Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Schluckvolumens einer Radialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 .

Es ist bekannt, dass die Förderleistung einer Radialkolbenmaschine, also eines Radialkolbenmotors oder einer Radialkolbenpumpe direkt vom Schluckvolumen abhängig ist, welches durch Verstellung der Exzentrizität veränderbar ist. Für eine Regelung der Förderleistung wäre das aktuelle Schluckvolumen als Führungsgröße geeignet - allerdings sind weder das Schluckvolumen noch die aktuell eingestellte Exzentrizität messbar.

Durch die DE 10 2007 003 800 B3 wurde ein Verfahren zur Regelung eines hydrostatischen Antriebs bekannt, wobei das aktuelle Schluckvolumen eines Hydromotors aus dem aktuellen elektrischen Verstellstrom mit Hilfe einer Verstellstromkennlinie abgeleitet wird.

Durch die DE 10 2004 048 174 A1 der Anmelderin wurde eine Einrichtung zur Bestimmung des Schluckvolumens eines verstellbaren Radialkolbenmotors bekannt, welcher schwenkbar gelagerte Zylinder aufweist. Zur Bestimmung des Schluckvolumens ist ein Drehwinkelgeber vorgesehen, welcher den Schwenkwinkel der Zylinder misst, der proportional zum aktuellen Schluckvolumen ist.

Durch die DE 10 2006 043 291 A1 der Anmelderin wurde ein berührungsloser Drehwinkelsensor für einen verstellbaren Radialkolbenmotor bekannt. Der Drehwinkelsensor soll den aktuellen Dreh- oder Schwenkwinkel eines Zylinders des Radialkolbenmotors erfassen, wobei der Drehwinkel proportional zum aktuell eingestellten Schluckvolumen des Radialkolbenmotors ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass das aktuelle Schluckvolumen der Radialkolbenmaschine möglichst einfach und genau ermittelt werden kann. Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird bei laufender Radialkolbenmaschine der Schwenkwinkel ß der Zylinder gemessen, daraus die Exzentrizität und darüber das Schluckvolumen berechnet. Das aktuell ermittelte Schluckvolumen kann somit als Führungsgröße in einem Regelprozess zur Regelung der Förderleistung der Radialkolbenmaschine verwendet werden. Damit ergibt sich eine schnelle und genaue Regelung. Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, dass zwischen dem Schwenkwinkel ß, dem Drehwinkel α der Antriebswelle und der jeweils eingestellten Exzentrizität e eine mathematische Verknüpfung besteht. Da das Schluckvolumen selbst und auch die Exzentrizität während des Betriebes der Radialkolbenmaschine nicht oder nur sehr schlecht messbar sind, wird erfindungsgemäß nur der Schwenkwinkel gemessen und über diesen unter Verwendung der mathematischen Beziehung das Schluckvolumen errechnet. Für die Funktion des Schwenkwinkels ß in Abhängigkeit vom jeweiligen Drehwinkel α ergibt sich eine einer Sinuskurve ähnliche Funktion, bei der die Maxima und Minima gegenüber der Sinuskurve verschoben sind. Die Nullpunkte des

Schwenkwinkels ß werden jeweils im oberen und im unteren Totpunkt des Radialkolbens erreicht.

Nach einer vorteilhaften Verfahrensvariante wird der Schwenkwinkel ß zu definierten Zeitpunkten t _n gemessen, wobei jedem Zeitpunkt t _n ein Drehwinkel a _n der Antriebwelle zugeordnet wird. Durch die Zuordnung des Drehwinkels zum Messzeitpunkt und damit zum gemessenen Schwenkwinkel ß _n lässt sich die Exzentrizität e berechnen.

Nach einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante werden zur Festlegung der Zeitpunkte t _n eine Anzahl z von Impulsen pro Umdrehung der Antriebswelle erzeugt. Das Auftreten der Impulse löst die Messung des Schwenkwinkels ß _n aus. Somit erhält man pro Umdrehung der Antriebswelle eine hinreichende Anzahl z von Messwerten für den Schwenkwinkel ß und damit errechnete Werte des aktuellen Schluckvolumens. Nach einer weiteren vorteilhaften Verfahrensvariante ist der Antriebswelle eine Nulllage zugeordnet, welche dem oberen Totpunkt des Exzenters entspricht und die nach jedem Durchgang, d. h. einem Drehwinkel von 360 ° neu bestimmt wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Verfahrensvariante kann die Drehrichtung der Antriebswelle aus dem Funktionsverlauf des Schwenkwinkels ß, d. h. aus der relativen Lage der Schwenkwinkel-Maxima und -Minima gegenüber ττ/2 und 3 π 12 bestimmt werden : Ist der Anstieg des Schwenkwinkels ß vom Minimum zum Maximum steiler als der Abfall vom Maximum zum Minimum, so gilt die Drehrichtung als rechtsdrehend. In abweichenden Fällen gilt die Drehrichtung als linksdrehend. Die Kenntnis der Drehrichtung ist wesentlich für die Berechnung des Schluckvolumens.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert, wobei sich aus der Zeichnung/oder der Beschreibung weitere Merkmale und/oder weitere Vorteile ergeben können. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines verstellbaren Radialkolbenmotors, Fig. 2 eine schematische Darstellung der geometrischen Verhältnisse für einen Zylinder eines Radialkolbenmotors und

Fig. 3 den Funktionsverlauf des Schwenkwinkels ß in Abhängigkeit vom

Drehwinkel a.

Fig. 1 zeigt eine als Radialkolbenmotor 1 ausgebildete Radialkolbenmaschine nach dem Stand der Technik. Fünf Zylinder 2 sind sternförmig angeordnet und schwenkbar (was nicht dargestellt ist) gelagert. Jedem Zylinder 2 ist ein Kolben 3 zugeordnet, der sich mit einem Schuh gleitend an einem Hubring 4 abstützt. Der Hubring 4 wird von einem Exzenter 5 angetrieben und bewirkt somit die unterschiedlichen, in der Zeichnung dargestellten Hubphasen. Die in Fig. 1 nicht dargestellte schwenkbare Lagerung der Zylinder geht aus der eingangs genannten DE 1 0 2004 048 1 74 A1 hervor, die hiermit in vollem Umfang in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird. Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Zylinder 2 aus Fig. 1 , wobei gleiche Bezugszahlen für gleiche Teile verwendet werden. Der Zylinder 2 ist um eine durch den Punkt S gehende Achse schwenkbar in einem nicht dargestellten Gehäuse gelagert. Der gleitend in dem Zylinder 2 angeordnete Kolben 3 stützt sich mit seinem Schuh 3a gleitend auf dem Hubring 4 ab, der von dem Exzenter 5 angetrieben wird. Der Exzenter 5 weist einen Drehpunkt D auf, durch welchen die Achse einer nicht dargestellten, den Exzenter 5 antreibenden Antriebswelle verläuft. Der Hubring

4 weist einen Mittelpunkt M auf; der Abstand des Drehpunktes D vom Schwenkpunkt

5 ist mit A bezeichnet. Der Abstand des Mittelpunktes M vom Drehpunkt D wird als Auslenkung oder Exzentrizität e bezeichnet. Die Auslenkung e ist zwecks Veränderung des Hub- oder Schluckvolumens des Radialkolbenmotors verstellbar. Der Schwenkwinkel des Zylinders 2 ist mit ß und der Drehwinkel der Antriebswelle um den Drehpunkt D, ausgehend vom oberen Totpunkt des Kolbens 3, ist mit α bezeichnet. Für den eingezeichneten Drehwinkel α ergibt sich eine durch den Punkt E bezeichnete Position des Exzenters, bei welchem der Zylinder 2 um den Winkel ß verschwenkt wurde. Aus dem Dreieck DSE lässt sich folgende Beziehung ableiten : tanß = e ^■ sin a/(A + e ^■ cosa)

Man erkennt aus dieser Beziehung, dass der Schwenkwinkel ß einerseits vom Drehwinkel α und andererseits von der eingestellten Exzentrizität e abhängt.

Die Funktion des Schwenkwinkels ß ist in Fig. 3 aufgetragen und in durchgezogenen Linien dargestellt, und zwar einerseits für eine maximale Exzentrizität e und andererseits für die halbe maximale Exzentrizität (e/2). Zum Vergleich sind entsprechende Sinuskurven in gestrichelten Linien eingezeichnet. Man erkennt, dass die Nulldurchgänge identisch sind, allerdings nicht die Maxima und Minima. Das Maximum für den Schwenkwinkel ß tritt vor ττ/2, das Minimum für ß tritt nach dem Minimum der Sinuskurve auf.

Im Diagramm sind das Maximum mit ß _ma x und das Minimum mit ß _m in eingezeichnet. Aus dem dargestellten Funktionsverlauf, d. h. aus der relativen Lage von ßmax und ßmin gegenüber π 12 und 3 π 12 lässt sich die Drehrichtung der Antriebswel- le wie folgt ableiten: Die Drehrichtung gilt als rechtsdrehend, wenn der Anstieg des Schwenkwinkels ß vom Minimum zum Maximum steiler als der Abfall vom Maximum zum Minimum ist; in allen anderen Fällen gilt die Drehrichtung als linksdrehend.

Rechtsdrehend wird mit d = 1 und linksdrehend mit d = -1 definiert.

Aus den so ermittelten Werten für ß und α lässt sich nach der oben genannten tan-Funktion die Auslenkung oder Exzentrizität e errechnen. Für das Schluckvolumen v des Radialkolbenmotors 1 und die Auslenkung e gibt es eine eindeutige Beziehung:

v = f (e) ,

sodass die Kenntnis des Wertes der Auslenkung e äquivalent zur Kenntnis des Schluckvolumens v ist.

Das Maximum des Schwenkwinkels ß _max tritt in Fig. 2 (linke Hälfte) dann auf, wenn der Strahl des Winkels ß den Kreis mit dem Radius e um D im Punkt E' tangiert. Dann ergeben sich das rechtwinklige Dreieck DE'S und die einfache Beziehung:

sinß _max = e/A

Einer der Zylinder 2 ist mit einem nicht dargestellten Winkelsensor ausgestattet, der den Schwenkwinkel ß misst - wie aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt. Der Nullpunkt des Schwenkwinkels ß wird jeweils in der oberen und unteren Endlage des Kolbens (oberer Totpunkt, unterer Totpunkt) erreicht. Pro ganzer Umdrehung der Antriebswelle erzeugt ein nicht dargestellter Impulsgeber eine Anzahl von z Impulsen in einem Impulsdetektor. Dabei muss z nicht notwendigerweise eine ganze Zahl sein. Das ist z. B. dann der Fall, wenn der Impulsgeber nicht direkt auf der Antriebswelle angeordnet ist, sondern über einen Zahntrieb mit nicht ganzzahligem Übersetzungsverhältnis angetrieben wird. Von jedem Impuls n wird der Zeitpunkt seiner Detektion t _n gespeichert. Außerdem löst jeder Impuls eine Messung des Schwenkwinkels ß aus. Dieser Messwert wird dem Auslösezeitpunkt t _n zugeordnet: ß _n = ß(t _n ). Da die Impulse im Allgemeinen keinen festen Winkellagen der Antriebswelle zugeordnet sind, wird bei jedem Umlauf die Nulllage neu bestimmt.

In der Umgebung der Nulldurchgänge ist der Schwenkwinkel ß _n zu klein für eine brauchbare Genauigkeit. Verschärft wird das dann zusätzlich, wenn der Exzenter nur schwach ausgelenkt ist, d. h. wenn die Auslenkung e kleine Werte annimmt. Dieses Problem wird erfindungsgemäß wie folgt gelöst: wenn die Drehzahl der Antriebswelle groß gegenüber der Verstellgeschwindigkeit des Exzenters ist, kann man nur die Extremwerte von ß der letzten Umdrehung der Antriebswelle verwerten und e über die eindeutige Beziehung ß _ma x(e) bestimmen. Diese Beziehung lautet, wie oben erwähnt:

sinß _max = e/A, d. h. der maximale Schwenkwinkel ß _max hängt nur von der Geometrie, d. h. der aktuellen Auslenkung e ab.

Bezuqszeichen

1 Radialkolbenmotor

2 Zylinder

3 Kolben

3a Schuh

4 Hubring

5 Exzenter

S Schwenkpunkt Zylinder

D Drehpunkt Exzenter

E, E' Exzenterlage

M Mittelpunkt von Hubring

A Abstand

e Exzentrizität α Drehwinkel

ß Schwenkwinkel

ßmax Maximum

ßmin Minimum