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DE102022203051B3 - Method for operating a variable speed pump - Google Patents

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DE102022203051B3
DE102022203051B3 DE102022203051.6A DE102022203051A DE102022203051B3 DE 102022203051 B3 DE102022203051 B3 DE 102022203051B3 DE 102022203051 A DE102022203051 A DE 102022203051A DE 102022203051 B3 DE102022203051 B3 DE 102022203051B3
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variable
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Ralf Bonefeld
Arnold Engber
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer drehzahlvariablen Verstellpumpe (120), bei der ein in einem Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel verstellbares Förderwerk (122) mittels eines drehzahlvariablen Antriebs (121) angetrieben wird, umfassend ein Bestimmen eines Lastmoments an der drehzahlvariablen Verstellpumpe (120), in Abhängigkeit von einem Betriebszustand, ein Vorgeben eines Sollwerts (VPu,Soll) für eine das Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße so, dass ein Antriebsmoment des drehzahlvariablen Antriebs (121) höchstens einem Spitzen-Antriebsmoment (Man,max) des Antriebs (121) oder einem Dauer-Antriebsmoment (Man,0) des Antriebs (121) entspricht.The invention relates to a method for operating a variable-speed variable pump (120), in which a conveyor mechanism (122) which can be adjusted in a displacement volume per working cycle is driven by means of a variable-speed drive (121), comprising determining a load torque on the variable-speed variable pump (120), Depending on an operating state, specifying a target value (VPu, target) for a parameter determining the displacement volume per working cycle so that a drive torque of the variable-speed drive (121) is at most a peak drive torque (Man,max) of the drive (121) or corresponds to a continuous drive torque (Man,0) of the drive (121).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer drehzahlvariablen Verstellpumpe, bei der ein in einem Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel verstellbares Förderwerk mittels eines drehzahlvariablen Antriebs angetrieben wird, sowie ein elektrohydraulisches System.The present invention relates to a method for operating a variable-speed variable pump, in which a conveyor mechanism that can be adjusted in a displacement volume per working cycle is driven by means of a variable-speed drive, and to an electro-hydraulic system.

Der Erfindung zugrundeliegende Pumpen weisen ein Förderwerk mit variablem Verdrängungsvolumen pro Arbeitsspiel (sog. hydraulische Verdrängermaschine, z.B. Axialkolbenmaschine) auf, welches mittels eines Antriebs mit variabler Drehzahl angetrieben wird. Beim Betrieb solcher Pumpen werden üblicherweise der Volumenstrom und/oder der Förderdruck (d.h. Druckdifferenz zwischen Zulauf und Ablauf) durch entsprechende Anpassung des Verdrängungsvolumens des Förderwerks und der Drehzahl geregelt, d.h. solche Pumpen besitzen zwei Freiheitsgrade bei der Regelung.Pumps on which the invention is based have a conveyor mechanism with a variable displacement volume per working cycle (so-called hydraulic displacement machine, e.g. axial piston machine), which is driven by a variable speed drive. When operating such pumps, the volume flow and/or the delivery pressure (i.e. pressure difference between inlet and outlet) are usually regulated by appropriately adjusting the displacement volume of the conveyor and the speed, i.e. such pumps have two degrees of freedom in the control.

Aus der EP 2 192 309 B1 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem eine solche Pumpe betrieben wird, indem ein Druck bzw. eine Druckmittelmenge durch Ansteuern der Volumeneinstellung der Pumpe geregelt wird. Dabei wird eine Drehzahlabweichung des Antriebs berücksichtigt.From the EP 2 192 309 B1 For example, a method is known in which such a pump is operated by regulating a pressure or a quantity of pressure medium by controlling the volume setting of the pump. A speed deviation of the drive is taken into account.

Die DE 10 2019 220 322 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer drehzahlvariablen Verstellpumpe, bei der ein in einem Verdrängervolumen je Arbeitsspiel verstellbares Förderwerk mittels eines drehzahlvariablen Antriebs angetrieben wird, wobei im Rahmen einer Regelung wenigstens eine Größe durch Vorgabe eines Drehzahlsollwerts für eine Drehzahl des Antriebs und eines Sollwerts für eine das Verdrängervolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße auf einen Sollwert geregelt werden, wobei der Drehzahlsollwert bei einer Änderung des Sollwerts für die das Verdrängervolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße im Wege einer Vorsteuerung angepasst wird.The DE 10 2019 220 322 A1 relates to a method for operating a variable-speed variable pump, in which a conveyor mechanism that can be adjusted in a displacement volume per working cycle is driven by means of a variable-speed drive, with at least one variable being specified as part of a control system by specifying a speed setpoint for a speed of the drive and a setpoint for a displacer volume The parameter that determines the displacement per work cycle can be regulated to a setpoint, the speed setpoint being adjusted when the setpoint changes for the parameter that determines the displacement volume per work cycle by means of a precontrol.

Die DE 10 2013 006 137 A1 betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Druckmittelzufuhr für mindestens einen hydraulischen Aktor, der von einer drehzahlvariablen Verstellpumpe, bei der ein in einem Verdrängervolumen je Arbeitsspiel verstellbares Förderwerk von einem drehzahlvariablen Antrieb angetrieben wird, mit einer Druckmittelmenge versorgt wird, die durch ein vorgegebenes Druck- und/oder Volumenstrom-Profil bestimmt ist, wobei ein Drehzahlsollwert und ein Sollwert für die das Verdrängervolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße für einen Verfahrensablauf vorgegeben werden, indem ein modellbasiertes Optimierungsproblem, das durch eine Zielfunktion für den Verfahrensablauf vorgegeben wird, gelöst wird.The DE 10 2013 006 137 A1 relates to a method for regulating a pressure medium supply for at least one hydraulic actuator, which is supplied with a quantity of pressure medium by a variable-speed variable pump, in which a conveyor mechanism that can be adjusted in a displacement volume per working cycle is driven by a variable-speed drive, which is determined by a predetermined pressure and/or or volume flow profile is determined, wherein a speed setpoint and a setpoint for the parameter determining the displacement volume per work cycle are specified for a process sequence by solving a model-based optimization problem, which is specified by a target function for the process sequence.

Die DE 10 2012 016 780 B4 betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fluidpumpe, bei der ein je Umdrehung ein Fördervolumen förderndes Förderwerk von einem mit einer Drehzahl rotierenden elektrischen Antrieb angetrieben wird, wobei das Förderwerk verstellbar und der Antrieb drehzahlvariabel ausgebildet ist, wobei ein Ist-Volumenstrom auf einen Soll-Volumenstrom und/oder ein Ist-Förderdruck auf einen Soll-Förderdruck geregelt wird, indem bei festem Fördervolumen die Drehzahl des Antriebs als Stellgröße vorgegeben wird, wobei in einem Volllastbetrieb des Antriebs ein erstes, größeres Fördervolumen vorgegeben wird und in einem Teillastbetrieb des Antriebs ein zweites, kleineres Fördervolumen vorgegeben wird.The DE 10 2012 016 780 B4 relates to a method for operating a fluid pump, in which a conveyor mechanism that conveys a delivery volume per revolution is driven by an electric drive rotating at a speed, the conveyor mechanism being adjustable and the drive being designed to be variable in speed, an actual volume flow being set to a target volume flow and /or an actual delivery pressure is regulated to a target delivery pressure by specifying the speed of the drive as a manipulated variable with a fixed delivery volume, with a first, larger delivery volume being specified in full-load operation of the drive and a second, smaller one in partial-load operation of the drive Funding volume is specified.

Die DE 10 2007 007 005 B4 betrifft eine elektrohydraulische Steueranordnung zur Ansteuerung eines hydraulischen Verbrauchers, umfassend eine hinsichtlich ihres Verdrängungsvolumens verstellbare Fluidpumpe, einen zum Antreiben der Fluidpumpe an diese gekoppelten drehzahlvariablen elektrischen Antrieb sowie eine Druckerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Fluiddrucks, wobei ein Hauptregelkreis vorgesehen ist, dessen Stellglied ein Drehzahlstellglied des elektrischen Antriebs ist und durch den der Fluiddruck und/oder eine nachgeordnete Stellgröße erfassbar und regelbar ist, und mittels einer Nebenstellkette ein Verdrängungsvolumenstellglied der Fluidpumpe in Abhängigkeit von dem erfassten Fluiddruck ansteuerbar ist, wobei die Nebenstellkette nach Maßgabe eines ihr zugeführten Drucksollwerts auf das Verdrängungsvolumenstellglied im Sinne einer Druckregelung einwirkt, wobei der Hauptregelkreis und die Nebenstellkette im Sinne einer ablösenden Druck-/Geschwindigkeitsregelung des Verbrauchers zusammenwirken, und wobei in einem Druckbegrenzungsbetrieb das Drehzahlstellglied mit einem vorgegebenen reduzierten Drehzahlwert beaufschlagt wird und in einem Geschwindigkeitsbegrenzungsbetrieb das Verdrängungsvolumenstellglied auf seinen Maximalwert gestellt ist.The DE 10 2007 007 005 B4 relates to an electro-hydraulic control arrangement for controlling a hydraulic consumer, comprising a fluid pump whose displacement volume can be adjusted, a variable-speed electric drive coupled to the fluid pump for driving the fluid pump, and a pressure detection device for detecting a fluid pressure, a main control circuit being provided, the actuator of which is a speed actuator of the electric drive is and through which the fluid pressure and/or a downstream manipulated variable can be detected and regulated, and by means of a secondary control chain, a displacement volume actuator of the fluid pump can be controlled as a function of the detected fluid pressure, the secondary control chain acting on the displacement volume control element in accordance with a pressure setpoint supplied to it in the sense of a pressure control acts, the main control loop and the secondary control chain interacting in the sense of a replacing pressure/speed control of the consumer, and wherein in a pressure limiting operation the speed actuator is subjected to a predetermined reduced speed value and in a speed limiting operation the displacement volume actuator is set to its maximum value.

Ausgehend von diesem Stand der Technik soll die Erfindung eine Entkopplung des Antriebsmoments des Antriebs vom Lastdruck des angetriebenen Förderwerks durch Einstellung des Verdrängungsvolumens mit dem Ziel einer optimalen Motorauslastung schaffen.Based on this prior art, the invention is intended to decouple the drive torque of the drive from the load pressure of the driven conveyor by adjusting the displacement volume with the aim of optimal engine utilization.

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und ein elektrohydraulisches System mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method and an electro-hydraulic system with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous refinements are the subject of the subclaims and the following description.

Die Erfindung beschäftigt sich die Erfindung mit dem Betreiben einer drehzahlvariablen Verstellpumpe wie insbesondere einer Axialkolbenpumpe mit z.B. Proportionalverstellung, bei der ein in einem Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel verstellbares Förderwerk mittels eines drehzahlvariablen Antriebs wie z.B. eines Elektromotors angetrieben wird. Zur Verstellung des Förderwerks kann bei einer solchen Verstellpumpe z.B. eine sog. Schwenkscheibe vorgesehen sein. Auf Basis des Lastmoments (insbesondere Lastdruck bzw. Differenzdruck) an der Pumpe sowie Lastkennwerten des Antriebsmotors (z.B. Spitzen- und Dauerantriebsmoment, max. Überlastzeit (=Dauer des max. Moments)) wird zur Begrenzung des Antriebsmoments ein zielführender Sollwert für das Verdrängungsvolumen generiert. So schafft die Erfindung eine Entkopplung des Antriebsmoments des Antriebs vom Lastdruck des angetriebenen Förderwerks durch Einstellung des Verdrängungsvolumens mit dem Ziel einer optimalen Motorauslastung.The invention is concerned with the operation of a variable-speed variable pump, such as in particular an axial piston pump with, for example, proportional adjustment, in which a conveyor mechanism that can be adjusted in a displacement volume per working cycle is driven by means of a variable-speed drive, such as an electric motor. To adjust the conveyor system, a so-called swivel plate can be provided in such a variable pump. Based on the load torque (in particular load pressure or differential pressure) on the pump as well as load characteristics of the drive motor (e.g. peak and continuous drive torque, max. overload time (=duration of the max. torque)), an appropriate setpoint for the displacement volume is generated to limit the drive torque. The invention thus creates a decoupling of the drive torque of the drive from the load pressure of the driven conveyor by adjusting the displacement volume with the aim of optimal engine utilization.

Der Strom bzw. das Antriebsmoment elektrischer Antriebe ist zumeist thermisch begrenzt und abhängig von der Belastungsdauer. Hydrostatische Motor-Pumpen-Einheiten müssen aber oftmals hohe Lastdrücke über relativ lange Zeit zur Verfügung stellen. Eine geeignete Verstellung des Verdrängungsvolumens entkoppelt hier Druck und Antriebsmoment. Die Erfindung verhindert eine Überlastung des Antriebs. Im Rahmen der Erfindung wird das Verdrängungsvolumen so vorgegeben, dass es stets durch den elektrischen Antrieb aufgebracht werden kann. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei Pumpen, die mit einer Verstelleinrichtung zur gezielten Beeinflussung ihres Verdrängungsvolumens aufgrund steuerungstechnischer Vorgaben ausgestattet sind. Insbesondere können zwei Betriebszustände, statisch und dynamisch, mit unterschiedlichen Vorgaben des Verdrängungsvolumens unterschieden werdenThe current or drive torque of electric drives is usually thermally limited and depends on the duration of the load. However, hydrostatic motor-pump units often have to provide high load pressures over a relatively long period of time. A suitable adjustment of the displacement volume decouples pressure and drive torque. The invention prevents the drive from being overloaded. Within the scope of the invention, the displacement volume is specified so that it can always be applied by the electric drive. The invention is particularly applicable to pumps that are equipped with an adjusting device for specifically influencing their displacement volume based on control specifications. In particular, two operating states, static and dynamic, with different displacement volume specifications can be distinguished

Erfindungsgemäß wird die Abhängigkeit von dem Betriebszustand durch eine Abhängigkeit von einer zeitlichen Veränderung des Lastmoments an der drehzahlvariablen Verstellpumpe berücksichtigt. Hierbei handelt es sich um eine einfach umzusetzende Möglichkeit, den Betriebszustand zu charakterisieren.According to the invention, the dependence on the operating state is taken into account by a dependence on a temporal change in the load torque on the variable-speed variable pump. This is an easy-to-implement option for characterizing the operating state.

Erfindungsgemäß werden aus dem Lastmoment und dem Spitzen-Antriebsmoment des Antriebs nach Maßgabe einer ersten Filterfunktion mit zeitlicher Verzögerung, insbesondere einer PDT1-Funktion, eine erste Stellgröße, und aus dem Lastmoment und dem Dauer-Antriebsmoment des Antriebs nach Maßgabe einer zweiten Filterfunktion mit zeitlicher Verzögerung, insbesondere einer PDT1-Funktion, eine zweite Stellgröße bestimmt, wobei der Sollwert für die das Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße anhand der kleineren der ersten und zweiten Stellgröße vorgegeben wird. Damit lässt sich eine Betriebszustands- bzw. Lastgradientenabhängigkeit mit einem vorgebbaren zeitlichen Verlauf implementieren, insbesondere so, dass quasi automatisch ein rechtzeitiger Wechsel von dem Spitzen-Antriebsmoment auf das Dauer-Antriebsmoment stattfindet, bevor der Motor beschädigt wird. Dazu hat vorzugsweise die erste Filterfunktion eine geringere zeitliche Verzögerung als die zweite Filterfunktion, vorzugsweise null.According to the invention, the load torque and the peak drive torque of the drive are converted into a first manipulated variable in accordance with a first filter function with a time delay, in particular a PDT1 function, and the load torque and the continuous drive torque of the drive are converted into a first manipulated variable in accordance with a second filter function with a time delay , in particular a PDT1 function, a second manipulated variable is determined, the setpoint for the parameter determining the displacement volume per work cycle being specified based on the smaller of the first and second manipulated variables. This makes it possible to implement an operating state or load gradient dependency with a predeterminable time course, in particular in such a way that a timely change from the peak drive torque to the continuous drive torque takes place almost automatically before the motor is damaged. For this purpose, the first filter function preferably has a smaller time delay than the second filter function, preferably zero.

Vorzugsweise wird in einem dynamischen Betriebszustand der Sollwert für die das Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße so vorgegeben, dass das Antriebsmoment des drehzahlvariablen Antriebs größer ist als das Dauerantriebsmoment und höchstens dem Spitzen-Antriebsmoment des Antriebs entspricht. Auf diese Weise erfolgt die Steuerung bzw. Regelung des Verdrängungsvolumens so, dass dynamische Betriebszustände unter Ausnutzung der Eckleistung bzw. Spitzenleistung des elektrischen Antriebs realisiert werden.Preferably, in a dynamic operating state, the setpoint for the parameter determining the displacement volume per working cycle is specified such that the drive torque of the variable-speed drive is greater than the continuous drive torque and corresponds at most to the peak drive torque of the drive. In this way, the displacement volume is controlled or regulated in such a way that dynamic operating states are realized using the corner power or peak power of the electric drive.

Insbesondere wird in dem dynamischen Betriebszustand der Sollwert für die das Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße so vorgegeben, dass das Antriebsmoment des drehzahlvariablen Antriebs höchstens für eine zulässige Überlastzeit höchstens dem Spitzen-Antriebsmoment des Antriebs entspricht. Damit kann die Spitzenleistung so lange wie möglich abgerufen werden. Es kann zusätzlich vorgesehen sein, die Überlastzeit unter Verwendung einer ermittelten (insbesondere gemessen (z.B. mittels eines Temperaturfühlers) bzw. geschätzten) thermischen Antriebsauslastung anzupassen. Somit kann eine thermische Schädigung des Antriebs vermieden werden.In particular, in the dynamic operating state, the setpoint for the parameter determining the displacement volume per working cycle is specified such that the drive torque of the variable-speed drive corresponds at most to the peak drive torque of the drive for a permissible overload time. This means that peak performance can be maintained for as long as possible. It can additionally be provided to adapt the overload time using a determined (in particular measured (e.g. using a temperature sensor) or estimated) thermal drive utilization. This means that thermal damage to the drive can be avoided.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird in einem statischen Betriebszustand der Sollwert für die das Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße so vorgegeben, dass das Antriebsmoment des drehzahlvariablen Antriebs höchstens dem Dauer-Antriebsmoment des Antriebs entspricht. Damit kann ein Langzeit- bzw. Dauerbetrieb sichergestellt werden; stationäre Betriebszustände werden unter Ausnutzung der Nennleistung des elektrischen Antriebs realisiert.According to a further advantageous embodiment, in a static operating state, the setpoint for the parameter determining the displacement volume per working cycle is specified so that the drive torque of the variable-speed drive corresponds at most to the continuous drive torque of the drive. This ensures long-term or continuous operation; Stationary operating states are achieved using the nominal power of the electric drive.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. eine Steuer- und/oder Regeleinheit für eine drehzahlvariable Verstellpumpe mit drehzahlvariablem Antrieb, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, for example a control and/or regulating unit for a variable-speed variable pump with a variable-speed drive, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein elektrohydraulisches Antriebssystem wie z.B. eine elektrohydraulische Achse umfassend eine drehzahlvariable Verstellpumpe mit einem drehzahlvariablen Antrieb sowie eine erfindungsgemäße Recheneinheit.The invention furthermore relates to an electro-hydraulic drive system such as an electro-hydraulic axle comprising a variable-speed variable pump with a variable-speed drive and a computing unit according to the invention.

Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of a method according to the invention in the form of a computer program or computer program product with program code for carrying out all method steps is also advantageous because this causes particularly low costs, especially if an executing control device is used for additional tasks and is therefore present anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the accompanying drawing.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

  • 1 zeigt einen Schaltplan eines hydraulischen Systems, einen Antriebsmotor und eine Steuerung mit einer Einrichtung zur Einstellung der Drehzahl und ein Förderwerk mit einer Einrichtung zur Einstellung des Fördervolumens umfasst.
  • 2 zeigt einen Signalflussplan eines Steuerschemas gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • 3 zeigt beispielhafte Verläufe von Betriebsgrößen Druck, Antriebsmoment und Fördervolumen bei Anwendung eines Steuerschemas gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
The invention is shown schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described in detail below with reference to the drawing.
  • 1 shows a circuit diagram of a hydraulic system, a drive motor and a controller with a device for adjusting the speed and a conveyor with a device for adjusting the delivery volume.
  • 2 shows a signal flow diagram of a control scheme according to a preferred embodiment of the invention.
  • 3 shows exemplary curves of operating variables pressure, drive torque and delivery volume when using a control scheme according to a preferred embodiment of the invention.

In 1 ist ein elektrohydraulisches System 100, wie es der Erfindung zugrunde liegen kann, schematisch dargestellt. Das elektrohydraulische System 100 weist einen als Hydraulikzylinder 110 mit einem entlang einer x-Achse beweglichen Kolben 111 ausgebildeten Aktor auf, der von einer drehzahlvariablen Verstellpumpe 120 betätigt wird. Zwischen der drehzahlvariablen Verstellpumpe 120 und dem Hydraulikzylinder 110 ist ein Hydraulikkreislauf 130 mit z.B. Öl als Medium bzw. Betriebsmedium angeordnet.In 1 an electro-hydraulic system 100, as may be the basis for the invention, is shown schematically. The electrohydraulic system 100 has an actuator designed as a hydraulic cylinder 110 with a piston 111 movable along an x-axis, which is actuated by a variable-speed variable pump 120. A hydraulic circuit 130 with, for example, oil as a medium or operating medium is arranged between the variable-speed variable pump 120 and the hydraulic cylinder 110.

Die drehzahlvariable Verstellpumpe 120 weist einen als Elektromotor 121 ausgebildeten drehzahlvariablen Antrieb und ein Förderwerk 122 auf und ist beispielsweise als Axialkolbenpumpe in Schwenkscheibenbauweise ausgebildet. Durch Verstellung des Winkels der Schwenkscheibe, also des sog. Schwenkwinkels, kann das Verdrängungsvolumen des Förderwerks je Arbeitsspiel verändert werden.The variable-speed variable pump 120 has a variable-speed drive designed as an electric motor 121 and a conveyor mechanism 122 and is designed, for example, as an axial piston pump in a swash plate design. By adjusting the angle of the swivel plate, i.e. the so-called swivel angle, the displacement volume of the conveyor can be changed per work cycle.

Eine Steuer- und/oder Regeleinheit 140 ist programmtechnisch zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Im gezeigten Beispiel weist sie mehrere Module 141, 142, 143 auf, hier ein Steuermodul 141, ein Drehzahlregelmodul 142 und ein Verdrängungsvolumenregelmodul 143. Es sei jedoch klargestellt, dass die einzelnen Module nicht in einer Einheit verbaut und auch nicht programmtechnisch realisiert sein müssen. Insbesondere ein Verdrängungsvolumenregelmodul 143 ist häufig beispielsweise als analoger Schwenkwinkelregler ausgeführt.A control and/or regulating unit 140 is set up in terms of programming to carry out a preferred embodiment of a method according to the invention. In the example shown, it has several modules 141, 142, 143, here a control module 141, a speed control module 142 and a displacement volume control module 143. However, it should be made clear that the individual modules do not have to be installed in a unit and do not have to be implemented in a programmatic manner. In particular, a displacement volume control module 143 is often designed, for example, as an analog swivel angle controller.

Dem Drehzahlregelmodul 142 werden ein Drehzahlsollwert nsoll und ein Drehzahlistwert nist zugeführt, woraus nach üblichen Regel-oder Steuerverfahren z.B. unter Verwendung von P- und/oder I- und/oder D-Übertragungsfunktionen ein Sollwert MAn für ein Antriebsdrehmoment bestimmt wird. Der Drehzahlsollwert kann z.B. als gesteuerte Vorgabe von einem Benutzer oder Stellwert eines überlagerten Druck-/Kraft-/Lage-/Geschwindigkeitsreglers für den Hydraulikkreis oder die Abtriebsmaschine (z.B. Zylinder oder Hydraulikmotor) stammen.A speed setpoint n target and an actual speed value n ist are supplied to the speed control module 142, from which a setpoint M An for a drive torque is determined according to conventional regulation or control methods, for example using P and/or I and/or D transfer functions. The speed setpoint can come, for example, as a controlled specification from a user or as a control value from a higher-level pressure/force/position/speed controller for the hydraulic circuit or the output machine (e.g. cylinder or hydraulic motor).

Dem Verdrängungsvolumenregelmodul 143 werden ein Verdrängungsvolumensollwert VPU,soll und ein Verdrängungsvolumenistwert VPU,ist zugeführt, woraus nach üblichen Verfahren eine Stellgröße für das Förderwerk bestimmt wird.The displacement volume control module 143 is supplied with a displacement volume setpoint V PU,soll and an actual displacement volume value V PU,ist , from which a manipulated variable for the conveyor system is determined using conventional methods.

Zum Erfassen des Drucks p1, p2 vor und hinter dem Förderwerk sind vorliegend zwei Drucksensoren vorgesehen.In order to detect the pressure p 1 , p 2 in front of and behind the conveyor, two pressure sensors are provided in the present case.

Dem Steuermodul 141 werden die Druckwerte p1, p2 und der (Soll- oder Ist-)Wert MAn (bei elektrischen Maschinen ist die Zeitkonstante im Vergleich zur Hydraulik deutlich kürzer, so dass bei dieser Betrachtung Soll- und Istwert immer als gleich angesehen werden können für das Antriebsdrehmoment zugeführt, woraus der Sollwert für das Verdrängungsvolumen bestimmt wird. Das Antriebsmoment kann hier vorzugsweise herangezogen werden, um einen (zusätzlich zur äußeren Last vorhandenen, nicht vernachlässigbaren) Anteil der Reibung am Gesamtmoment zu berücksichtigen. Wie unten dargestellt, wird er insbesondere in Form eines zusätzlichen Lastdrucks berücksichtigt.The control module 141 receives the pressure values p 1 , p 2 and the (setpoint or actual) value M An (in electrical machines, the time constant is significantly shorter compared to hydraulics, so that the setpoint and actual value are always viewed as the same when viewed in this way can be supplied for the drive torque, from which the setpoint for the displacement volume is determined. The drive torque can preferably be used here in order to take into account a portion of the friction in the total torque (which is present in addition to the external load, which is not negligible). As shown below, it is particularly taken into account in the form of additional load pressure.

Hydrostatische Pumpen stellen einen Volumenstrom zur Verfügung, der im Wesentlichen dem Produkt von Drehzahl und der durch das Verdrängungsvolumen gekennzeichneten Pumpenbaugröße proportional ist. Dabei erfolgt der Durchfluss abhängig von der Drehrichtung von einem Arbeitsanschluss zum anderen. Herrschen an den Arbeitsanschlüssen verschiedene Drücke p1, p2, so muss eine Antriebsmaschine ein entsprechendes Moment zur Verfügung stellen. Das notwendige Moment ist proportional zum Produkt aus der Druckdifferenz und der durch das Verdrängungsvolumen gekennzeichneten Pumpenbaugröße.Hydrostatic pumps provide a volume flow that is essentially proportional to the product of the speed and the pump size characterized by the displacement volume. The flow occurs from one work connection to the other depending on the direction of rotation. If different pressures p 1 , p 2 prevail at the working connections, a drive machine must provide a corresponding torque. The required torque is proportional to the product of the pressure difference and the pump size characterized by the displacement volume.

Durch eine Verstelleinrichtung für das Verdrängungsvolumen der Pumpe und eine geeignete Betriebsstrategie kann der Einsatzbereich der Motor-Pumpen-Einheit gegenüber einem System mit Konstantpumpe wesentlich erweitert werden, indem bei niedrigen Lastdrücken ein hoher Volumenstrom zur Verfügung gestellt werden kann, während bei hohen Lastdrücken der Antriebsmotor nicht überlastet wird. Die vorliegende Erfindung berücksichtigt sowohl die Begrenzung des Dauerdrehmoments M0 als auch des Spitzendrehmoments Mmax und erlaubt dabei die zeitlich begrenzte Ausnutzung der Maximalleistung des Antriebsmotors / des Umrichters.By means of an adjustment device for the displacement volume of the pump and a suitable operating strategy, the area of application of the motor-pump unit can be significantly expanded compared to a system with a constant pump, in that a high volume flow can be provided at low load pressures, while the drive motor cannot be used at high load pressures is overloaded. The present invention takes into account both the limitation of the continuous torque M 0 and the peak torque M max and thereby allows the maximum power of the drive motor/converter to be used for a limited time.

Eine Druckdifferenz am Pumpentriebwerk erfordert/erzeugt ein proportionales Moment ML,P an der Pumpenwelle gemäß: M L , p = V P u , I s t 2 π ( p 1 p 2 )

Figure DE102022203051B3_0001
A pressure difference on the pump drive requires/generates a proportional torque M L,P on the pump shaft according to: M L , p = v P u , I s t 2 π ( p 1 p 2 )
Figure DE102022203051B3_0001

Eine Drehzahl erzeugt näherungsweise (abzüglich Leckagevolumenströmen) einen Volumenstrom gemäß: Q P u = V P u , I s t n

Figure DE102022203051B3_0002
A speed approximately generates (minus leakage volume flows) a volume flow according to: Q P u = v P u , I s t n
Figure DE102022203051B3_0002

Insgesamt lautet die Momentenbilanz am Triebwerk der Motor-Pumpeneinheit: J MoPu φ ¨ = M a n M L , p M R , g e s

Figure DE102022203051B3_0003
wobei JMoPu das Trägheitsmoment der Einheit ist, φ̈ die Drehwinkelbeschleunigung und MR,ges das Gesamt-Reibmoment am Triebwerk.Overall, the torque balance on the engine of the motor-pump unit is: J MoPu φ ¨ = M a n M L , p M R , G e s
Figure DE102022203051B3_0003
where J MoPu is the moment of inertia of the unit, φ̈ is the rotational angular acceleration and M R,ges is the total frictional moment on the engine.

Bei einer Begrenzung des Motormoments Man auf einen Grenzwert Man,max muss daher als Minimalforderung gelten: M L , P M a n , m a x

Figure DE102022203051B3_0004
um die Kontrolle über die Antriebsdrehzahl zu behalten und ein ungewolltes Absinken derselben zu verhindern.When limiting the engine torque M an to a limit value M an,max, the following must therefore apply as a minimum requirement: M L , P M a n , m a x
Figure DE102022203051B3_0004
to maintain control over the drive speed and prevent it from dropping unintentionally.

Diese Bedingung kann durch eine geeignete Verstellung des Verdrängungsvolumens wie folgt erfüllt werden: V P u , S o l l , S p i t z e V P u , m a x 2 π V P u , m a x M a n , m a x | p 1 p 2 | + | p ^ R , g e s , s c h a ¨ t z |

Figure DE102022203051B3_0005
This condition can be met by appropriately adjusting the displacement volume as follows: v P u , S O l l , S p i t e.g e v P u , m a x 2 π v P u , m a x M a n , m a x | p 1 p 2 | + | p ^ R , G e s , s c H a ¨ t e.g |
Figure DE102022203051B3_0005

Hierin ist bereits berücksichtigt, dass Einrichtungen zur Verstellung des Verdrängungsvolumens einer Pumpe (wie z.B. eine Schwenkwinkelverstellung) oftmals ein Sollsignal erwarten, das auf das maximale Verdrängungsvolumen VPU,max bezogen ist, und das tatsächliche Verdrängungsvolumen ebenso als relationale Größe angegeben ist. Die reale (gesamte) Reibung am Triebwerk kann als geschätzte zusätzliche Druckdifferenz P̂R,ges,schätz berücksichtigt werden, die aus dem Antriebsmoment und dem Fördervolumen abgeleitet wird.This already takes into account that devices for adjusting the displacement volume of a pump (such as a swivel angle adjustment) often expect a target signal that is related to the maximum displacement volume V PU,max , and the actual displacement volume is also specified as a relational quantity. The real (total) friction on the engine can be taken into account as an estimated additional pressure difference P̂ R,tot , which is derived from the drive torque and the delivery volume.

Für Gleichung 5a kann eine alternative Form angegeben werden, wenn für das relative Verdrängungsvolumen die relative Größe α eingeführt wird. Damit ergibt sich die Forderung: α S o l l , S p i t z e 2 π V P u , m a x M a n , m a x | p 1 p 2 | + | p ^ R , g e s , s c h a ¨ t z |

Figure DE102022203051B3_0006
welche in Abhängigkeit vom jeweils anstehenden Lastdruck die Pumpenverstellung so ausführt, dass das Spitzenmoment des Motors nicht durch das Abtriebsmoment überschritten wird.An alternative form can be given for Equation 5a if the relative quantity α is introduced for the relative displacement volume. This results in the requirement: α S O l l , S p i t e.g e 2 π v P u , m a x M a n , m a x | p 1 p 2 | + | p ^ R , G e s , s c H a ¨ t e.g |
Figure DE102022203051B3_0006
which, depending on the load pressure, adjusts the pump so that the peak torque of the motor is not exceeded by the output torque.

In analoger Art und Weise kann ein Sollwert für das (relative) Verdrängungsvolumen abgeleitet werden, der die Einhaltung des (niedrigeren) Dauerdrehmoments Man,0 des Antriebsmotors gewährleistet: α S o l l , D a u e r 2 π V P u , m a x M a n ,0 | p 1 p 2 | + | p ^ R , g e s , s c h a ¨ t z |

Figure DE102022203051B3_0007
In an analogous manner, a setpoint for the (relative) displacement volume can be derived, which ensures compliance with the (lower) continuous torque M an,0 of the drive motor: α S O l l , D a u e r 2 π v P u , m a x M a n ,0 | p 1 p 2 | + | p ^ R , G e s , s c H a ¨ t e.g |
Figure DE102022203051B3_0007

Da Man,0 ≤ Man,max ist, würde bei einer direkten Anwendung der Regeln für die Momentenbegrenzung wie in Gl. 5b und 6 formuliert das Verdrängungsvolumen stets soweit reduziert werden, dass das Dauerdrehmoment nicht überschritten wird. Eine Nutzung der Eckleistung des Antriebsmotors würde damit verhindert.Since M an,0 ≤ M an,max , a direct application of the rules for torque limitation as in Eq. 5b and 6 formulate the displacement volume must always be reduced to such an extent that the continuous torque is not exceeded. This would prevent the basic power of the drive motor from being used.

Zur (kurzzeitigen) Ausnutzung der Maximalleistung des Antriebs werden daher die aus Gl. 5b und 6 resultierenden Sollwerte für den Schwenkwinkel vorteilhaft gefiltert, um sie zeitlich so zu beeinflussen, dass die Motorauslastung geeignet optimiert wird.In order to (short-term) utilize the maximum power of the drive, the values from Eq. 5b and 6 resulting setpoint values for the swivel angle are advantageously filtered in order to influence them over time in such a way that the engine utilization is suitably optimized.

Daraus ergibt sich vorteilhaft die Vorschrift für die Vorgabe eines Pumpen-Verdrängungsvolumens zur Momentenbegrenzung in allgemeiner Form: α S o l l , D a u e r 2 π V Pu ,max MIN [ ƒ ( K r e d M 0 M a n ,0 | p 1 p 2 | + | p R , g e s , s c h a ¨ t z | , ω ) g ( K r e d M m a x M a n , m a x | p 1 p 2 | + | p ^ R , g e s , s c h a ¨ t z | , ω ) ]

Figure DE102022203051B3_0008
This advantageously results in the regulation for specifying a pump displacement volume for torque limitation in general form: α S O l l , D a u e r 2 π v Pu ,Max MIN [ ƒ ( K r e d M 0 M a n ,0 | p 1 p 2 | + | p R , G e s , s c H a ¨ t e.g | , ω ) G ( K r e d M m a x M a n , m a x | p 1 p 2 | + | p ^ R , G e s , s c H a ¨ t e.g | , ω ) ]
Figure DE102022203051B3_0008

Darin berücksichtigen die mit KredM* bezeichneten Korrekturwerte, dass an einem realen Antriebssystem die Momentengrenzwerte von den Nominalwerten abweichen können.The correction values designated K redM* take into account the fact that the torque limit values in a real drive system can deviate from the nominal values.

Technisch vorteilhaft kann ein Filter bzw. eine Filterfunktion g(Mam,max, Δp, ω) so ausgestaltet werden, dass eine dynamische Verzögerung der Verstelleinrichtung kompensiert wird, um die Begrenzung auf das Maximalmoment verzögerungsfrei umzusetzen und damit die Funktionalität auch bei dynamischen Laständerungen zu garantieren. Als Filterfunktion kann vorteilhaft eine PDT1-Übertragungsfunktion verwendet werden.Technically advantageously, a filter or a filter function g(M am,max , Δp, ω) can be designed in such a way that a dynamic delay of the adjustment device is compensated for in order to implement the limitation to the maximum torque without delay and thus to ensure functionality even in the event of dynamic load changes to guarantee. A PDT1 transfer function can advantageously be used as a filter function.

Weiterhin kann ein Filter bzw. eine Filterfunktion f(Man,0, Δρ, ω) technisch vorteilhaft so ausgestaltet werden, dass bei ansteigender Last die Verkleinerung des Verdrängungsvolumens zeitlich definiert verzögert wird, um die Spitzenleistung des Antriebs optimal nutzen zu können. Bei abfallender Last jedoch erfolgt die Rückverstellung des Verdrängungsvolumens möglichst verzögerungsfrei, um einen hohen Volumenstrom für den Lastabbau realisieren zu können. Als Filterfunktion kann vorteilhaft eine PDT1-Übertragungsfunktion verwendet werden.Furthermore, a filter or a filter function f(M an,0, Δρ, ω) can be technically advantageously designed in such a way that as the load increases, the reduction in the displacement volume is delayed in a defined time in order to be able to optimally use the peak power of the drive. However, when the load drops, the displacement volume is adjusted back with as little delay as possible in order to be able to achieve a high volume flow for load reduction. A PDT1 transfer function can advantageously be used as a filter function.

Um insbesondere einen anwendungsbedingten Volumenstrom aufrechtzuerhalten, wird eine Änderung des Verdrängungsvolumens zweckmäßigerweise bei der Drehzahlvorgabe nsoll berücksichtigt. Das Produkt aus Drehzahl und Verdrängungsvolumen ist zum angeforderten bzw. notwendigen Volumenstrom proportional.In order to maintain an application-related volume flow in particular, a change in the displacement volume is expediently taken into account in the speed specification n target. The product of speed and displacement is proportional to the requested or necessary volume flow.

Den Signalflussplan einer bevorzugten Umsetzung eines solchen Filterkonzepts ist in 2 gezeigt und insgesamt mit 200 bezeichnet.The signal flow plan of a preferred implementation of such a filter concept is in 2 shown and labeled 200 in total.

Eingangsseitig (links) wird zunächst die Differenz der Druckwerte p1 und p2 gebildet und einer Betragsbildung 201 zugeführt. Ebenso wird der Betrag 202 der geschätzten zusätzlichen Druckdifferenz P = P̂R,ges,schätz addiert, um den gesamten maßgeblichen Differenzdruck Δp zu bilden. Dieser wird in einem Divisionsglied 203 bzw. 204 mit dem maximalen Antriebsmoment Man,max bzw. dem Dauerantriebsmoment Man,0 verrechnet und anschließend in einem Glied 205, 206 mit den genannten Korrekturwerten und dem Maximalvolumen verrechnet, um die relationalen Volumenstellwerte zu erhalten.On the input side (left), the difference between the pressure values p 1 and p 2 is first formed and fed to an amount formation 201. Likewise, the amount 202 of the estimated additional pressure difference P = P̂ R,tot,estimated is added to form the total relevant differential pressure Δp. This is offset in a division element 203 or 204 with the maximum drive torque M an,max or the continuous drive torque M an,0 and then offset in a link 205, 206 with the correction values mentioned and the maximum volume in order to obtain the relational volume control values.

Diese werden einer Filterfunktion 207, 208 zugeführt, welche insbesondere gemäß der nachfolgenden Gleichung ein PDT1-Übertragungsverhalten darstellt. Die entsprechenden Übertragungsfunktionen lauten: g : G ( s ) = T N , S p i t z e s + 1 T P , S p i t z e s + 1

Figure DE102022203051B3_0009
ƒ : G ( s ) = T N , D a u e r s + 1 T P , D a u e r s + 1
Figure DE102022203051B3_0010
These are fed to a filter function 207, 208, which represents a PDT 1 transmission behavior in particular according to the following equation. The corresponding transfer functions are: G : G ( s ) = T N , S p i t e.g e s + 1 T P , S p i t e.g e s + 1
Figure DE102022203051B3_0009
ƒ : G ( s ) = T N , D a u e r s + 1 T P , D a u e r s + 1
Figure DE102022203051B3_0010

Die sich ergebenden Ausgangwerte bzw. Stellgrößen αS,Spitze und αS,Dauer werden einem Minimalwertglied 209 zugeführt, welches das jeweilige kleinere Verdrängungsvolumen als tatsächliche Stellgröße αSoll auswählt.The resulting output values or manipulated variables α S, peak and α S, duration are fed to a minimum value element 209, which selects the respective smaller displacement volume as the actual manipulated variable α target .

Eine vorteilhafte Parametrierung der Filterparameter lautet wie folgt: Vorhaltzeit: TN,Spitze = TStell Verzögerungszeit: TP,Spitze = 0 Vorhaltzeit: T N , D a u e r = T M a x m o m e n t ( 1 1 e ) S G N ( ˙ S , D a u e r , s t a t )

Figure DE102022203051B3_0011
Verzögerungszeit: T P , D a u e r = T M a x m o m e n t ( 1 1 e )
Figure DE102022203051B3_0012
An advantageous parameterization of the filter parameters is as follows: Lead time: T N,peak = T digit Delay Time: T P,peak = 0 Lead time: T N , D a u e r = T M a x m O m e n t ( 1 1 e ) S G N ( ˙ S , D a u e r , s t a t )
Figure DE102022203051B3_0011
Delay Time: T P , D a u e r = T M a x m O m e n t ( 1 1 e )
Figure DE102022203051B3_0012

Darin entspricht TStell dem Parameter eines vereinfachten Modells der Dynamik der Pumpenverstellung. TMaxmoment ist diejenige Zeit, die der Antrieb sein Spitzenmoment aufbringen können soll. Diese ist als wesentlicher Betriebsparameter des vorgestellten Verstellstrategie zu sehen und muss kleiner sein als die tatsächliche Zeit, nach der der Antrieb seine thermische Überlastung erreicht. Weiterhin ist e die Eulersche Zahl.Therein T Stell corresponds to the parameter of a simplified model of the dynamics of the pump adjustment. T maximum torque is the time for which the drive should be able to generate its peak torque. This is to be seen as an essential operating parameter of the adjustment strategy presented and must be smaller than the actual time after which the drive reaches its thermal overload. Furthermore, e is Euler's number.

Zur weiteren Verbesserung des Verfahrens kann durch eine geeignete Schätzeinrichtung die Schätzung des Reibmoments auf die aktuellen Betriebsbedingungen angepasst werden. Eine mögliche Einrichtung wäre ein Integralregler für das statische Motormoment oder andere regelungstechnisch übliche Schätzeinrichtungen wie z.B. Beobachter.To further improve the method, the estimate of the frictional torque can be adapted to the current operating conditions using a suitable estimator. A possible device would be an integral controller for the static engine torque or other estimating devices that are common in control technology, such as observers.

Zur weiteren Verbesserung des Verfahrens kann unter Verwendung der gemessenen oder geschätzten thermischen Antriebsauslastung über Adaption des Korrekturfaktors KredM0 der effektive Grenzwert für das Dauerdrehmoment an die vorliegenden Betriebsbedingungen angepasst werden. In ähnlicher Art und Weise kann die zugelassene Überlastzeit TMaxmoment, welche im Signalfilter Verwendung findet, an die vorliegenden Betriebsbedingungen abgepasst werden.To further improve the method, the effective limit value for the continuous torque can be adapted to the existing operating conditions using the measured or estimated thermal drive utilization by adapting the correction factor K redM0 . In a similar way, the permitted overload time T Maxmoment , which is used in the signal filter, can be adapted to the existing operating conditions.

Einen beispielhaften Verlauf von Betriebsgrößen bei Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in 3 gezeigt.An exemplary course of operating variables when using a preferred embodiment of the invention is shown in 3 shown.

Dort sind im oberen Diagramm die Druckdifferenz 301 am Förderwerk sowie ein Antriebsmoment 302 am elektrischen Antrieb in beispielhaften Einheiten gegen die Zeit t ebenfalls in beispielhaften Einheiten aufgetragen. Insbesondere wird dabei ausgehend von einem Zeitpunkt 0 bis zu einem Zeitpunkt ca. 0,85 die Druckdifferenz und damit die Last von 0 bis ca. 100% erhöht.There, in the upper diagram, the pressure difference 301 on the conveyor and a drive torque 302 on the electric drive are plotted in exemplary units against the time t, also in exemplary units. In particular, starting from a time of 0 to a time of approximately 0.85, the pressure difference and thus the load is increased from 0 to approximately 100%.

Im unteren Diagramm sind das Verdrängungsvolumen in Prozent gegen die Zeit t für unterschiedliche Ansteuergrößen aufgetragen. Diese umfassen αsoll,Dauer,stat 303, αsoll,Spitze,dyn 304, αsoll,Dauer,dyn 305, αsoll,Spitze,stat 306. Weiterhin ist der sich bei einer beispielhaften Stelldynamik ergebende Ist-Schwenkwinkel αIst 307 aufgetragen.In the diagram below, the displacement volume in percent is plotted against time t for different control variables. These include α should, duration, stat 303, α should, peak, dyn 304, α should, duration, dyn 305, α should, peak, stat 306. Furthermore, the actual swivel angle α Act 307 resulting from an exemplary actuating dynamic is plotted .

Die beiden Bedingungen für die Begrenzung auf das Maximalmoment bzw. das Dauermoment ergeben bei der gezeigten ansteigenden Druckdifferenz die beiden statischen Schwenkwinkelsollwerte αSoll,Dauer,stat 303 und αSoll,Spitze,stat 306. Nach Filterung durch die entsprechenden Signalfilter 207 und 208 liegen die für die Schwenkwinkelregelung gültigen Sollwerte αSoll,Dauer,dyn 305 und αSoll,Spitze,dyn 304 vor. Das Minimalwertglied 209 führt der Regeleinrichtung 143 für den Schwenkwinkel den zum jeweiligen Zeitpunkt kleineren Wert von αSoll,Dauer,dyn 305 und αSoll,Spitze,dyn 304 als gültigen Sollwert zu. Bei einer üblichen Ausprägung der Regeleinrichtung 143 für den Schwenkwinkel als Proportionalregler ergibt sich eine zeitliche Verzögerung des Schwenkwinkel-Istwertes gegenüber dem Sollwert, welche beispielhaft durch den Istwertverlauf αIst 307 gezeigt ist.The two conditions for the limitation to the maximum torque or the continuous torque result in the two static swivel angle setpoints α target, duration, stat 303 and α target, peak, stat 306 with the increasing pressure difference shown. After filtering through the corresponding signal filters 207 and 208, they are The setpoint values α target, duration, dyn 305 and α target, peak, dyn 304 are valid for the swivel angle control. The minimum value element 209 supplies the control device 143 for the swivel angle with the smaller value of α target, duration, dyn 305 and α target, peak, dyn 304 at the respective time as the valid target value. With a usual configuration of the control device 143 for the swivel angle as a proportional controller, there is a time delay of the actual swivel angle value compared to the setpoint, which is shown, for example, by the actual value curve α Act 307.

Bei einer vorteilhaften Parametrierung der Filterzeiten kompensiert der Filter 207 für die Spitzenmomentenbegrenzung die Stelldynamik der Regeleinrichtung 143 so, dass der Istwert αIst 307 exakt dem statischen Sollwert αSoll,Spitze,stat 306 folgt, so dass das Spitzenmoment trotz begrenzter Stelldynamik des Schwenkwinkelreglers nicht überschritten wird.With an advantageous parameterization of the filter times, the filter 207 for the peak torque limitation compensates the actuating dynamics of the control device 143 so that the actual value αAct 307 exactly follows the static setpoint α target, peak, stat 306, so that the peak torque is not exceeded despite the limited actuating dynamics of the swivel angle controller becomes.

Weiterhin ist der Filter 208 für die Dauermomentenbegrenzung mit einer richtungsabhängigen Signalkomponente ausgestaltet, so dass bei Erhöhung des Lastmoments der wirksame Sollwert αSoll,Dauer,dyn 305 dem Filtereingang αSoll,Dauer,stat 303 nacheilt, um die gewünschte zeitlich begrenzte Maximallast der elektrischen Antriebsmaschine ausnutzen zu können, während bei Erniedrigung des Lastmoments der wirksame Sollwert αSoll,Dauer,dyn 305 dem Filtereingang αSoll,Dauer,stat 303 voreilt. Bei einer vorteilhaften Parametrierung der Filterzeiten, wie oben dargestellt, kompensiert der Filter 208 für die Dauermomentenbegrenzung die Stelldynamik der Regeleinrichtung 143 so, dass der Istwert αIst 307 exakt dem statischen Sollwert αSoll,Dauer,stat 303 folgt, so dass bei sinkender Last die volle Leistungsfähigkeit der Motor-Pumpen-Einheit trotz begrenzter Stelldynamik des Schwenkwinkelreglers ohne Zeitverzug und unter Einhaltung der Drehmomentenbegrenzung zur Verfügung steht.Furthermore, the filter 208 for the permanent torque limitation is designed with a direction-dependent signal component, so that when the load torque increases, the effective setpoint α target, duration, dyn 305 lags behind the filter input α target , duration, stat 303 by the desired time-limited maximum load of the electric drive machine to be able to use it, while when the load torque is reduced, the effective setpoint α target, duration, dyn 305 leads the filter input α target, duration, stat 303. With an advantageous parameterization of the filter times, as shown above, the filter 208 for the continuous torque limitation compensates for the control dynamics of the control device 143 so that the actual value α Act 307 exactly follows the static setpoint α target, duration, stat 303, so that when the load decreases The full performance of the motor-pump unit is available without delay and in compliance with the torque limitation despite the limited control dynamics of the swivel angle controller.

Claims (16)

Verfahren zum Betreiben einer drehzahlvariablen Verstellpumpe (120), bei der ein in einem Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel verstellbares Förderwerk (122) mittels eines drehzahlvariablen Antriebs (121), der ein Spitzen-Antriebsmoment (MAn,max) und ein Dauer-Antriebsmoment (MAn,0) hat, angetrieben wird, umfassend: Bestimmen eines Lastmoments (Δp) an der drehzahlvariablen Verstellpumpe (120), in Abhängigkeit von einem Betriebszustand, Vorgeben eines Sollwerts (VPu,Soll) für eine das Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße an eine Verstelleinrichtung (143) des Förderwerks so, dass ein Antriebsmoment des drehzahlvariablen Antriebs (121) entweder mehr als dem Dauer-Antriebsmoment (Man,0) und höchstens dem Spitzen-Antriebsmoment (Man,max) des Antriebs (121), oder höchstens dem Dauer-Antriebsmoment (Man,0) des Antriebs (121) entspricht, wobei die Abhängigkeit von dem Betriebszustand durch eine Abhängigkeit von einer zeitlichen Veränderung des Lastmoments (Δp) an der drehzahlvariablen Verstellpumpe (120) berücksichtigt wird, wobei aus dem Lastmoment (Δp) und dem Spitzen-Antriebsmoment (MAn,max) des Antriebs (121) nach Maßgabe einer ersten Filterfunktion (207) mit zeitlicher Verzögerung (TP,Spitze) eine erste Stellgröße (αS,spitze) und aus dem Lastmoment (Δp) und dem Dauer-Antriebsmoment (MAn,0) des Antriebs (121) nach Maßgabe einer zweiten Filterfunktion (208) mit zeitlicher Verzögerung (TP,Dauer) eine zweite Stellgröße (αS,Dauer) bestimmt wird, wobei der Sollwert (VPu,Soll) für die das Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße anhand der kleineren der ersten und zweiten Stellgröße vorgegeben wird.Method for operating a variable-speed variable pump (120), in which a conveyor mechanism (122) which can be adjusted in a displacement volume per working cycle by means of a variable-speed drive (121) which has a peak drive torque (M An,max ) and a continuous drive torque (M An ,0 ), is driven, comprising: determining a load torque (Δp) on the variable-speed variable pump (120), depending on an operating state, specifying a setpoint (V Pu,Soll ) for a parameter determining the displacement volume per working cycle to an adjusting device (143) of the conveyor so that a drive torque of the variable-speed drive (121) is either more than the continuous drive torque (M an,0 ) and at most the peak drive torque (M an,max ) of the drive (121), or at most the Continuous drive torque (M an,0 ) of the drive (121), the dependence on the operating state being taken into account by a dependence on a temporal change in the load torque (Δp) on the variable-speed variable pump (120), whereby from the load torque (Δp ) and the peak drive torque (M An,max ) of the drive (121) in accordance with a first filter function (207) with a time delay (TP ,peak ) a first manipulated variable (α S,peak ) and from the load torque (Δp) and the continuous drive torque (M An,0 ) of the drive (121) in accordance with a second filter function (208) with a time delay ( TP,Duration ) a second manipulated variable (α S,Duration ) is determined, the setpoint (V Pu, target ) for the parameter determining the displacement volume per working cycle is specified based on the smaller of the first and second manipulated variables. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Filterfunktion (207) eine geringere zeitliche Verzögerung (TP,Spitze) als die zweite Filterfunktion (208) hat, vorzugsweise null.Procedure according to Claim 1 , wherein the first filter function (207) has a smaller time delay ( TP, peak ) than the second filter function (208), preferably zero. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Filterfunktion (207) und/oder die die zweite Filterfunktion (208) eine PDT1-Übertragungsfunktion mit einer Vorhaltzeit (TN,Spitze, TN,Dauer) und einer Verzögerungszeit (TP,Spitze, TP,Dauer) sind, wobei die Vorhaltzeit (TN,Spitze, TN,Dauer) insbesondere in Abhängigkeit von einer Stelldynamik der Verstelleinrichtung (143) des Förderwerks vorgegeben wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein the first filter function (207) and/or the second filter function (208) is a PDT1 transfer function with a lead time (T N, peak , T N, duration ) and a delay time ( TP, peak , T P, duration ) are, whereby the lead time (T N, peak , T N, duration ) is specified in particular as a function of an actuating dynamic of the adjusting device (143) of the conveyor system. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in einem dynamischen Betriebszustand der Sollwert (VPu,Soll) für die das Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße so vorgegeben wird, dass das Antriebsmoment des drehzahlvariablen Antriebs (121) mehr als dem Dauer-Antriebsmoment (MAn,0) des Antriebs (121) und höchstens dem Spitzen-Antriebsmoment des Antriebs (121) entspricht.Method according to one of the preceding claims, wherein in a dynamic operating state the setpoint (V Pu,Soll ) for the parameter determining the displacement volume per working cycle is specified such that the drive torque of the variable-speed drive (121) is more than the continuous drive torque (M An .0 ) of the drive (121) and at most corresponds to the peak drive torque of the drive (121). Verfahren nach Anspruch 4, wobei in dem dynamischen Betriebszustand der Sollwert (VPu,Soll) für die das Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße so vorgegeben wird, dass das Antriebsmoment des drehzahlvariablen Antriebs (121) höchstens für eine zulässige Überlastzeit mehr als dem Dauer-Antriebsmoment (MAn,0) des Antriebs (121) und höchstens dem Spitzen-Antriebsmoment des Antriebs (121) entspricht.Procedure according to Claim 4 , whereby in the dynamic operating state the setpoint (V Pu,Soll ) for the parameter determining the displacement volume per working cycle is specified in such a way that the drive torque of the variable-speed drive (121) is more than the continuous drive torque (M An, 0 ) of the drive (121) and at most corresponds to the peak drive torque of the drive (121). Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Überlastzeit unter Verwendung einer ermittelten thermischen Antriebsauslastung angepasst wird, und vorzugsweise in Rückbezug auf Anspruch 3, wobei die zeitliche Verzögerung (TP,Dauer) der zweiten Filterfunktion (208) in Abhängigkeit von der Überlastzeit vorgegeben wird.Procedure according to Claim 5 , wherein the overload time is adjusted using a determined thermal drive utilization, and preferably with reference back to Claim 3 , whereby the time delay ( TP, duration ) of the second filter function (208) is specified depending on the overload time. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in einem statischen Betriebszustand der Sollwert (VPu,Soll) für die das Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße so vorgegeben wird, dass das Antriebsmoment des drehzahlvariablen Antriebs (121) höchstens dem Dauer-Antriebsmoment des Antriebs (121) entspricht.Method according to one of the preceding claims, wherein in a static operating state the setpoint (V Pu,Soll ) for the parameter determining the displacement volume per working cycle is specified such that the drive torque of the variable-speed drive (121) is at most the continuous drive torque of the drive (121 ) corresponds. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen des Lastmoments an der drehzahlvariablen Verstellpumpe (120) ein Bestimmen einer Druckdifferenz (Δp) zwischen einem Einlass und einem Auslass des Förderwerks (122) umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein determining the load torque on the variable-speed variable pump (120) comprises determining a pressure difference (Δp) between an inlet and an outlet of the conveyor (122). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen des Lastmoments an der drehzahlvariablen Verstellpumpe (120) ein Bestimmen einer Reibung als zusätzliche Druckdifferenz (p) umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein determining the load torque on the variable-speed variable pump (120) comprises determining a friction as an additional pressure difference (p). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Spitzen-Antriebsmoment (Man,max) des Antriebs (121) und/oder das Dauer-Antriebsmoment (Man,0) des Antriebs (121) als Produkt mit einem Korrekturfaktor (KredMmax, KredM0) berücksichtigt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the peak drive torque (M an,max ) of the drive (121) and / or the continuous drive torque (M an,0 ) of the drive (121) as a product with a correction factor (K redMmax , K redM0 ) are taken into account. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Korrekturfaktor (KredMmax, KredM0) unter Verwendung einer ermittelten thermischen Antriebsauslastung angepasst wird.Procedure according to Claim 10 , whereby the correction factor (K redMmax , K redM0 ) is adjusted using a determined thermal drive utilization. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, zusätzlich umfassend: Vorgeben eines Sollwerts (nSoll) für die Drehzahl des drehzahlvariablen Antriebs (121) in Abhängigkeit von dem Sollwert (VPu,Soll) oder einem Istwert (VPu,Sst) für die das Verdrängungsvolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße.Method according to one of the preceding claims, additionally comprising: specifying a target value (n Soll ) for the speed of the variable-speed drive (121) depending on the target value (V Pu,Soll ) or an actual value (V Pu,Sst ) for the displacement volume determining parameter for each work cycle. Recheneinheit (140), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Computing unit (140), which is set up to carry out a method according to one of the preceding claims. Elektrohydraulisches System (100) umfassend eine drehzahlvariable Verstellpumpe (120) mit einem drehzahlvariablen Antrieb (121) und eine Recheneinheit (140) nach Anspruch 13.Electro-hydraulic system (100) comprising a variable-speed variable pump (120) with a variable-speed drive (121) and a computing unit (140). Claim 13 . Computerprogramm, das die Recheneinheit (140) des elektrohydraulischen Systems (100) nach Anspruch 14 veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (140) ausgeführt wird.Computer program that the computing unit (140) of the electro-hydraulic system (100) follows Claim 14 initiated a procedure according to one of the Claims 1 until 13 to be carried out when it is executed on the computing unit (140). Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 15.Machine-readable storage medium with a computer program stored on it Claim 15 .
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