verbindbar oder gegenüber diesen Bauelementen absperrbar sind.
Der Druckspeicher 4 wird über eine drehzahlgeregelte Konstantpumpe 8 angesteuert. Diese Drehzahlregelung kann beispielsweise über einen Frequenzwandler 10 erfolgen, so daß die Pumpendrehzahl stufenlos zwischen 0 und der Nenndrehzahl 5 verstellbar ist.
Zwischen der Konstantpumpe 8 und dem Druckspeicher 4 ist eine Rückschlagventilanordnung 9 ausgebildet, über die ein Rückströmen des Druckmittels vom Druckspeicher 4 in Richtung zur Konstantpumpe 8 verhindert ist.
Die Ansteuerung des Frequenzwandlers 10 erfolgt über einen Regler 12, der an eine Maschinensteuerung 14 angeschlossen ist.
Der Maschinensteuerung 14 ist eine Vergleichseinrichtung 16 zugeordnet, über die ein von der Maschinensteuerung ausgelesener Solldruck p_SOLL mit einem Istdruck p_IST verglichen wird.
Die Drehzahlregelung 13 der Konstantpumpe 8 ist somit im wesentlichen durch den Elektromotor mit Freqzenzwandler 10, den Regler 12 und die Vergleichseinrichtung 16 gebildet.
Der Solldruck wird von der Maschinensteuerung 14 in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrauchers, beispielsweise vom Leistungsbedarf des Einspritzzylinders (Verbraucher 2) aus einem Speicher ausgelesen.
Der Istdruck p_IST wird über einen an den Druckspeicher 4 angeschlossenen Druckaufnehmer 18 erfaßt und das entsprechende Ausgangssignal zur Vergleichseinrichtung 16 geführt.
Die Funktionsweise dieser Druckspeicheranordnung sei anhand des Ablaufschemas gemäß 2 erläutert.
Wie vorstehend ausgeführt, werden zunächst der Solldruck p_SOLL über die Maschinensteuerung 14 ausgelesen und der Istdruck p_IST über den Druckaufnehmer 18 erfaßt.
Diese beiden Druckwerte werden in der Vergleichseinrichtung 16 miteinander verglichen, wobei in dem Fall, daß der Istdruck p_IST um einen vorgegebenen Schwellwert geringer als der Solldruck p_SOLL ist, eine Solldrehzahl N_SOLL der Konstantpumpe 8 aus einem Speicher der Maschinensteuerung 14 ausgelesen wird. D.h., diese Solldrehzahl N_SOLL wird in Abhängigkeit vom Solldruck p_SOLL bestimmt, der seinerseits wieder variabel in Abhängigkeit vom Leistungsbedarf des Verbrauchers ausgelesen wird.
In einem folgenden Verfahrensschritt wird die aktuelle Drehzahl N_IST der Konstantpumpe 8 über den Regler 12 und den Frequenzwandler 10 auf die Solldrehzahl N_SOLL eingestellt.
Diese Drehzahl ist so gewählt, daß der Druckspeicher 4 über die mit der Drehzahl N_SOLL laufenden Konstantpumpe 8 auf den Solldruck p_SOLL aufgeladen wird.
In dem sich anschließenden Verfahrensschritt kehrt die Steuerroutine zu demjenigen Schritt zurück, bei dem der Istdruck p_IST im Druckspeicher 4 erfaßt wird.
Wenn der Istdruck p_IST dem Solldruck p_SOLL entspricht, wird über die Vergleichseinrichtung 16 ein Signal an den Regler 12 abgegeben, so daß die Drehzahl der Pumpe reduziert oder auf Null gefahren wird.
Die Routine springt dann wieder zum ersten Steuerschritt zurück, in dem der Solldruck p_SOLL über die Maschinensteuerung 14 vorgegeben wird.
Durch die vorbeschriebene Steuerroutine wird der Druckspeicher 4 stets nur auf denjenigen Druck aufgeladen, der zur Betätigung des Verbrauchers 2 erforderlich ist. Durch diese Optimierung des Speicherdruckes kann die Kapazität des Druckspeichers 4 vergleichsweise gering ausgelegt werden. Desweiteren sind die Energieverluste beim Betrieb der Konstantpumpe 8 minimal, da diese den Druckspeicher 4 lediglich auf den erforderlichen Druck auflädt. Die Maschinensteuerung 14 gibt dabei den Solldruck p_SOLL so vor, daß der Druck hinreichend groß ist, um den im Ablaufzyklus der Maschine folgenden Arbeitsgang – beispielsweise das Einspritzen der Schmelze in das Werkzeug oder den Aufbau des Schließdruckes durch den Schließzylinder – ausführen zu können.
Beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel wurde der Konstantmotor 8 über einen Frequenzwandler angesteuert. Prinzipiell lassen sich auch andere Konzepte zur Ansteuerung der Konstantpumpe einsetzen.
Wesentlich bei der Erfindung ist, daß die Maschinensteuerung den Solldruck entsprechend den im Zylkus folgenden hydraulischen Leistungsbedarf generiert.
Offenbart ist ein Verfahren zur Ansteuerung einer Druckspeicheranordnung, bei dem ein Druckspeicher über eine Konstantpumpe mit veränderlicher Drehzahl angesteuert wird. Die Drehzahl der Konstantpumpe wird in Abhängigkeit von demjenigen hydraulischen Leistungsbedarf eingestellt, der zum Betrieb des Verbrauchers im folgenden Arbeitszyklus erforderlich ist.

Claims

Verfahren zur Ansteuerung einer Druckspeicheranordnung zur Versorgung eines Verbrauchers (2), mit einem Druckspeicher (4), der über eine Konstantpumpe (8) mit Druckmittel versorgt wird, mit einem folgende Schritte enthaltenden Steuerzyklus: – Vorgeben eines Solldruckes (p_SOLL) des Druckspeichers (4) über eine Steuerung (14); – Erfassen eines Istdruckes (p_IST) im Druckspeicher (4); – Verändern einer Drehzahl (N_Soll) eines Antriebsmotors der Konstantpumpe (8) falls der Istdruck (p_IST) kleiner als der Solldruck (p_SOLL) ist.
Druckspeicheranordnung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor ein Elektromotor mit einem vorgeschaltetem Frequenzwandler (10) ist.
Verfahren nach Patentanspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Solldruck (p_SOLL) in Abhängigkeit vom Leistungsbedarf des Verbrauchers (2) verändert wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Antriebsmotor ein Frequenzwandler (10) zugeordnet ist, der von der Steuerung (14) angesteuert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl (N) auf Null gefahren wird, falls der Solldruck (p_SOLL) dem Istdruck (p_IST) entspricht.
Druckspeicheranordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer Konstantpumpe (8), über die ein Druckspeicher (4) mit Druckmittel versorgbar ist, dessen Druck mittelbar oder unmittelbar über einen Meßaufnehmer (18) erfaßbar ist, gekennzeichnet durch eine Drehzahlregelung (13) für die Konstantpumpe (8), mit einer Vergleichseinrichtung (16), über die ein Solldruck (p_SOLL) mit dem Ist druck (p_IST) im Druckspeicher (4) vergleichbar ist und mit einer Steuereinrichtung (10, 12) zum Verändern der Drehzahl der Konstantpumpe (8) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (16).
Druckspeicheranordnung nach Patentanspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher ein Hydrozylinder (2) einer Spritzgießmaschine ist.