(57)【要約】【課題】起動後、動作パラメータ目標値に、オーバーシュートなしに可能な限り短時間で到達できる容積式ポンプの動作制御装置を提供する。【解決手段】ポンプモータの駆動手段１２と、容積式ポンプ１４の現在の動作パラメータを検出する状態センサ手段２０と、駆動手段１２の上流に位置し、容積式ポンプ１４の動作モードを選択するように設けられた動作モード手段１８とを備え、動作モード手段１８は、第１の動作パラメータしきい値Ｐ１未満では、動作パラメータ目標値Ｐsetに向かって常に増加するポンプ圧力を発生させる第１の駆動モードに駆動手段１２を設定し、第１の動作パラメータしきい値以上では、動作パラメータ目標値に動作が制御されるように、第１の駆動モードとは異なる第２の駆動モードに駆動手段１２を設定し、第１の動作パラメータしきい値Ｐ１は、動作パラメータ目標値未満のある値である。【選択図】図１
2013519815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプモータを有する容積式ポンプ（１４）の動作制御装置であって、
ポンプモータの（特に回転速度を設定する）駆動手段（１２）と、
前記容積式ポンプの現在の動作パラメータ（特に、動作圧力）を検出する状態センサ手段（２０）と、
前記駆動手段の上流に位置し、前記容積式ポンプの動作モードを選択するように設けられた動作モード手段（１８）とを備え、
第１の動作パラメータしきい値（Ｐ１）未満では、動作パラメータ目標値（Ｐset）に向かって常に増加するポンプ圧力を発生させる第１の駆動モードを前記ポンプモータに前記駆動手段が設定するように、前記動作モード手段は構成され、前記ポンプ圧力は、可変で、かつ、ポンプ圧力の増加挙動の時は所定の期間内における前記動作パラメータの検出した変化に依存し、
前記第１の動作パラメータしきい値以上では、前記動作パラメータ目標値に動作が制御されるように、前記第１の駆動モードとは異なる第２の駆動モードを前記駆動手段が設定するように、前記動作モード手段はさらに構成され、
前記第１の動作パラメータしきい値（Ｐ１）は、前記動作パラメータ目標値未満のある値および／またはこのある値に関連付けられたポンプパラメータとして、決定または計算されている、動作制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記動作パラメータ目標値未満の別のある値であって、前記第１の動作パラメータしきい値（Ｐ１）よりも小さい第２の動作パラメータしきい値（Ｐ２）に到達後に、前記動作パラメータの変化が検出され決定されるように、前記動作モード手段が構成される、動作制御装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記動作パラメータの変化が複数回検出され決定されて、そのたびに、前記第１の駆動モードに影響を与える、動作制御装置。
【請求項４】
請求項２または３において、前記第２の動作パラメータしきい値（Ｐ２）未満では、前記ポンプモータの駆動は、最大駆動パワーおよび／または最速の上昇挙動で前記駆動手段によって行われるように、前記動作モード手段が構成される、動作制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項において、前記第１の駆動モードは、その制御増幅が前記第２の駆動モードにおける制御された動作の制御増幅よりも大きい制御動作（特に、ＰＩ制御挙動）を含み、前記制御された動作はＰＩ制御挙動を含むように、前記動作モード手段が構成される、動作制御装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項において、前記状態センサ手段は、前記動作パラメータとして前記動作圧力を（好ましくは連続的に）検出する圧力センサ（２０）である、動作制御装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一項において、ポンプおよび／またはポンプモータのパラメータから、前記動作パラメータとして動作圧力を決定するように、前記状態センサ手段が構成され、前記ポンプおよび／またはポンプモータのパラメータは、容積式ポンプにおける、モータ電圧、モータ電流、モータ回転速度、回転加速度および／またはポンプ定数から選択される、動作制御装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項において、前記動作パラメータとして前記容積式ポンプの現在の移送量を検出するように、前記状態センサ手段が構成される、動作制御装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項において、前記第１の動作パラメータしきい値（Ｐ１）についての前記動作パラメータ目標値未満の前記ある値が、前記動作パラメータ目標値（Ｐset）の90％から98％（特に、94%から96％）の範囲内である、動作制御装置。
【請求項１０】
請求項２から９のいずれか一項において、前記第２の動作パラメータしきい値（Ｐ２）についての前記動作パラメータ目標値未満の前記別のある値が、前記動作パラメータ目標値の15％から25％（特に18％から22％）の範囲内である、動作制御装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項において、さらに、
前記動作パラメータ目標値を超えたことを検出する手段を備え、
前記動作パラメータが所定の許容差だけ前記動作パラメータ目標値を超えると、前記動作モード手段は、前記第２の駆動モードとは異なるポンプモータ駆動モード（特に、第１の駆動モードのパラメータ（さらに好ましくは、制御パラメータ）を有する駆動モード）を前記ポンプモータに設定する、動作制御装置。
【請求項１２】
容積式ポンプと、
前記容積式ポンプの吐出側に設けられたパワーユニット（１６）と、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の動作制御装置とを備えた、ポンプシステム。
【請求項１３】
請求項１２において、前記容積式ポンプに圧力調整弁が設けられていない、ポンプシステム。
【請求項１４】
請求項１２または１３において、前記パワーユニットは工作機械（１６）であり、この工作機械（１６）には、前記容積式ポンプによって冷却液と潤滑液のいずれか一方または両方が供給される、ポンプシステム。
【請求項１５】
請求項１２から１４のいずれか一項において、前記容積式ポンプがスクリュポンプとして構成される、ポンプシステム。
【請求項１６】
請求項１２から１５のいずれか一項において、前記容積式ポンプは、3000/分以上（好ましくは4000/分以上）の動作回転速度に調整されて動作される、ポンプシステム。
【請求項１７】
請求項１２から１６のいずれか一項において、前記ポンプモータの電源投入から500m秒以下で前記動作パラメータ目標値に到達するように、前記動作制御装置の前記動作モード手段が前記第１の駆動モードを設定する、ポンプシステム。
【請求項１８】
請求項１２から１７のいずれか一項に記載のポンプシステムを動作させる方法であって、
前記ポンプシステムは、前記動作制御装置によって前記容積式ポンプを駆動することにより動作され、
前記ポンプモータを起動する工程と、
所定の期間当たりのポンプ動作パラメータの変化を検出する工程と、
前記第１の駆動モードで前記ポンプモータを動作させる工程であって、前記第１の駆動モードは、動作パラメータの前記検出された変化に、依存しかつ影響を受けるか、または依存するかもしくは影響を受ける、工程と、
前記第１の動作パラメータしきい値に到達するかまたは超えると、前記ポンプモータを前記第２の駆動モードで動作させる工程とを備えた、ポンプシステム動作方法。
【請求項１９】
請求項１８において、第２の動作パラメータしきい値に到達するかまたは超えた後に、所定期間内での動作パラメータの変化を検出する前記工程が実行され、前記第２の動作パラメータしきい値は、前記第１の動作パラメータしきい値よりも小さい、ポンプシステム動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主請求項の前提部分に基づく作動制御、ポンプシステム、およびポンプシステムの作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
25bar（バール）以上の圧力で作動し、冷却液および／または潤滑剤を用いる工作機械の運転のための技術の基盤をなすものとして使用するポンプは、特に重要である。特に、工業的な、孔あけ加工、ミル加工、またはタップ加工と、前述した大きさの圧力で液体を導入することに関しては、高い冷却性能とそれによる高い作業速度が実現される。
【０００３】
高圧での冷却液供給のために、工作機械の分野で容積式ポンプが広く用いられている。これは、容積式ポンプが、単独のコンパクトなユニットで、80barの高圧化が可能なため、高圧機械の分野でよく使われている遠心ポンプよりも有利だからである。
【０００４】
このように容積式ポンプ、特に（3枚羽の）スクリュポンプが、実績のあるポンプとして一般に受け入れられているのは、耐摩耗性に優れており、かつ、脈動が少なく、移送特性が安定しているためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／００９４９１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、(設定する)ポンプ圧力を一定に保つために、構造上の制約から、スクリュポンプは（他の容積式ポンプのように）、システム中に、接続されるユニット（例えば工作機械）とともに圧力調整弁が必要である。ポンプはこれにより安定した回転数で運転され、そのポンプ吐出特性に基づいて、指令通りのほぼ一定の移送量を実現する。工作機械の個々の工具には、所定の圧力での流量が必要である。これは、通常、ポンプからの供給量以下である。このため、余剰の流量（差分流量）が圧力調整弁から排出され、それによりシステムの効率が容積式ポンプの（理論的に可能な）高い効率に比べて悪くなり、差分流量状態で圧力の立ち上がりに必要とされるポンプ性能が使用されない。
【０００７】
停止中（例えば工具交換のための停止中）は工作機械に冷却液を送り込んではならない。このため工作機械の供給ラインにシャットオフバルブが組み込まれるか、またはポンプのスイッチが切られる必要がある。機械的な負荷が高いため、通常このような停止は比較的低い圧力で作動するシステムの場合にのみ考慮される。シャットオフバルブがあるシステムでは、ポンプは（シャットオフバルブ閉状態で）圧力調整弁を介して全パワーで運転し続けるため、効率の点で不利である。この場合、停止期間中のパワー要求値を低減するために、停止中の加圧を止める制御可能な圧力調整弁が用いられる場合がある。
【０００８】
さらに、可変圧力の調整弁の使用が知られている。これらは、適切な方法でプロセスの要求に見合った液量を供給できるという利点があり、例えば低圧機械の場合、容積式ポンプのパワー消費が圧力と共に低減される。しかし、制御弁を使う方法でも、一般にポンプのパワー消費は、機械への液体供給に実際に必要なパワーよりも大きい。これは、必要以上に大流量が供給されるからである。冷却液の供給と冷却とが工作機械のエネルギー消費の35％にもなるので、かなりの改善および最適化の可能性が存在する。
【０００９】
さらに、圧力制御のために弁を用いた場合の欠点は、例えば工作機械の冷却液供給システムにおいて、弁の切替えが圧力脈動サージを生じさせてシステムに負荷をかけ、機械的な損傷の原因になり得ることである。
【００１０】
従来のさらなる解決方法として、周波数変換器によってポンプモータの回転速度を変える方法が知られている。この場合、ポンプ下流の圧力センサによるシステム圧力を閉ループ制御変数として周波数変換器にフィードバックし、またポンプモータの回転速度をＰＩ閉ループ-制御によって、開ループ制御変数として（コンバータによって）ポンプモータに与える。
【００１１】
しかし、このような古典的な閉ループ制御方法は、動的応答が不十分であるという欠点がある。特に、好ましくないオーバーシュートなしに、ポンプモータの設定回転速度または設定圧力に急速に到達することは不可能である。一方で、上昇を強く抑制すると、相対的に立ち上がり時間と応答時間が長くなる。これは各工作機械などの非生産的な無駄時間となる欠点がある。特に、スイッチオンから500ms以下で設定点に到達することが望ましいと実証されているが、これは、スクリュポンプの操作制御の現状況における、例えば既知の閉ループ制御アルゴリズムを用いた技術では、実現できない。
【００１２】
最後に、現状技術においては、先に記載した解決策の組合せが実行される先行技術が想定される。すなわち、開ループ制御変数としてポンプ圧力を用いたポンプモータの閉ループ制御を行い、さらに、ポンプとその下流に接続した前述の弁を連動させることが想定される。このような技術は、装置の高い動力消費および／または低い動特性という決定的な欠点を伴う。
【００１３】
ポンプモータを有する容積式ポンプの動作制御装置が、上記特許文献１で知られている。この装置には、ポンプモータを駆動（回転速度駆動）するための駆動手段が設けられており、さらに、状態センサ手段が設けられ、容積式ポンプの現在の動作パラメータを油温Ｔoilとして検知する。容積式ポンプの動作モードを設定する動作モード手段が、駆動手段の上流に接続される。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、ポンプモータを有する容積式ポンプの動作制御装置であって、起動後、設定圧力および／または設定回転速度などの目標値に、閉ループ制御プロセスにおけるオーバーシュートやアンダーシュートなしに可能な限り短時間で到達することができる、動作制御装置を提供することである。この場合、装置の動力消費、特にシャットオフバルブおよび／または圧力調整弁による追加の動力消費を避ける必要がある。したがって、本発明の課題としてはさらに、特に種々の設定動作パラメータ設定値（例えば、適正な方法で使用される、機械の様々な設定圧力）に対して柔軟に使用できる動作制御装置であって、エネルギー効率の最適化のためにパワー消費が低減され、不利なシステム圧力の脈動がない、動作制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
課題は、主請求項の構成を有する動作制御装置、さらに、独立した請求項１２によるポンプシステムと請求項１８に基づく作動方法によって達成でき、発明の有利な改良形態として従属請求項で示される。
【００１６】
本発明による有利な方法で、動作モード手段が本発明による駆動手段に配置され（すなわち、例えば他で公知のポンプモータ用周波数変換器）、これにより、複数の動作モード（スイッチオフ状態以外）を予め設定できる。
【００１７】
従来の閉ループ動作では、例えば速い立ち上がりの場合にはオーバーシュートし、ゆっくりした立ち上がりの場合には時間遅れが生ずる欠点があり、この未解決のジレンマがある。本発明に基づく手順では、この従来の動作とは異なり、最初の駆動モードにおいて、所定の時間区間（期間）内での動作パラメータの変化に応答して、個々の状況（データ）と動作条件に適合しながら、ポンプ圧（代表的な動作パラメータとして動作圧力）を最小の上昇時間で増加させ、また第１の動作パラメータしきい値（例えば、圧力しきい値、または回転速度しきい値）に到達またはこれを超えた場合、第２の駆動モードに切り替わり、動作パラメータ目標値（例えば目標圧力または目標回転速度）に近づけるため、あまり急勾配ではなく、そのためオーバーシュートを回避した動作が可能になる。その後、静的な動作中であってもこの第２の動作モードで、他で知られた方法で目標値に調整される。
【００１８】
本発明によれば、この場合第１の動作パラメータしきい値は動作パラメータ目標値の所定の割合（数分の一）として決定または計算される。好ましい実施形態では、この割合は目標値の90％から98％の間でシフトし、特に好ましくは、目標値の94％から96％の範囲内でシフトする。代わりに、動作パラメータ目標値から導き出されたポンプパラメータのしきい値が計算されてもよい。
【００１９】
このようにして、特に、簡単で洗練された方法で、極めて動的なポンプ動作（すなわち、試運転（run-up）または始動が短時間であるポンプ動作）が可能になる。これによって、有利な方法で、例えば工作機械の液供給における使用条件を満足する。ただし、本発明は、工作機械の技術に必ずしも限定されるものではない。
【００２０】
本発明の好ましい改良形態において、動作モード手段はさらに第２の動作パラメータしきい値（すなわち例えば圧力しきい値）を使用する。このしきい値は、第１の動作パラメータしきい値よりも小さく、パラメータ変化（時間単位における変化）の本発明による検出を引き起こす。本発明のこの構成は、以下の新規な知見に基づく。すなわち、好都合な検出条件（検出状態）は、起動またはスイッチオン（電源投入）の直後ではなく、（第２の動作パラメータしきい値として定義された）しきい値、例えば圧力しきい値に到達した後のみに存在する。この第２の動作パラメータしきい値は、本発明の好ましい改良形態では、動作パラメータ目標値の約15％から25％の間であり、好ましくは例えば20％である。
【００２１】
一方、本発明は、動作パラメータの１回のみの変化検出に応答して、第１の駆動モードの間に、ポンプ圧力の上昇挙動についての適切な基準（パラメータ）を導き出す（実際には、第１の駆動モードの間に、動作パラメータの変化から、駆動手段のＰＩ制御挙動に対する増幅ファクタを決定する）。しかし、代わりに、または好ましくは、本発明は、第１の駆動モードの間に、複数回および／または連続的に、時間区間あたりの動作パラメータの変化（すなわちタイミング図における勾配（傾き））を検出し、検出すると、第１の駆動モード中の(制御)挙動を適合させる。
【００２２】
さらに本発明の有利な改良形態において、第２の動作パラメータしきい値に達するまで、全パワーでの起動動作を行う。すなわち、ポンプモータの始動に最大の駆動出力を提供する。これによって、初期の駆動フェーズにおける、好ましくないオーバーシュートの危険を回避しながらも、必要な時間を最小限にするという利点がある。また一方で、初期の始動フェーズの終わりに、例えば、本発明によるパラメータ変化を決定するための条件が存在し、これにより第１の駆動モードの間に、さらなる閉ループ制御特性に影響を与えることができる。
【００２３】
閉ループ制御挙動による第１動作モードおよび第２動作モードにおいて、例えばＰＩ制御挙動のような駆動挙動を再現するが、同時に、例えば閉ループ制御増幅ファクタを変更することによって、駆動モード間に境界をもたらすことが、本発明の有利で実際的な点であることが判明している。
【００２４】
発明の好ましい実現形態として、動作圧力（ポンプ圧力）を動作パラメータとして考慮して、動作の閉ループ制御をポンプの目標圧力（この目標圧力は、個々の適用分野ごとのもので、例えば実際に使われる工具に依存する）に向かわせる。この目標圧力に対して、圧力のしきい値として第１のしきい値および第２のしきい値が存在する。これにより、動作圧力を（好ましくは連続的に）検知して利用可能なものとする圧力センサによって、状態センサ手段が実現される。
【００２５】
代わりに、本発明の範囲内として、動作パラメータとして動作圧力を、センサによって直接測定するのではなく、他のシステムおよび他のポンプのパラメータから、（他では既知の方法で）決定することができる。このようなパラメータは、ポンプシステム中に存在するものであり、（ポンプ）モータ電圧、モータ電流、モータ回転速度、モータ回転加速度などの、各状況で用いられる容積式ポンプのさらなる（ほぼ安定した）ポンプパラメータである。これらパラメータは、動作圧力の決定に適しており、他では公知の方法で圧力を決定するために計算される。
【００２６】
本発明のさらに好ましい改良形態では、動作圧力に代わる他の変数、例えば、容積式ポンプの（現在の）移送流量、またはポンプモータのモータ回転速度を使うことができる。また、動作パラメータ目標値に対して、かつ少なくとも１つのしきい値に対して、必ずしも同一変数（例えば圧力）を検知する必要はない。
【００２７】
特に適切に、かつ本発明の範囲内において、前記動作制御装置は、容積式ポンプと容積式ポンプによって液が装填されるユニットを配置するポンプシステムにおいて用いられる。本発明の範囲内において有利で適切には、前記容積式ポンプはスクリュポンプ（さらに好ましいのは3枚羽のスクリュポンプ）であり、前記ユニットは、20barよりも大きい動作圧力、好ましくは40barよりも大きい動作圧力、さらに好ましくは60barよりも大きい動作圧力の容積式ポンプで冷却潤滑液がさらに好ましくは装填される工作機械である。
【００２８】
この場合の特に有利な優れた点は、スクリュポンプを、ユニバーサルポンプのように高回転速度で動作させることにより、比較的小さく低価格のポンプが用いられてもよい点である。これにより、容積式ポンプ、特にスクリュポンプに関する本発明の好ましい改良形態では、3000回/分よりも大きい動作回転速度で、さらに好ましくは4000回/分よりも大きい動作回転速度で、ポンプシステム内で動作する。
【００２９】
本発明によれば、システムの動作パラメータ目標値、例えば目標圧力に、500msよりも短い時間で到達できるように構成でき、従来技術の方法に比べて相当に進歩している。その上、本発明の有利な実現形態では、ポンプの圧力を調整する弁を省略できるため、本発明により追加の機械や設備投資を避けることができ、かつ前述の弁のスイッチ操作に伴う、不利な脈動を全く生じないようにすることができる。
【００３０】
その結果、以上より本発明は極めて簡単で洗練された方法で、現状技術において生じる動的動作挙動の問題を解決する。すなわち、オーバーシュートなしに動作パラメータ目標値に迅速に到達し、弁のような追加の機械のための設備投資を必要とせずに解決する。本発明は、これにより、様々な動作条件（動作状態）に対する柔軟性と適合性の高いレベルの要求を満足する。この要求は、例えば、複雑な調整や（事前の）設定なしに、または同様の測定を必要とせずに、工作機械で動作される、それぞれ異なった圧力条件を有する様々な工具を動作させることであり、これにより、上述した動作中の最適化に加えて、設置処理および変換処理において効率を大幅に向上させることができる。
【００３１】
本発明は、上述の方法で、特に工業的な使用環境における工作機械に液体を供給する高圧ポンプの適用分野に適しているが、このような使用に限定されない。むしろ本発明は、ポンプ（特に高圧範囲におけるポンプ）の、適応的で柔軟な制御挙動を必要とする、任意の技術分野において、記載した利点を提供する。
【００３２】
本発明のさらなる利点、特徴および詳細は、次の好ましい実施形態の記述および図面で明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の好ましい一実施形態を実現する動作制御装置を有するポンプシステムのブロック図である。
【図２】図１の装置の挙動を示す、時間対圧力のグラフである。
【図３】本発明による動作シーケンスを示すフローチャートからなる、動作シーケンス図である。
【図４】図２と同様の時間対圧力のグラフであって、従来の装置の多様な動作要求（例えば、下流に接続されたユニットの種々の工具に対するそれぞれ異なった移送要求）に対する挙動を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１に、本発明の好ましい実施形態に係る動作制御装置を、ブロック図で、ポンプシステムとの関連で示す。さらに詳しくは、図１は、破線１０で動作制御装置を示す。この装置１０は、一般に他の場合には周波数変換器として知られ、速度（回転数）を設定し、下流に接続されるスクリュポンプ１４を駆動する、駆動手段１２を有する。スクリュポンプ１４は、図１のシステムの範囲内で冷却液を移送するために、模式的に示された工作機械１６に相互作用する。なお、工作機械１６の典型的な例としては、交換可能な工具が装着されて、その工具についての変更可能な移送要求を伴う、孔あけ機（ドリル）またはミル加工機（フライス）である。
【００３５】
例示された好ましい実施形態では、駆動手段１２の上流に、制御ユニットの形態を有する動作モード手段１８が接続され、この手段１８は、典型的にはハードウエア部品またはソフトウエア部品である。本発明における動作モード手段１８は、駆動手段１２に対する駆動挙動に、算出または予め設定した動作パラメータ（ここでは、ポンプ圧Ｐ）の所定しきい値２４を送出し、動作パラメータの各ユニット固有の目標値（設定値）２２（ここでは目標圧力Ｐset）を考慮する。図１の方法では、これらの入力変数（作用変数）、すなわち少なくとも一つのしきい値および目標値Ｐsetが、機能ユニット２２，２４によって、適切な方法で提供される。（または、後述のように算出される）。
【００３６】
さらに、図示の実施形態では圧力センサである状態センサユニット２０が、スクリュポンプ１４の出口側で実際の圧力「Ｐact」を検出し、さらなる駆動中に動作モード手段１８にその検出圧力「Ｐact」を供給する。
【００３７】
図２の時間対圧力のグラフおよび図３のフローチャートを参照して、以下に、図１に示した装置の動作を説明する。
【００３８】
例として、本出願人である、ラドルフツェルのアルバイラーによって製造された、タイプＥＭＴＥＣ２０Ｒ３８のスクリュポンプが。7.5kWの定格で、単一スクリュの工作機械１６に作用する例を想定する。ここで、工作機械１６は、孔あけ機として構成され、合計３つの異なったドリル工具で稼動される。この３つのドリル工具に対して、ポンプ１４によって移送される冷却液／潤滑液は、それぞれ異なった流量が要求される。これら流量は、5l/分（リットル毎分）〜35l/分と仮定される。いずれの工具に対しても、ポンプ出口およびユニット入口における動作圧力は、80barと仮定される。
【００３９】
図２において、ステップＳ１０は装置を起動する前のアイドル状態である。手動または自動で始動され、ステップ１２に続く。
【００４０】
図２と図３から明らかな通り、本発明では、動作モード手段１８による適切な駆動または設定によってお互いに分離して境界付けられた複数の動作フェーズで、ポンプモータが動作される。図１から図３の例示的な実施形態によれば、まず、時刻ｔ0の運転開始のステップの後、周波数変換器１２により最大の電気駆動パワーでスクリュポンプが駆動される。これは、図３に示す決定ステップＥ１で直接行われ、差圧Ｐdiff（目標圧力「Ｐset」と検出された実際の圧力「Ｐact」との差分であり、ここで目標圧力は80barである）が、動作パラメータ目標値（Ｐset）未満でその80％よりも大きいことが調べられる。定量的には、例示の実施形態では、80％しきい値で（80barのＰsetでは、Ｐ２=16bar）の下限しきい値が達成されることを意味する。これにより、最初のスタートアップモードに対応する図３のステップＳ１４の「スタート」の作動状態に分岐する。このステップＳ１４では、フルパワーで駆動される。
【００４１】
図２から明らかなように、時間ｔ1でポンプの実際の圧力が16barの下限しきい値に達する。図示の例示の実施形態では、約80msec後に達する。これで第１のフェーズが終了し、動作モード手段は、ポンプモータまたは上流で接続されたインバータに対して、他の駆動モードを適用する。これは図３のフローチャートで以下のように具体的に示される。下限しきい値Ｐ２の16bar（これは、目標圧力値に対して80％未満の差圧に対応する）を超えると、判定ステップＥ２の右側への分岐が起こる。好ましい実施形態において、これによりステップ１６において、図２の時刻ｔ１とｔ２の間で第２の動作フェーズにおける制御モードのパラメータ化が行われる（これは、下限しきい値16barと、Ｐsetの95％に相当する上限しきい値76barとの圧力範囲に対応する）。具体的には、ＰＩ制御動作がここで実行される。時刻ｔ１の後に、まず動作モード手段１８によって圧力カーブ（図２）の勾配として、時間間隔当たりの圧力差が計算され、この勾配に応じて、システムは増幅値およびｔ１とｔ２の時間区間におけるＰＩ制御挙動の積分時間を確定して指定する。これにより、次にステップ１８においてシステムはこのパラメータ化（パラメータ指定）とＰＩ制御機能によって動作される。
【００４２】
さらに、図３のループで示されるフィードバックにより、時間ｔ１とｔ2の間で連続したパラメータ化（Ｓ１６）が行われる。すなわち、圧力カーブの現時点での増加を繰り返して測定し、それに基づいて閉ループ制御のＰ値およびＩ値の設定を行う。図２の具体的な例示の実施形態では、例えばカーブ特性では時間ｔ１直後のパラメータ化（Ｓ１６）を伴い、積分時間5msecで典型的な増幅値8になる（例えば、増幅値Ｖ=1で積分時間I=2msecでの駆動で、ｔ0からｔ1のフェーズにおいて最大駆動と比べた場合）。
【００４３】
図２に示す方法により、76barの上限しきい値Ｐ１に達するまで、圧力は上昇する。この上限しきい値は、Ｐsetの95％に設定されている。このしきい値に時刻ｔ２で到達する。この例示の実施形態では、時刻ｔ２は時刻ｔ０から300msecである。この時点で、再び動作モード手段の動作開ループ制御および閉ループ制御の挙動が変化し、明確に判定を行う判定ステップＥ３（図３）に従って、システムはステップ２０において、いわゆる最終閉ループ制御動作を実行する。この最終閉ループ制御動作は、一般に前の動作フェーズの閉ループ動作に比べて、増幅値は小さく、かつ／または、ＰＩパラメータ化の積分時間が長い。言い換えれば、上限しきい値から出発して、目標値Ｐsetに向かって単調（均一）に増加していく。本発明の有利な点は、時間ｔ２とｔ3の間の時間区間において、圧力は目的値Ｐset（80bar）にゆっくり近づくため、有害なオーバーシュートを引き起こさない。むしろ、Ｓ２０で実行される最終制御動作はある動作状態を構成し、この動作状態を用いて、目標値に、時刻ｔ２から最適化した時間で下側から近づけられる。これにより、静的な動作においてもこれら閉ループ制御パラメータ（例えば増幅値＝3、積分時間＝10msec）を用いて、静的なポンプ動作を実行できる。
【００４４】
例えば予期しない負荷がシステムに加わったような場合や、下流に接続された工具の遮断または破損によって、現在のポンプ圧力が目標値を超えた動作状態が生じる可能性がある。このような上方へのぶれを最終制御動作（ステップＳ２０）によって解決することは原理的には可能かもしれないが、望ましくない長時間を要する。これに対し、図３の決定ステップＥ３（選択肢“No”）の後に示すように、このような場合、代表的な例では圧力目標値を5％超えた（つまり、実際の圧力＞目標値Ｐの105％）場合、ｔ1とｔ2の間の時間間隔での急峻な変化に対応して、再度、ステップＳ１６またはＳ１８の作動の急速なパラメータ化に切りかわる。最終閉ループ制御動作の許容しきい値（ここでは5％）に到達すると、それに伴いすぐに動作が継続する。
【００４５】
さらに、図３のフローチャートは、ステップＥ３において、所定のアラーム条件が検知された場合の、アラーム手順（ステップＳ２２またはＳ２４）の導入を示す。例えばこの条件は、所定の圧力状態でもよく、その他の入力変数（例えば臨界温度を超える）であってもよい。
【００４６】
特に図４の曲線特性と比較すると、種々の駆動モードにより、また、試運転状態および始動状態におけるポンプモータの動作フェーズにより、本発明の有利な効果が明らかになる。図４は、システム負荷が異なる種々の工具に対して、同じポンプシステム設定をＰＩ制御した場合の動作制御装置の動作挙動を示す。例えば、先ず、カーブ４０の穴あけ工具（ドリル工具）は、必要流量が小さく（5l/分）でシステムのオーバーシュートを顕著に生じさせるが、それに比べてカーブ４２（流量35l/分）の大きい工具の必要流量は大きく、初期期間が長くなり、500msecの要件を明らかに超える。唯一、カーブ４４（流量15/分）の中間の工具は、Ｐsetにわずかのオーバーシュートのみで近づき、ほぼ図２のカーブ形状になる。このようにして、本発明の範囲内で、有利に、全ての必要な工具に、それぞれの必要流量に関係なく、図２のような短いカーブ形状が可能になり、すなわち上限しきい値以下の動作フェーズの領域で、特に方法ステップＳ１８のｔ１とｔ２間の上昇区間中のパラメータ化により（それぞれの実際の作動状況に適応したパラメータ化により）適切に調整される。
【００４７】
本発明は、２つのしきい値Ｐ２，Ｐ１（つまり、例示の実施形態のように目標値の20％と95％）の設定に限られるのものではなく、むしろ、さらに本発明の範囲内で、これらの値の一方または両方をこれと異なった値に設定もしくは選択することも可能である。また、本発明は、１つのしきい値のみ（好ましくは上限しきい値Ｐ１）、または任意の数のしきい値（適切ならば、一貫した機能的な状況（連続的な関数）で記述される）を設けること、および、記載したように適応的にパラメータ化された作動を、圧力特性の１回もしくは繰返しの勾配測定値に応じて、上限しきい値になるまで設定もしくは適合させることを含む。
【００４８】
さらに本発明の範囲内で、例としてここで選ばれた動作パラメータとして圧力のずれによるのではなく、他の運転パラメータ、例えばポンプモータの回転数を用いてもよい。（ここでは、同様の方法によって、別の割合で、上限しきい値および適切ならば下限しきい値が設定され、判定されて確認される）。
【００４９】
その結果、本発明により、極めて効率的な方法で、スクリュポンプの試運転（始動）の迅速かつ動的な挙動が実現され、同時に、器具およびハードウエアの必要な動力消費を最小限にできる。好ましい実現形態によれば、例えば図１で模式的に示したシステムは、従来技術で公知のスクリュポンプ装置の下流に接続された圧力調整弁を使用せずに動作できる。これにより、エネルギー効率の優れた動作となる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  動作制御装置
１２  駆動手段  
１４  容積式ポンプ  
１６  工作機械  
１８  動作モード手段  
２０  状態センサ  
【図１】
2013519815.tif 000003
【図２】
2013519815.tif 000004
【図３】
2013519815.tif 000005
【図４】
2013519815.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月30日(2012.11.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプモータを有する容積式ポンプ（１４）の動作制御装置であって、
ポンプモータの駆動手段（１２）と、
前記容積式ポンプの現在の動作パラメータを検出する状態センサ手段（２０）と、
前記駆動手段の上流に位置し、前記容積式ポンプの動作モードを選択するように設けられた動作モード手段（１８）とを備え、
第１の動作パラメータしきい値（Ｐ１）未満では、動作パラメータ目標値（Ｐset）に向かって常に増加するポンプ圧力を発生させる第１の駆動モードを前記ポンプモータに前記駆動手段が設定するように、前記動作モード手段は構成され、前記ポンプ圧力は、可変で、かつ、ポンプ圧力の増加挙動の時は所定の期間内における前記動作パラメータの検出した変化に依存し、
前記第１の動作パラメータしきい値以上では、前記動作パラメータ目標値に動作が制御されるように、前記第１の駆動モードとは異なる第２の駆動モードを前記駆動手段が設定するように、前記動作モード手段はさらに構成され、
前記第１の動作パラメータしきい値（Ｐ１）は、前記動作パラメータ目標値未満のある値および／またはこのある値に関連付けられたポンプパラメータとして、決定または計算されている、動作制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記動作パラメータ目標値未満の別のある値であって、前記第１の動作パラメータしきい値（Ｐ１）よりも小さい第２の動作パラメータしきい値（Ｐ２）に到達後に、前記動作パラメータの変化が検出され決定されるように、前記動作モード手段が構成される、動作制御装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記動作パラメータの変化が複数回検出され決定されて、そのたびに、前記第１の駆動モードに影響を与える、動作制御装置。
【請求項４】
請求項２または３において、前記第２の動作パラメータしきい値（Ｐ２）未満では、前記ポンプモータの駆動は、最大駆動パワーおよび／または最速の上昇挙動で前記駆動手段によって行われるように、前記動作モード手段が構成される、動作制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項において、前記第１の駆動モードは、その制御増幅が前記第２の駆動モードにおける制御された動作の制御増幅よりも大きい制御動作を含み、前記制御された動作はＰＩ制御挙動を含むように、前記動作モード手段が構成される、動作制御装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項において、前記状態センサ手段は、前記動作パラメータとして前記動作圧力を検出する圧力センサ（２０）である、動作制御装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一項において、ポンプおよび／またはポンプモータのパラメータから、前記動作パラメータとして動作圧力を決定するように、前記状態センサ手段が構成され、前記ポンプおよび／またはポンプモータのパラメータは、容積式ポンプにおける、モータ電圧、モータ電流、モータ回転速度、回転加速度および／またはポンプ定数から選択される、動作制御装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項において、前記動作パラメータとして前記容積式ポンプの現在の移送量を検出するように、前記状態センサ手段が構成される、動作制御装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項において、前記第１の動作パラメータしきい値（Ｐ１）についての前記動作パラメータ目標値未満の前記ある値が、前記動作パラメータ目標値（Ｐset）の90％から98％の範囲内である、動作制御装置。
【請求項１０】
請求項２から９のいずれか一項において、前記第２の動作パラメータしきい値（Ｐ２）についての前記動作パラメータ目標値未満の前記別のある値が、前記動作パラメータ目標値の15％から25％の範囲内である、動作制御装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項において、さらに、
前記動作パラメータ目標値を超えたことを検出する手段を備え、
前記動作パラメータが所定の許容差だけ前記動作パラメータ目標値を超えると、前記動作モード手段は、前記第２の駆動モードとは異なるポンプモータ駆動モードを前記ポンプモータに設定する、動作制御装置。
【請求項１２】
容積式ポンプと、
前記容積式ポンプの吐出側に設けられたパワーユニット（１６）と、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の動作制御装置とを備えた、ポンプシステム。
【請求項１３】
請求項１２において、前記容積式ポンプに圧力調整弁が設けられていない、ポンプシステム。
【請求項１４】
請求項１２または１３において、前記パワーユニットは工作機械（１６）であり、この工作機械（１６）には、前記容積式ポンプによって冷却液と潤滑液のいずれか一方または両方が供給される、ポンプシステム。
【請求項１５】
請求項１２から１４のいずれか一項において、前記容積式ポンプがスクリュポンプとして構成される、ポンプシステム。
【請求項１６】
請求項１２から１５のいずれか一項において、前記容積式ポンプは、3000/分以上の動作回転速度に調整されて動作される、ポンプシステム。
【請求項１７】
請求項１２から１６のいずれか一項において、前記ポンプモータの電源投入から500m秒以下で前記動作パラメータ目標値に到達するように、前記動作制御装置の前記動作モード手段が前記第１の駆動モードを設定する、ポンプシステム。
【請求項１８】
請求項１２から１７のいずれか一項に記載のポンプシステムを動作させる方法であって、
前記ポンプシステムは、前記動作制御装置によって前記容積式ポンプを駆動することにより動作され、
前記ポンプモータを起動する工程と、
所定の期間当たりのポンプ動作パラメータの変化を検出する工程と、
前記第１の駆動モードで前記ポンプモータを動作させる工程であって、前記第１の駆動モードは、動作パラメータの前記検出された変化に、依存しかつ影響を受けるか、または依存するかもしくは影響を受ける、工程と、
前記第１の動作パラメータしきい値に到達するかまたは超えると、前記ポンプモータを前記第２の駆動モードで動作させる工程とを備えた、ポンプシステム動作方法。
【請求項１９】
請求項１８において、第２の動作パラメータしきい値に到達するかまたは超えた後に、所定期間内での動作パラメータの変化を検出する前記工程が実行され、前記第２の動作パラメータしきい値は、前記第１の動作パラメータしきい値よりも小さい、ポンプシステム動作方法。
【国際調査報告】
2013519815.tif 000007
2013519815.tif 000008
2013519815.tif 000009
2013519815.tif 000010