DE102017201225A1

DE102017201225A1 - Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems mit einem ersten Schaltventil, mit einem zweiten Schaltventil und mit einem Druckfilter

Info

Publication number: DE102017201225A1
Application number: DE102017201225.0A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Steidle; Lothar Kiltz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2018-07-26

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems (1) mit einem ersten Schaltventil (3), mit einem zweiten Schaltventil (4) und mit einem Druckfilter (5) beschrieben, die stromab einer Druckmittelquelle (2) in parallel zueinander verlaufenden Hydraulikpfaden (7 bis 9) angeordnet sind. Der Hydraulikpfad (9) des zweiten Schaltventils (4) und der Hydraulikpfad (8) des Druckfilters (6) sind stromab des Schaltventils (4) und stromab des Hydraulikfilters (6) miteinander und mit einem Druckbegrenzungsventil (5) wirkverbunden. Das zweite Schaltventil (4) wird in einem die Druckmittelquelle (2) mit dem Druckbegrenzungsventil (5) verbindenden Umfang betätigt. Anhand einer daraus resultierenden Betriebszustandsänderung des Druckbegrenzungsventiles wird eine damit einhergehende Betriebszustandsänderung des ersten Schaltventiles ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems mit einem ersten Schaltventil, mit einem zweiten Schaltventil und mit einem Druckfilter gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der Praxis bekannte Hydrauliksysteme, wie hydraulische Steuergeräte, die beispielsweise für hydraulisch betätigte Kraftfahrzeuggetriebe verwendet werden, sind üblicherweise mit einem eingangsseitig angeordneten Druckfilter ausgeführt. Derartigen Druckfiltern liegt jeweils die Aufgabe zugrunde, eine Fehlfunktion einer hydraulischen Steuerung in Folge eingeschwemmter Schmutzpartikel zu vermeiden. In Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades des jeweils durch den Druckfilter geführten Hydraulikfluides setzt sich der Druckfilter mit zunehmender Betriebsdauer immer stärker zu. Ist der Druckfilter ab einer definierten Filterbeladung derart stark zugesetzt, dass ein energieeffizienter und beschädigungsfreier Betrieb des hydraulischen Systems nicht länger sichergestellt werden kann, ist der Druckfilter auszutauschen.
Ein bekanntes Hydrauliksystem einer hydraulischen Steuereinrichtung eines Getriebes umfasst neben einem Druckfilter ein erstes Schaltventil und ein zweites Schaltventil, die allesamt stromab einer Druckmittelquelle in parallel zueinander verlaufenden Hydraulikpfaden angeordnet sind. Der Hydraulikpfad des zweiten Schaltventils und der Hydraulikpfad des Druckfilters stehen stromab des Schaltventils und stromab des Hydraulikfilters bzw. Druckfilters miteinander und mit einem Druckbegrenzungsventil in Wirkverbindung. Die Druckmittelquelle wird über das erste Schaltventil bei Überschreiten einer ersten Druckschwelle des Drucks stromauf des ersten Schaltventils über das erste Schaltventil mit einem ersten Bereich und bei Überschreitung einer zweiten Druckschwelle des Drucks stromauf des ersten Schaltventils, die größer als die erste Druckschwelle ist, mit einem zweiten Bereich des Hydrauliksystems verbunden. Der Druck des ersten Bereiches und der Druck des zweiten Bereiches sind im Betrieb des Hydrauliksystems jeweils kleiner als stromauf des ersten Schaltventils, wenn die Druckmittelquelle im Bereich des ersten Schaltventils vom ersten Bereich oder vom zweiten Bereich getrennt ist.
Bei diesem Hydrauliksystem wird über das erste Schaltventil ein sogenannter Überlastschutz des Hydrauliksystems realisiert, während über die zweite Schalteinrichtung bei niedrigen Betriebstemperaturen und damit einhergehenden hohen Viskositäten des im Hydrauliksystem geförderten bzw. geführten Hydraulikfluidvolumens ein Bypass zu dem Druckfilter zuschaltbar ist, um Hydraulikkomponenten des Getriebes auch bei niedrigen Betriebstemperaturen in gewünschtem Umfang mit Hydraulikfluidvolumen versorgen zu können.
Dabei sind aus der Praxis verschiedene Vorgehensweisen bekannt, um das jeweils geeignete Wechselintervall für den Druckfilter festzulegen. So ist es beispielsweise vorgesehen, dass ein Druckfilter nach einer gewissen Anzahl an Kilometern oder Betriebsstunden bzw. nach Ablauf einer definierten Betriebsdauer seit dem letzten Wechsel des Druckfilters ausgetauscht wird, um einen energieeffizienten und beschädigungsfreien weiteren Betrieb des hydraulischen Systems sicherstellen zu können.
Dies hat jedoch bei einer zu konservativen Auslegung der Wechselvorschrift für den Druckfilter den Nachteil, dass der Druckfilter ausgetauscht wird, obwohl dies noch nicht erforderlich ist. Dann entstehen unerwünscht hohe Betriebskosten durch einen nicht erforderlichen hohen Wartungsaufwand sowie durch unnötige Stillstandszeiten eines mit dem Hydrauliksystem ausgeführten Fahrzeuges.
Werden die Wechselintervalle für einen Druckfilter zu lange vorgesehen, steigt die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des hydraulischen Systems oder ein hydraulisches System wird zumindest durch den im Bereich des Druckfilters vorliegenden hohen Druckabfall nicht mit ausreichender Effizienz betrieben.
Um unnötige Filterwechsel zu vermeiden, besteht die Möglichkeit, den Druckabfall über dem Druckfilter mittels eines Differenzdrucksensors oder mittels eines Drucksensors, der in Strömungsrichtung vor dem Druckfilter angeordnet ist, und eines weiteren Drucksensors, der in Strömungsrichtung nach dem Druckfilter vorgesehen ist, zu ermitteln. Anhand der messtechnisch ermittelten Druckdifferenz über dem Druckfilter ist wiederum der Verschmutzungsgrad eines hydraulischen Druckfilters bestimmbar.
Über diese Vorgehensweise besteht die Möglichkeit, situativ einen Wechsel des Druckfilters durchführen zu können und die laufenden Wartungskosten zu reduzieren. Im Gegensatz dazu erhöhen sich durch die zusätzlichen Sensoren und die damit korrespondierenden elektrischen Schnittstellen und/oder Anzeigeelemente die Systemkosten und die Systemkomplexität in unerwünschtem Umfang.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems mit einem ersten Schaltventil, mit einem zweiten Schaltventil und mit einem Druckfilter zur Verfügung zu stellen, mittels welchem ein energieeffizienter und beschädigungsfreier Betrieb des hydraulischen Systems auf einfache und kostengünstige Art und Weise möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems mit einem ersten Schaltventil, mit einem zweiten Schaltventil und mit einem Druckfilter, die stromab einer Druckmittelquelle in parallel zueinander verlaufenden Hydraulikpfaden angeordnet sind, wobei der Hydraulikpfad des zweiten Schaltventils und der Hydraulikpfad des Druckfilters stromab des Schaltventils und stromab des Hydraulikfilters miteinander und mit einem Druckbegrenzungsventil in Wirkverbindung stehen und die Druckmittelquelle über das erste Schaltventil bei Überschreiten einer ersten Druckschwelle des Drucks stromauf des ersten Schaltventils über das erste Schaltventil mit einem ersten Bereich und bei Überschreiten einer zweiten Druckschwelle des Drucks stromauf des ersten Schaltventils, die größer als die erste Druckschwelle ist, mit einem zweiten Bereich des Hydrauliksystems verbunden ist, ist der Druck des ersten Bereiches und der Druck des zweiten Bereiches im Betrieb des Hydrauliksystems jeweils kleiner als stromauf des ersten Schaltventils, wenn die Druckmittelquelle im Bereich des ersten Schaltventils vom ersten Bereich oder vom zweiten Bereich getrennt ist.
Erfindungsgemäß wird das zweite Schaltventil in einem die Druckmittelquelle mit dem Druckbegrenzungsventil verbindenden Umfang betätigt und anhand einer daraus resultierenden Betriebszustandsänderung des Druckbegrenzungsventiles eine damit einhergehende Betriebszustandsänderung des ersten Schaltventiles ermittelt.
Der erfindungsgemäßen Vorgehensweise liegt die Kenntnis zugrunde, dass mit zunehmender Beladung des Druckfilters bzw. mit zunehmendem Verschmutzungsgrad des Druckfilters der Druck stromauf des Druckfilters und somit auch stromauf des ersten Schaltventiles während eines Betriebes des Hydrauliksystems ansteigt, während dem von der vorzugsweise als Hydraulikpumpe ausgeführten Druckmittelquelle ein Hydraulikfluidvolumenstrom zur Verfügung gestellt wird. Der mit dem Verschmutzungsgrad des Druckfilters einhergehende Druckanstieg stromauf des Druckfilters und auch des ersten Schaltventiles bewirkt bei gleichzeitig geschlossenem zweiten Schaltventil bei einem Überschreiten der ersten Druckschwelle, dass das erste Schaltventil die Verbindung zwischen der Druckmittelquelle und dem ersten Bereich des Hydrauliksystems öffnet und ein Teil des von der Druckmittelquelle zur Verfügung gestellten Hydraulikfluidvolumenstromes über das erste Schaltventil in Richtung des ersten Bereiches abströmt, womit der Druck stromauf des Druckfilters auf einen definierten Druckwert eingestellt wird, der in etwa der ersten Druckschwelle entspricht.
Mit weiter zunehmendem Verschmutzungsgrad des Druckfilters steigt wiederum der Druck stromauf des Druckfilters und auch des ersten Schaltventiles bei gleichzeitig geschlossenem zweitem Schaltventil an. Überschreitet der Druck stromauf des Druckfilters die zweite Druckschwelle, gibt das erste Schaltventil die Verbindung zwischen der Druckmittelquelle und dem zweiten Bereich des Hydrauliksystems frei, in dessen Bereich bei in mit der Druckmittelquelle wirkverbundenem Zustand sich ein geringerer Gegendruck einstellt als im ersten Bereich, womit wiederum eine gewünschte Druckentlastung im Bereich stromauf des Druckfilters erreicht wird. Die Druckentlastung resultiert wiederum daraus, dass ein Teil des von der Druckmittelquelle zur Verfügung gestellten Hydraulikfluidvolumenstromes über das erste Schaltventil in Richtung des zweiten Bereiches des Hydrauliksystems abströmt.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, über die das zweite Schaltventil derart betätigt wird, dass das zweite Schaltventil die Druckmittelquelle mit dem Druckbegrenzungsventil verbindet, wird wiederum ein Teil des von der Druckmittelquelle zur Verfügung gestellten Hydraulikfluidvolumenstromes am Druckfilter vorbei in Richtung des Druckbegrenzungsventils geführt. Durch das Öffnen des zweiten Schaltventiles sinkt der Druck stromauf des Druckfilters schlagartig auf ein Druckniveau ab, zu dem das erste Schaltventil in einem die Druckmittelquelle vom ersten Bereich und vom zweiten Bereich trennenden Betriebszustand gehalten wird oder in einen solchen Betriebszustand überführt wird.
Für den Fall, dass das erste Schaltventil durch das Öffnen des zweiten Schaltventils in aus seinem die Druckmittelquelle mit dem ersten Bereich oder mit dem zweiten Bereich des Hydrauliksystems verbindenden Betriebszustand in seinen die Druckmittelquelle vom ersten Bereich oder vom zweiten Bereich trennenden Betriebszustand überführt wird, steigt der über das zweite Schaltventil in Richtung des Druckbegrenzungsventils geführte Hydraulikfluidvolumenstrom auf einen Wert an, der im Verlauf des im Bereich des Druckbegrenzungsventils eingestellten Druckes zumindest kurzzeitig eine charakteristische Änderung bewirkt, die einen Rückschluss auf eine Betriebszustandsänderung des Druckbegrenzungsventiles und somit des ersten Schaltventiles ermöglicht. Anhand einer solchen Betriebszustandsänderung ist wiederum auf eine aktuelle Beladung bzw. einen aktuellen Verschmutzungsgrad des Druckfilters schließbar, ohne hierfür einen Differenzdrucksensor bzw. einen Drucksensor stromauf des Hydraulikfilters und einen Drucksensor stromab des Hydraulikfilters zu benötigen.
Bei einer einfach durchführbaren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Betriebszustandsänderung des Druckbegrenzungsventils anhand eines Verlaufes eines im Bereich des Druckbegrenzungsventils eingestellten Druckes bestimmt, wenn das Hydrauliksystem bereits im dafür erforderlichen Umfang ausgeführt ist.
Wird der im Bereich des Druckbegrenzungsventiles eingestellte Druck messtechnisch über einen bereits vorhandenen Drucksensor bestimmt, ist das Verfahren ebenfalls mit geringem Aufwand durchführbar.
Die Betriebszustandsänderung des Druckbegrenzungsventils wird bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Verlaufes eines Betätigungsstromes einer dem Druckbegrenzungsventil zugeordneten elektromagnetischen Betätigungseinrichtung ermittelt, über die der Druckwert jeweils variierbar ist, auf den der Druck im Bereich des Druckbegrenzungsventils zu begrenzen ist. Damit ist ein Verschmutzungsgrad des Druckfilters ohne jede direkte sensorische Druckmessung auf kostengünstige Art und Weise bestimmbar.
Die Betriebszustandsänderung des Druckbegrenzungsventiles ist mit hoher Genauigkeit bei gleichzeitig geringem Aufwand ermittelbar, wenn die Betätigung des zweiten Schaltventils ausgehend von einem wenigstens annähernd konstanten Betriebszustand des Druckbegrenzungsventiles erfolgt.
Das zweite Schaltventil wird bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens oberhalb eines ersten Schwellwertes und/oder unterhalb eines zweiten Schwellwertes einer Betriebstemperatur des Hydraulikfluides betätigt, um temperaturbedingte Einflüsse bei der Bestimmung eines Verschmutzungsgrades des Druckfilters auf ein Minimum zu reduzieren.
Wird das zweite Schaltventil mehrfach, insbesondere zyklisch, betätigt, ist ein Verschmutzungsgrad des Druckfilters ohne zusätzlichen Steuer- und Regelaufwand kontinuierlich über der Lebensdauer ermittelbar.
Um Fehlbestimmungen des Verschmutzungsgrades des Hydraulikfilters zu vermeiden, werden die jeweils ermittelten Betriebszustandsänderungen des ersten Schaltventils bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Plausibilisierung einander gegenübergestellt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein mittlerer Verschmutzungsgrad des Druckfilters ermittelt, wenn aufgrund der Betätigung des zweiten Schaltventils eine Betriebszustandsänderung des als 3/3-Wegeventil ausgeführten ersten Schaltventils von einer zweiten Schaltstellung, in der die Druckmittelquelle über das erste Schaltventil mit dem ersten Bereich in Verbindung steht, in Richtung einer ersten Schaltstellung erkannt wird, in der die Druckmittelquelle im Bereich des ersten Schaltventils sowohl vom ersten Bereich als auch vom zweiten Bereich getrennt ist.
Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass ein hoher Verschmutzungsgrad des Druckfilters ermittelt wird, wenn aufgrund der Betätigung des zweiten Schaltventils eine Betriebszustandsänderung des ersten Schaltventils von einer dritten Schaltstellung, in der die Druckmittelquelle über das erste Schaltventil mit dem zweiten Bereich in Verbindung steht, in Richtung der ersten Schaltstellung bestimmt wird.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die im nachfolgenden Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gegenstandes angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Teil eines Hydraulikschemas eines Hydrauliksystems eines nicht näher dargestellten Fahrzeuggetriebes.
In der Figur ist ein Teil eines Hydrauliksystems 1 dargestellt, das eine als Hydraulikpumpe ausgeführte Druckmittelquelle 2, ein erstes Schaltventil 3, ein zweites Schaltventil 4, einen Druckfilter 6 sowie ein als Druckbegrenzungsventil ausgeführtes sogenanntes Systemdruckventil 5 umfasst. Das erste Schaltventil 3, der Druckfilter 6 und das zweite Schaltventil 4 sind stromab der Druckmittelquelle 2 in parallel zueinander verlaufenden Hydraulikpfaden 7 bis 9 angeordnet, wobei die Hydraulikpfade 8 und 9 stromab des Druckfilters 6 und des zweiten Schaltventils 4 miteinander verbunden sind.
Stromab des ersten Schaltventils 3 sind ein erster Bereich 10 und einer zweiter Bereich 11 des Hydrauliksystems 1 vorgesehen, wobei der erste Bereich 10 über eine Drosseleinrichtung 12 mit dem zweiten Bereich 11 in Wirkverbindung steht.
Zusätzlich ist stromab der Druckmittelquelle 2 und stromauf der Schaltventile 3 und 4 sowie des Druckfilters 6 ein Volumenstrommessgerät 16 vorgesehen, in dessen Bereich der jeweils aktuell von der Druckmittelquelle 2 zur Verfügung gestellte Hydraulikfluidvolumenstrom ermittelbar ist.
Das zweite Schaltventil 4 ist als ein extern angesteuertes Ventil zur Umgehung des Druckfilters 6 ausgebildet und in Abhängigkeit eines jeweils eingestellten Ansteuerstromes elektromagnetisch aus der in der Figur dargestellten ersten Schaltstellung entgegen einer Federkraft einer Federeinrichtung 13 in seine zweite Schaltstellung umschiebbar, in der im Bereich des zweiten Schaltventils 4 eine Verbindung zwischen der Druckmittelquelle 2 und dem Druckbegrenzungsventil 5 hergestellt ist. In unbetätigtem Betriebszustand des zweiten Schaltventils 4 wird dieses in der in der Figur dargestellten ersten Schaltstellung gehalten, in der die Wirkverbindung zwischen der Druckmittelquelle 2 und dem Druckbegrenzungsventil 5 über das zweite Schaltventil 4 gesperrt ist.
Am ersten Schaltventil 3 greift ebenfalls eine Federkraft einer weiteren Federeinrichtung 14 an, die das Schaltventil 3 in drucklosem Betriebszustand des Hydrauliksystems 1 in der in der Figur dargestellten ersten Schaltstellung hält, in der eine Wirkverbindung zwischen der Druckmittelquelle 2 und den beiden Bereichen 10 und 11 im Bereich des ersten Schaltventils 3 gesperrt ist. Zusätzlich liegt am ersten Schaltventil 3 gleichwirkend zur Federkraft der weiteren Federeinrichtung 14 der stromab des Druckfilters 6 und des zweiten Schaltventils 4 sowie stromauf des Druckbegrenzungsventils 5 wirkende Systemdruck p_sys an, der im Bereich eines Systemdrucksensors 15 messtechnisch ermittelt wird. Zusätzlich greift am ersten Schaltventil 3 der Druck stromaufwärts des Druckfilters 6 der Federkraft der Federeinrichtung 14 entgegenwirkend an, um einen Überlastschutz des Hydrauliksystems 1 zur Verfügung stellen zu können.
Ausgehend von einem Betriebszustand des Hydrauliksystems 1, zu dem stromauf der beiden Schaltventile 3 und 4 und des Druckfilters 6 bei gleichzeitig geschlossenem zweiten Schaltventil 4 ein Versorgungsdruck vorliegt und zu dem sich stromab des Druckfilters 6 und des zweiten Schaltventils 4 ein Systemdruck p_sys über das Druckbegrenzungsventil 5 einstellt, zu dem sich das erste Schaltventil 3 wiederum in der in der Figur dargestellten ersten Schaltstellung befindet, wird der von der Druckmittelquelle 2 zur Verfügung gestellte Hydraulikfluidvolumenstrom vollständig über den Druckfilter 6 in Richtung des Druckbegrenzungsventils 5 geführt.
Mit zunehmender Betriebsdauer setzt sich der Druckfilter 6 immer stärker zu was einen ansteigenden Druckabfall über den Druckfilter 6 verursacht. Wird die Beladung des Druckfilters 6 mit aus dem über den Druckfilter 6 geförderten Hydraulikfluidvolumenstrom ausgefilterten Schmutzpartikeln derart hoch, dass der Druck stromauf des Druckfilters 6 eine auslegungsbedingte erste Druckschwelle überschreitet, wird das erste Schaltventil 3 ausgehend von der in der Figur gezeigten ersten Schaltstellung entgegen der anliegenden Federkraft der weiteren Federeinrichtung 14 und entgegen dem anliegenden Systemdruck p_sys in seine zweite Schaltstellung überführt. In der zweiten Schaltstellung steht die Druckmittelquelle 2 über das erste Schaltventil 3 mit dem ersten Bereich 10 des Hydrauliksystems 1 in Wirkverbindung. Gleichzeitig ist die Wirkverbindung zwischen der Druckmittelquelle 2 und dem zweiten Bereich 11 des Hydrauliksystems 1 im Bereich des ersten Schaltventils 3 gesperrt. Das bedeutet, dass der von der Druckmittelquelle 2 zur Verfügung gestellte Hydraulikfluidvolumenstrom im letztbeschriebenen Betriebszustand des Hydrauliksystems 1 zum einen Teil über den Druckfilter 6 in Richtung des Druckbegrenzungsventils 5 geführt wird, während der weitere Teil über das erste Schaltventil 3 in den ersten Bereich 10 eingeleitet und über die Drosseleinrichtung 12 weiter in Richtung des zweiten Bereiches 11 geführt wird, der vorliegend ein Schmierkreislauf des Getriebes ist.
Nimmt die Beladung des Druckfilters 6 über die Betriebszeit weiter zu und steigt der Druckabfall über dem Druckfilter weiter an, wird das erste Schaltventil 3 von dem stromauf des Druckfilters 6 wirkenden Versorgungsdruck in seine dritte Schaltstellung überführt, in der die Druckmittelquelle 2 über das Schaltventil 3 sowohl mit dem ersten Bereich 10 als auch mit dem zweiten Bereich 11 in Verbindung steht, womit im Vergleich zur zweiten Schaltstellung des ersten Schaltventils 3 ein höherer Anteil des von der Druckmittelquelle 2 zur Verfügung gestellten Hydraulikfluidvolumenstromes über das erste Schaltventil 3 in Richtung des Schmierkreislaufes des Getriebes geführt wird, während der andere Teil bei nach wie vor geschlossenem zweiten Schaltventil 4 über den Druckfilter 6 in Richtung des Druckbegrenzungsventils 5 abströmt.
Da das erste Schaltventil 3 ohne eine entsprechende Wegsensorik zur Ermittlung der Schaltstellung des ersten Schaltventils 3 ausgeführt ist, steht der jeweils aktuell vorliegende Betriebszustand des ersten Schaltventils 3 für die Ermittlung des Verschmutzungsgrades des Druckfilters 6 nicht zur Verfügung. Um den Verschmutzungsgrad des Druckfilters 6 dennoch in Abhängigkeit der aktuellen Schaltposition des ersten Schaltventils 3 ermitteln zu können, wird nachfolgend näher beschriebene Vorgehensweise durchgeführt.
Hierfür wird das zweite Schaltventil 4, das bei niedrigen Betriebstemperaturen des von der Druckmittelquelle 2 zur Verfügung gestellten Hydraulikfluidvolumens geöffnet wird, um eine ausreichende Versorgung des stromab des Druckbegrenzungsventiles 6 vorgesehen Bereiches des Hydrauliksystems 1 gewährleisten zu können, entgegen der Federkraft der Federeinrichtung 13 in seine zweite Schaltstellung überführt und der Hydraulikpfad 9 geöffnet. Im letztbeschriebenen Betriebszustand des zweiten Schaltventils 4 ist dann die Druckmittelquelle 2 im Bereich des zweiten Schaltventils 4 mit dem Druckbegrenzungsventil 5 verbunden. Aufgrund des Öffnens des zweiten Schaltventils 4 sinkt der Druckabfall über den Druckfilter 6 schlagartig ab. Dieser Druckabfall bewirkt wiederum, dass das erste Schaltventil 3 aus seiner zweiten Schaltstellung oder aus seiner dritten Schaltstellung in seine erste Schaltstellung von der weiteren Federeinrichtung 14 und vom anliegenden Systemdruck p_sys entgegen dem stromauf des ersten Schaltventils 3 vorliegenden Versorgungsdruck überführt wird. Der Betriebszustandswechsel des ersten Schaltventils 3 bewirkt wiederum eine schlagartige Veränderung des über das zweite Schaltventil 4 geführten Hydraulikfluidvolumenstroms, der am Druckbegrenzungsventil 5 angelegt wird.
Je nach dem, welche Schaltstellung des ersten Schaltventiles 3 vor dem Öffnen des zweiten Schaltventils 4 vorlag, wird also infolge der endlichen Schaltgeschwindigkeit des ersten Schaltventiles 3 und der daraus resultierenden plötzlichen Änderung des über das zweite Schaltventil 4 in Richtung des Druckbegrenzungsventiles 5 geführten Hydraulikfluidvolumenstromes ein bauartcharakteristischer Verlauf des Systemdrucks p_sys erzeugt, anhand dem auf einfache Art und Weise auf die Schaltstellung des ersten Schaltventils 3 vor dem Öffnen des zweiten Schaltventiles 4 geschlossen werden kann.
Nach der Auswertung des Verlaufes des Systemdrucks p_sys, der über den Systemdrucksensor 15 ermittelt wird, wird das zweite Schaltventil 4 wieder geschlossen. Damit ist über die vorbeschriebene Vorgehensweise zunächst die mit dem aktuellen Verschmutzungsgrad des Druckfilters 6 korrespondierende Schaltstellung des ersten Schaltventiles 4 ermittelbar und letztendlich der Verschmutzungsgrad des Druckfilters 6 ohne einen Druckdifferenzsensor oder einen zusätzlichen stromauf des Druckfilters 6 vorzusehenden weiteren Drucksensor bestimmbar. In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht auch die Möglichkeit, das erste Schaltventil 3 mit mehr als drei Schaltstellungen auszuführen, wobei dann eine höhere Auflösung des Druckabfalls über dem Druckfilter 6 möglich ist.
Zusätzlich besteht bei einer möglichen Anordnung eines Drucksensors stromab des ersten Schaltventiles 3 die Möglichkeit, das Signal dieses Drucksensors gegen den ermittelten Verlauf des Systemdrucks zu plausibilisieren und eventuelle Fehldetektionen des Verschmutzungsgrades des Druckfilters 6 auf einfache Art und Weise zu vermeiden.
Bei dem vorstehend näher erläuterten Ausführungsbeispiel ist das Druckbegrenzungsventil 5 mit einer definierten Ventilcharakteristik ausgeführt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, das in der Figur dargestellte Hydrauliksystem 1 mit einem Systemdruckventil 5 auszuführen, dessen Arbeitspunkt direkt oder indirekt über einen Elektromagneten variierbar ist. Derartige hydraulische Versorgungskreise mit verstellbarem Systemdruckventil 5 sind hinlänglich bekannt, um energetische Verluste eines hydraulischen Systems situativ reduzieren zu können.
Im Fall einer direkten Verstellung des Arbeitspunktes des Systemdruckventils 5 per Elektromagnet stellt das Systemdruckventil 5 ein sogenanntes elektrohydraulisches Druckbegrenzungsventil dar. Bei einer solchen Ausführung des Systemdruckventiles 5 ist das Schließelement des Druckbegrenzungsventils 5 mechanisch mit einem Anker des Elektromagneten verbunden. In Abhängigkeit des durch die Magnetspule des Elektromagneten fließenden elektrischen Stromes bewirkt der elektrische Strom eine Kraft auf das Schließelement des Systemdruckventiles 5 und ermöglicht so eine Verstellung des Arbeitspunktes des Systemdruckventiles 5 und damit insbesondere des Systemdruckes p_sys. Umgekehrt bewirken Änderungen der am Schließelement des Druckbegrenzungsventiles 5 anliegenden fluidischen Druckkräfte, beispielsweise infolge eines variierenden Systemdrucks p_sys, eine Beschleunigung des Schließelementes des Systemdruckventiles 5 und somit dessen Magnetankers, die in einer Positionsänderung des Magnetankers enden.
Wird der Arbeitspunkt des Druckbegrenzungsventils 5 über den zugeordneten Elektromagnet indirekt verstellt, ist dem Druckbegrenzungsventil 5 ein elektromagnetischer Drucksteller zugeordnet, in dessen Bereich ein am Druckbegrenzungsventil 5 anlegbarer Vorsteuerdruck elektromagnetisch eingestellt wird. Ein solches sogenanntes Vorsteuerdruckventil ist über einen Elektromagnet verstellbar und wird auch als elektromagnetisch angesteuertes Druckregelventil bezeichnet. Das Vorsteuerventil erzeugt den Vorsteuerdruck, der eine Kraft auf das Schließelement des Systemdruckventils 5 bewirkt. Durch die Verstellung des elektrischen Stroms durch die Magnetspule des Vorsteuerventils kann dann der Vorsteuerdruck verstellt und somit der Arbeitspunkt des Systemdruckventils 5, also insbesondere der Systemdruck p_sys, verändert werden. Umgekehrt führt wiederum eine Änderung der fluidischen Kräfte auf das Schließelement des Systemdruckventiles 5 zu einer Positionsänderung des Schließelementes. Die Positionsänderung des Schließelements des Druckbegrenzungsventils 5 bewirkt wiederum eine Änderung des Volumenstroms über das Vorsteuerventil und damit eine Positionsänderung des Schließelementes des Vorsteuerventils, woraus wiederum eine Positionsänderung des Magnetankers des Vorsteuerventils resultiert.
Sowohl bei einer direkten als auch bei einer indirekten elektromagnetischen Verstellung des Arbeitspunktes des Systemdruckventils 5 bewirkt somit eine Änderung des Systemdrucks p_sys eine Positionsänderung des Ankers des jeweils zugeordneten Elektromagneten.
Zur Überprüfung des Verschmutzungsgrades des Druckfilters 6 wird das zweite Schaltventil 4 im vorbeschriebenen Umfang aus seinem geschlossenen Betriebszustand in seinen geöffneten Betriebszustand überführt, woraus eine Veränderung des Systemdrucks p_sys resultiert. Der sich durch das Öffnen des zweiten Schaltventils 4 über der Betriebszeit einstellende Verlauf des Systemdrucks p_sys ist wiederum charakteristisch für die Schaltstellung des ersten Schaltventils 3 unmittelbar vor der Betätigung des zweiten Schaltventils 4, also für den Druckabfall über den Druckfilter 6 und somit für dessen Verschmutzungsgrad.
Die charakteristische Veränderung des Systemdrucks p_sys bewirkt wiederum eine charakteristische Ausgleichsbewegung des Schließelementes des Systemdruckventils 5 und somit unabhängig von einer direkten oder einer indirekten elektromagnetischen Betätigung des Systemdruckventils 5 eine mit dem Verschmutzungsgrad korrelierende charakteristische Ausgleichbewegung des Ankers des dem Systemdruckventil 5 zugeordneten Elektromagneten. Aus der transienten Ermittlung der Position des Magnetankers ist dann auf einfache Art und Weise ohne einen Drucksensor auf den aktuellen Verschmutzungsgrad des Druckfilters 6 schließbar.
Die Ermittlung der Position des Schließelements des Systemdruckventils 5 kann besonders vorteilhaft mit an sich bekannten Verfahren zur Schätzung einer Ankerposition eines Elektromagneten aus den Verläufen der elektrischen Spulenspannung und/oder des elektrischen Spulenstroms des dem Systemdruckventil 5 zugeordneten Elektromagneten erfolgen. Dies ist möglich, da die Stromaufbaudynamik eines Elektromagneten von der Ankerposition abhängt. Dementsprechend ist dann kein dedizierter Positionssensor nötig für die Ermittlung der Ankerposition und damit der Position des mit dem Anker verbundenen Schließelements des Systemdruckventils 5.
Es besteht auch die Möglichkeit, das Sensorsignal des Systemdrucksensors 15 für eine Plausibilisierung des über die Bewegung des Magnetankers des Elektromagneten ermittelten Verlaufes des Systemdruckes zu plausibilisieren.
Bezugszeichenliste

1: Hydrauliksystem
2: Druckmittelquelle, Hydraulikpumpe
3: erstes Schaltventil
4: zweites Schaltventil
5: Systemdruckventil
6: Druckfilter
7 bis 9: Hydraulikpfad
10: erster Bereich des Hydrauliksystems
11: zweiter Bereich des Hydrauliksystems
12: Drosseleinrichtung
13: Federeinrichtung
14: weitere Federeinrichtung
15: Systemdrucksensor
16: Volumenstrommessgerät
p_sys: Systemdruck

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems (1) mit einem ersten Schaltventil (3), mit einem zweiten Schaltventil (4) und mit einem Druckfilter (6), die stromab einer Druckmittelquelle (2) in parallel zueinander verlaufenden Hydraulikpfaden (7 bis 9) angeordnet sind, wobei der Hydraulikpfad (9) des zweiten Schaltventils (4) und der Hydraulikpfad (8) des Druckfilters (6) stromab des zweiten Schaltventils (4) und stromab des Druckfilters (6) miteinander und mit einem Druckbegrenzungsventil (5) in Wirkverbindung stehen und die Druckmittelquelle (2) über das erste Schaltventil (3) bei Überschreiten einer ersten Druckschwelle des Drucks stromauf des ersten Schaltventils (3) über das erste Schaltventil (3) mit einem ersten Bereich (10) und bei Überschreiten einer zweiten Druckschwelle des Drucks stromauf des ersten Schaltventils (3), die größer als die erste Druckschwelle ist, mit einem zweiten Bereich (11) des Hydrauliksystems (1) verbunden ist, und wobei der Druck des ersten Bereiches (10) und der Druck des zweiten Bereiches (11) im Betrieb des Hydrauliksystems (1) jeweils kleiner ist als stromauf des ersten Schaltventils (3), wenn die Druckmittelquelle (2) im Bereich des ersten Schaltventils (3) vom ersten Bereich (10) oder vom zweiten Bereich (11) getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltventil (4) in einem die Druckmittelquelle (2) mit dem Druckbegrenzungsventil (5) verbindenden Umfang betätigt wird und anhand einer daraus resultierenden Betriebszustandsänderung des Druckbegrenzungsventiles (5) eine damit einhergehende Betriebszustandsänderung des ersten Schaltventiles (3) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustandsänderung des Druckbegrenzungsventils (5) anhand eines Verlaufes eines im Bereich des Druckbegrenzungsventils (5) eingestellten Druckes (p_sys) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der im Bereich des Druckbegrenzungsventiles (5) eingestellte Druck (p_sys) messtechnisch bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustandsänderung des Druckbegrenzungsventils (5) anhand eines Verlaufes eines Betätigungsstromes einer dem Druckbegrenzungsventil (5) zugeordneten elektromagnetischen Betätigungseinrichtung ermittelt wird, über die der Druckwert jeweils variierbar ist, auf den der Druck (p_sys) im Bereich des Druckbegrenzungsventils (5) zu begrenzen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung des zweiten Schaltventils (4) ausgehend von einem wenigstens annähernd konstanten Betriebszustand des Druckbegrenzungsventiles (5) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltventil (4) oberhalb eines ersten Schwellwertes und/oder unterhalb eines zweiten Schwellenwerts einer Betriebstemperatur des Hydraulikfluides betätigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltventil (4) mehrfach betätigt wird, insbesondere zyklisch betätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils ermittelten Betriebszustandsänderungen des ersten Schaltventils (3) zur Plausibilisierung einander gegenübergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittlerer Verschmutzungsgrad des Druckfilters (6) ermittelt wird, wenn aufgrund der Betätigung des zweiten Schaltventils (4) eine Betriebszustandsänderung des als 3/3-Wegeventil ausgeführten ersten Schaltventils (3) von einer zweiten Schaltstellung, in der die Druckmittelquelle (2) über das erste Schaltventil (3) mit dem ersten Bereich (10) in Verbindung steht, in eine erste Schaltstellung erkannt wird, in der die Druckmittelquelle (2) im Bereich des ersten Schaltventils (3) sowohl vom ersten Bereich (10) als auch vom zweiten Bereich (11) getrennt ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein hoher Verschmutzungsgrad des Druckfilters (6) ermittelt wird, wenn aufgrund der Betätigung des zweiten Schaltventils (4) eine Betriebszustandsänderung des ersten Schaltventils (3) von einer dritten Schaltstellung, in der die Druckmittelquelle (2) über das erste Schaltventil (3) mit dem zweiten Bereich (11) in Verbindung steht, in die erste Schaltstellung bestimmt wird.