DE102012004302A1

DE102012004302A1 - Electrohydraulic system

Info

Publication number: DE102012004302A1
Application number: DE201210004302
Authority: DE
Inventors: Heinz Gerhard Essig; Steffen Reiblein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-09-05
Also published as: WO2013127648A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektrohydraulisches System, das eine in ihren Hubvolumina über null verstellbare und vier Arbeitsanschlüsse aufweisende Zweikreispumpe, die zur Verstellung ihrer Hubvolumina mit einer Stelleinrichtung ausgestattet ist, die einen Stellzylinder und ein aus einer Mittelstellung in entgegengesetzte Richtungen elektromagnetisch verstellbares Steuerventil umfasst, mit dem die Druckmittelwege zum und vom Stellzylinder steuerbar sind und das proportional zur Größe eines elektrischen Steuersignals betätigbar ist, und ein elektronisches Steuergerät zur Abgabe des Steuersignals an das Steuerventil aufweist. dadurch gekennzeichnet, dass dem elektronischen Steuergerät die elektrischen Ausgangssignale verschiedener Sensoren zugeführt werden und dass das Steuerventil vom Steuergerät gemäß der gewünschten Pumpenregelung angesteuert wird.The invention relates to an electrohydraulic system, which has a variable in their stroke volumes over zero and four working connections two-circuit pump, which is equipped to adjust their stroke volumes with an adjusting device comprising a control cylinder and a center position in opposite directions electromagnetically adjustable control valve with the the pressure medium paths are controllable to and from the actuating cylinder and which is actuated in proportion to the size of an electrical control signal, and has an electronic control device for outputting the control signal to the control valve. characterized in that the electronic control unit, the electrical output signals of various sensors are supplied and that the control valve is controlled by the control unit according to the desired pump control.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches System, das eine in ihren Hubvolumina über null verstellbare und vier Arbeitsanschlüsse aufweisende Zweikreispumpe, die zur Verstellung ihrer Hubvolumina mit einer Stelleinrichtung ausgestattet ist, die einen Stellzylinder und ein aus einer Mittelstellung in entgegengesetzte Richtungen elektromagnetisch verstellbares Steuerventil umfasst, mit dem die Druckmittelwege zum und vom Stellzylinder steuerbar sind und das proportional zur Größe eines elektrischen Steuersignals betätigbar ist, und ein elektronisches Steuergerät zur Abgabe des Steuersignals an das Steuerventil aufweist.The invention relates to an electrohydraulic system, which has a variable in their stroke volumes over zero and four working ports two-circuit pump, which is equipped to adjust their stroke volumes with an adjusting device comprising a control cylinder and a center position in opposite directions electromagnetically adjustable control valve with the the pressure medium paths are controllable to and from the actuating cylinder and which is actuated in proportion to the size of an electrical control signal, and having an electronic control unit for outputting the control signal to the control valve.

Solche elektrohydraulischen Systeme werden vor allem in mobilen Arbeitsgeräten, zum Beispiel innerhalb eines hydrostatischen Fahrantriebs, eingesetzt.Such electro-hydraulic systems are mainly used in mobile work equipment, for example, within a hydrostatic drive.

Ein elektrohydraulisches System mit den oben angeführten Merkmalen ist zum Beispiel aus der DE 103 58 728 B4 bekannt. Die hier gezeigte Zweikreispumpe ist in Schrägscheibenbauweise ausgeführt und hat eine einzige, verstellbare Schrägscheibe, an der sich die in Kolbenbohrungen einer Zylindertrommel beweglichen Verdrängerkolben gleich Hübe ausführenden abstützen. Eine Steuerplatte hat insgesamt vier nierenförmigen Steueröffnungen, wobei zwei äußere Steueröffnungen einem ersten hydraulischen Kreislauf und zwei innere Steueröffnungen einem zweiten hydraulischen Kreislauf zugeordnet sind. Im Betrieb wird jede zweite Kolbenbohrungen abwechselnd mit den äußeren oder den inneren Steueröffnungen verbunden.An electro-hydraulic system with the above-mentioned features is for example from the DE 103 58 728 B4 known. The two-circuit pump shown here is designed in a swash plate design and has a single, adjustable swash plate, at which the displaceable piston bores in a cylinder drum displacer support the same strokes. A control plate has a total of four kidney-shaped control openings, wherein two outer control openings are assigned to a first hydraulic circuit and two inner control openings to a second hydraulic circuit. In operation, every other piston bore is alternately connected to the outer or inner control ports.

Bei einer aus der DE 37 23 988 A1 bekannten Zweikreispumpe sind die Verdrängerkolben als Stufenkolben ausgebildet und fördern mit einer zentralen Kreisfläche in einen ersten hydraulischen Krems und mit ihrer Ringfläche in einen zweiten hydraulischen Kreis.At one of the DE 37 23 988 A1 known two-circuit pump, the displacement piston are designed as stepped pistons and promote with a central circular area in a first hydraulic Krems and with its annular surface in a second hydraulic circuit.

Bei einer Einkreispumpe ist eine Druckabschneidung, wie sie zum Beispiel aus der DE 10 2004 062 388 B4 bekannt ist verhältnismäßig einfach möglich. Dort geschieht das auf hydraulischem Wege, wobei ein Druckabschneidventil zwischen einer im Steuerölversorgungspfad von einer Speisepumpe zu einem Versorgungseingang des Steuerventil eines Stellzylinders angeordneten Düse und dem Steuerventil an den Steuerölversorgungspfad angeschlossen ist. Das Druckabschneidventil kann einen Durchflussquerschnitt vom Steuerölversorgungspfad zu einem Tank öffnen. Es wird in Schließrichtung von einer Feder und in Öffnungsrichtung vom jeweils höheren Druck in einer der beiden Arbeitsleitungszweige eines geschlossenen hydraulischen Kreislaufs beaufschlagt. Wird in einem der Arbeitsleitungszweige der Grenzdruck erreicht, so öffnet das Druckabschneidventil einen Durchflussquerschnitt zum Tank. Der Versorgungsdruck für das Steuerventil sinkt dann unter den Speisedruck. Dies führt zu einem Zurückschwenken der Pumpe und zu einer Druckbegrenzung in den Arbeitsleitungszweigen.In a single-circuit pump is a pressure cut, as for example from the DE 10 2004 062 388 B4 It is relatively easy to know. There, this is done hydraulically, wherein a pressure cutoff valve is connected between a nozzle located in the control oil supply path from a feed pump to a supply input of the control valve of an actuating cylinder and the control valve to the control oil supply path. The pressure cut valve may open a flow area from the control oil supply path to a tank. It is acted upon in the closing direction by a spring and in the opening direction of the respective higher pressure in one of the two working line branches of a closed hydraulic circuit. If the limit pressure is reached in one of the working line branches, then the pressure cutoff valve opens a flow cross section to the tank. The supply pressure for the control valve then drops below the feed pressure. This leads to a pivoting back of the pump and to a pressure limit in the working line branches.

Bei verstellbaren Zweikreispumpen ist eine Druckabschneidung auf rein hydraulischem Wege sehr aufwändig.With adjustable two-circuit pumps, pressure cut-off by purely hydraulic means is very complex.

Ähnlich ist es im Hinblick auf eine Leistungsregelung. Bei einer Einkreispumpe können aus dem Volumenstrom und dem Druck problemlos Drehmoment und unter Hinzunahme der Drehzahl die Leistung berechnet werden.It is similar in terms of power regulation. With a single-circuit pump, torque and speed can be easily calculated from the flow and pressure.

Bei einer aus der DE 103 58 728 B4 bekannten Zweikreispumpe sind die Volumenströme in den beiden hydraulischen Kreisen zwar immer gleich groß, da die beiden Hubvolumina durch den Schwenkwinkel der Schrägscheibe bestimmt werden. Die Drücke in den beiden Kreisen können jedoch je nach Lastzustand der einzelnen Kreise unterschiedlich groß sein.At one of the DE 103 58 728 B4 Although known two-circuit pump, the flow rates in the two hydraulic circuits are always the same size, since the two stroke volumes are determined by the tilt angle of the swash plate. However, the pressures in the two circles can be different depending on the load condition of the individual circuits.

Der Erfindung liegt die Zielsetzung zugrunde, ein elektrohydraulisches System, das die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist, so zu gestalten, dass mit geringem Aufwand eine Regelung der Zweikreispumpe möglich ist.The invention has for its object to make an electro-hydraulic system having the features of the preamble of claim 1, so that with little effort a control of the two-circuit pump is possible.

Dieses Ziel wird durch ein elektrohydraulisches System erreicht, das die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist und bei dem dem elektronischen Steuergerät die elektrischen Ausgangssignale verschiedener Sensoren zugeführt werden und das Steuerventil vom Steuergerät gemäß der gewünschten Pumpenregelung angesteuert wird. Gemäß der Erfindung werden also verschiedene Betriebsparameter der Zweikreispumpe durch elektrische Sensoren erfasst und im Steuergerät verarbeitet. Dieses erzeugt dann entsprechende Steuersignale für das Steuerventil.This object is achieved by an electro-hydraulic system having the features of the preamble of claim 1 and in which the electronic control unit, the electrical output signals of various sensors are supplied and the control valve is controlled by the control unit according to the desired pump control. According to the invention, therefore, different operating parameters of the two-circuit pump are detected by electrical sensors and processed in the control unit. This then generates corresponding control signals for the control valve.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Systems kann man den Unteransprüchen entnehmen.Advantageous embodiments of an electro-hydraulic system according to the invention can be found in the dependent claims.

So können dem elektronischen Steuergerät die den hydraulischen Drücken in den Arbeitsanschlüssen entsprechenden elektrischen Ausgangssignale von mehreren Drucksensoren zugeführt werden. Das Steuerventil kann dann vom Steuergerät derart angesteuert werden, dass der jeweilige Druck in den Arbeitsanschlüssen einen für den jeweiligen Arbeitsanschluss vorgegebenen maximalen Wert nicht übersteigt. Bisher werden Zweikreispumpen nur über Druckbegrenzungsventile vor zu hohem Druck geschützt. Durch eine Druckabschneidung nach oben beschriebener Art kann die Ansprechzahl von Druckbegrenzungsventilen verringert und damit die Verlustleistung minimiert werden. Natürlich muss das Steuergerät mit ausreichender Rechnerleistung bestückt sein, um die Druckregelung/Druckbegrenzung gewährleisten zu können.Thus, the electronic control unit, the electrical outputs corresponding to the hydraulic pressures in the working ports of several pressure sensors can be supplied. The control valve can then be controlled by the control unit such that the respective pressure in the working connections does not exceed a maximum value predetermined for the respective working connection. So far, two-circuit pumps are only over pressure relief valves before too high Pressure protected. By a pressure cut-off of the type described above, the response of pressure relief valves can be reduced and thus the power loss can be minimized. Of course, the controller must be equipped with sufficient computing power to ensure the pressure control / pressure limitation can.

Es können auch von dem elektronischen Steuergerät aus den erfassten Drücken und aus dem Verstellwinkel und der Drehzahl der Zweikreispumpe die Einzelleistungen der beiden hydraulischen Kreise und die Gesamtleistung beider hydraulischer Kreise ermittelt werden. Bei Überschreitung der zur Verfügung stehenden oder einer vorgegebenen Leistung wird die Größe des Steuersignals an das Steuerventil verringert.It can also be determined from the electronic control unit from the detected pressures and from the adjustment angle and the speed of the two-circuit pump, the individual performances of the two hydraulic circuits and the total power of both hydraulic circuits. Exceeding the available or a predetermined power, the size of the control signal is reduced to the control valve.

Es kann der Druck in jedem hydraulischen Kreis gemessen werden. Daraus kann die Leistung jedes hydraulischen Kreises errechnet werden. Aus den Einzelleistungen ergibt sich anschließend die Gesamtleistung. Dabei wird vorteilhafterweise über den Schwenkwinkel ein Hubvolumen erfasst. Aus dem Druck und dem Hubvolumen errechnet sich das jeweilige Einzeldrehmoment und das Gesamtdrehmoment. Zusammen mit der Drehzahl ergeben sich die Einzelleistungen und die Gesamtleistung. Mit den genannten Information lässt sich durch Veränderung des Pumpenschwenkwinkels die Hydraulikleistung begrenzen. Diese kann an die Kennlinie der Brennkraftmaschine, mit der mobile Arbeitsgeräte üblicherweise ausgestattet sind, angepasst werden. Die Bedeutung dieser Funktion der Leistungsregelung dürfte die bereits beschriebene Möglichkeit der Druckabschneidung noch übersteigen.The pressure in each hydraulic circuit can be measured. From this, the power of each hydraulic circuit can be calculated. From the individual services then results in the overall performance. In this case, a stroke volume is advantageously detected via the pivot angle. From the pressure and the stroke volume, the respective individual torque and the total torque are calculated. Together with the speed, the individual performances and the total output result. With the above information can be limited by changing the pump swivel angle, the hydraulic power. This can be adapted to the characteristic curve of the internal combustion engine, with which mobile tools are usually equipped. The importance of this power control function is likely to exceed the already described possibility of pressure reduction.

Die ermittelten Messwerte werden mit dem vom Fahrer vorgegebenen Sollwert (indirekt via Fahrpedalstellung etc. vorgegeben) verglichen. Unter Beachtung weiterer Randbedingungen, beispielsweise durch Vergleich mit Ist-Daten der Brennkraftmaschine, wird der zulässige Grenzwert ermittelt. Die Zweikreispumpe nimmt den vom Fahrer gewünschten Sollwert nur dann ein, wenn die vorliegenden Rahmen- und Systembedingungen dies zulassen. Anderenfalls wird der Pumpensollwert auf ei zulässiges Höchstmaß reduziert.The measured values determined are compared with the setpoint value specified by the driver (specified indirectly via accelerator pedal position, etc.). Taking into account further boundary conditions, for example by comparison with actual data of the internal combustion engine, the permissible limit value is determined. The two-circuit pump will only accept the desired setpoint by the driver if the current frame and system conditions permit. Otherwise, the pump setpoint is reduced to a maximum permissible value.

Man könnte den jeweils höheren Druck in den beiden Arbeitsleitungszweigen eines hydraulischen Kreislaufs mit Hilfe eines Wechselventils und eines an den Ausgang des Wechselventils angeschlossenen Drucksensors ermitteln, so dass nur zwei Drucksensoren notwendig wären. Vorteilhafterweise wird jedoch der Druck in einem ersten Arbeitsanschluss von einem ersten Drucksensor, der Druck in einem zweiten Arbeitsanschluss von einem zweiten Drucksensor, der Druck in einem dritten Arbeitsanschluss von einem dritten Drucksensor und der Druck in einem vierten Arbeitsanschluss der Zweikreispumpe von einem vierten Drucksensor erfasst. Jeder Drucksensor gibt ein dem erfassten Druck entsprechendes elektrisches Ausgangssignal an das Steuergerät ab.You could determine the respective higher pressure in the two working line branches of a hydraulic circuit using a shuttle valve and a connected to the output of the shuttle valve pressure sensor, so that only two pressure sensors would be necessary. Advantageously, however, the pressure in a first working port is detected by a first pressure sensor, the pressure in a second working port by a second pressure sensor, the pressure in a third working port by a third pressure sensor, and the pressure in a fourth working port of the two-circuit pump by a fourth pressure sensor. Each pressure sensor outputs an electrical output signal corresponding to the detected pressure to the control unit.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das elektronische Steuergerät als sogenannte On-Board-Elektronik (OBE) ausgebildet, direkt an der Zweikreispumpe angeordnet ist. Eine solche OBE ist im Zusammenhang mit einer Einkreispumpe zum Beispiel aus der DE 10 2005 037 620 A1 bekannt.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the electronic control unit is designed as so-called on-board electronics (OBE), is arranged directly on the two-circuit pump. Such an OBE is in connection with a single-circuit pump, for example from the DE 10 2005 037 620 A1 known.

Elektrohydraulische Systeme gemäß der Erfindung weisen oft auch eine Speisepumpe oder eine Ladepumpe auf. Von Speisepumpe spricht man in erster Linie im Zusammenhang mit einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf, in dem mit Hilfe der Speisepumpe ein Druck von zum Beispiel 30 bar erzeugt wird, der auf der Niederdruckseite des Kreislaufs und als Versorgungsdruck am Druckeingang des Steuerventils ansteht. von Ladepumpe spricht man eher im Zusammenhang mit einem offenen hydraulischen Kreislauf, in dem die Ladepumpe die Saugseite der Hauptpumpe auf zum Beispiel 3 bis 5 bar vorspannt. Es kann nun die Speisepumpe oder die Ladepumpe durch die OBE kontrolliert werden. Ein Ausschwenken der Zweikreispumpe wird nur zugelassen, wenn der notwendige Speisedruck beziehungsweise der notwendige Ladedruck anliegt. Die Zweikreispumpe geht also nur dann auf Sollwert, wenn der Speisedruck sauber ansteht.Electrohydraulic systems according to the invention often also have a feed pump or a charge pump. Feed pump is primarily used in connection with a closed hydraulic circuit in which, with the aid of the feed pump, a pressure of, for example, 30 bar is generated which is present on the low-pressure side of the circuit and as the supply pressure at the pressure input of the control valve. Charge pump is rather in connection with an open hydraulic circuit in which the charge pump biases the suction side of the main pump to, for example, 3 to 5 bar. Now the feed pump or the charge pump can be controlled by the OBE. Swiveling the two-circuit pump is only permitted if the necessary feed pressure or the necessary charge pressure is applied. The two-circuit pump is therefore only at setpoint when the feed pressure is clean.

Einsatzgebiete für die Erfindung sind Gabelstapler, Kommunalfahrzeuge, Mobilbagger, Kettenfahrzeug, Dumper und ähnliche.Areas of application for the invention are forklifts, municipal vehicles, wheeled excavators, tracked vehicles, dumpers and the like.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10358728 B4 [0003, 0008]
DE 3723988 A1 [0004]
DE 102004062388 B4 [0005]
DE 102005037620 A1 [0017]

Claims

Electrohydraulic system with a variable in their stroke volumes over zero and four working ports having two-circuit pump, which is equipped to adjust their stroke volumes with an adjusting device comprising a control cylinder and from a central position in opposite directions electromagnetically adjustable control valve with which the pressure medium paths to and from Stellzylinder are controllable, which is proportional to the size of an electrical control signal operable, and with an electronic control unit for delivering the control signal to the control valve, characterized in that the electronic control unit, the electrical output signals of various sensors are supplied and that the control valve from the control unit according to the desired Pump control is controlled.

Electrohydraulic system according to claim 1, characterized in that the electronic control unit, the hydraulic pressures in the working connections corresponding electrical output signals from a plurality of pressure sensors are supplied and that the control valve is controlled by the control unit such that the pressure in the working ports predetermined for the respective working port maximum value does not exceed.

Electrohydraulic system according to claim 1 or 2, characterized in that determined by the electronic control unit from the detected pressures and from the adjustment angle and the speed of the two-circuit pump, the individual performances of the two circuits and the total power of both circuits and exceeding the available or a predetermined Performance, the size of the control signal is reduced to the control valve.

Electrohydraulic system according to claim 3, characterized in that the adjustment angle of the two-circuit pump is detected by a Verstellwinkelsensor.

Electrohydraulic system according to any preceding claim, characterized in that the pressure in a first working port of a first pressure sensor, the pressure in a second working port of a second pressure sensor, the pressure in a third working port of a third pressure sensor and the pressure in a fourth working port is detected by a fourth pressure sensor and each pressure sensor outputs a pressure corresponding to the detected electrical output signal to the control unit.

Electrohydraulic system according to any preceding claim, characterized in that the electronic control unit is arranged as so-called on-board electronics directly to the two-circuit pump.

Electrohydraulic system according to any preceding claim, characterized in that it comprises a feed pump, that the feed pump is monitored by the electronic control unit and that the two-circuit pump only swings out when the necessary feed pressure is present.