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Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches System mit einer hydrostatischen Maschine. Diese ist in Ihrem Hubvolumen verstellbar und weist zumindest ein elektrisch ansteuerbares Verstellventil, in Abhängigkeit von dessen Bestromung das Hubvolumen veränderbar ist, und zur Erfassung eines Parameters der hydrostatischen Maschine wie Druck oder Hubvolumen einen Sensor mit einem elektronischen Speicher auf, in dem Konfigurationsdaten und/oder Identifikationsdaten und/oder Kalibrierungsdaten der hydrostatischen Maschine gespeichert sind. Das elektrohydraulische System umfasst des Weiteren ein nicht auf die hydrostatische Maschine aufgebautes, also externes elektronisches Steuergerät und eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Sensor und dem elektronischen Steuergerät
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Das elektrohydraulische System kann zum Beispiel ein hydrostatischer Fahrantrieb mit einer zusammen mit mindestens einer hydrostatischen Sekundäreinheit, die im Normalbetrieb als Hydromotor arbeitet in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf angeordneten hydrostatischen Primäreinheit, die im Normalbetrieb als Hydropumpe arbeitet und dabei von einer Primärenergiequelle wie zum Beispiel einem Verbrennungsmotor oder einem Elektromotor angetrieben wird. Im Bremsbetrieb kann die Sekundäreinheit zur Pumpe und die Primäreinheit zum Motor werden. Die Primäreinheit ist üblicherweise elektrohydraulisch von einem ersten maximalen Hubvolumen, mit dem sie in eine erste zwischen ihr und dem mindestens einen Hydromotor verlaufende Arbeitsleitung fördert, über eine Nulllage, in der ihr Hubvolumen null ist, bis zu einem zweiten maximalen Hubvolumen verstellbar, mit dem sie in eine zweite zwischen ihr und dem mindestens einen Hydromotor verlaufende Arbeitsleitung fördert.
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Das Hubvolumen der Primäreinheit kann zum Beispiel gemäß einer elektroproportionalen Regelung verstellt werden, bei der das Hubvolumen beidseits der Nulllage proportional zu der von einem Elektromagneten auf einen Regelkolben eines Verstellventils ausgeübten Kraft, also proportional zu dem durch den Elektromagneten fließenden Strom ist. Fällt die von dem Elektromagneten ausgeübte Kraft weg, so wird die Hydropumpe üblicherweise durch Federkraft in die Nulllage gebracht. Eine derartige elektroproportionale Verstellung des Hubvolumens einer hydrostatischen Maschine ist zum Beispiel aus der
DE 10 2015 201 977 A1 bekannt.
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Eine in ihrem Hubvolumen erforderlichenfalls auch über Hubvolumen null verstellbare hydrostatische Primäreinheit kann auch auf eine solche Weise angesteuert wird, dass sie lastfühlig ist. Dies bedeutet, dass bei einer bestimmten elektrischen Ansteuerung eines Verstellventils der Pumpe deren Hubvolumen vom Differenzdruck zwischen den beiden Arbeitsleitungen des geschlossenen hydraulischen Kreislaufs und der Pumpendrehzahl abhängt. Die Triebwerkskräfte wirken zusammen mit einer Federanordnung am Stellkolben oder an der Schrägscheibe einer Verstellung zu größeren Hubvolumina entgegen. Derartige Verstellungen können mit einem Druckventil und einem Wegeventil oder mit zwei Druckventilen realisiert sein und sind zum Beispiel aus der
DE 10 2015 215 013 A1 bekannt.
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Hydrostatische Maschinen unterliegen einer signifikanten Serienstreuung, die für eine elektronische Steuerung ermittelt werden muss, damit sie über das Steuersignal kompensiert werden kann. Beispielsweise wird der Schwenkwinkel einer Axialkolbenpumpe über die Bestromung eines Ventils verändert. Schwenkbeginn ist bei einem Strom Imin . Das maximale Hubvolumen wird bei einem Strom Imax erreicht. Die nötigen Stromwerte variieren von einer Pumpe zur anderen deutlich. Bisher gibt es zwei Ansätze, damit umzugehen. Im ersten Fall wird direkt auf die Pumpe ein elektronisches Steuergerät aufgeschraubt, in dem die am Komponentenprüfstand ermittelten Stromwerte gespeichert werden. Die Steuerung der Pumpe läuft dann immer über dieses eingelernte elektronische Steuergerät. Im zweiten Fall läuft erst im Fahrzeug bei der Inbetriebnahme ein Kalibrieralgorithmus ab, bei dem die Stromwerte ermittelt werden und im Fahrantriebssteuergerät abgelegt werden.
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Ist das elektronische Steuergerät auf die hydrostatische Maschine aufgebaut, so ist es allen Umwelteinflüssen wie Kälte, Wärme, Feuchtigkeit, Salz, Vibrationen ausgesetzt, wodurch das Risiko von Ausfällen höher als bei einem in der Kabine eines Fahrzeugs montierten Steuergerät ist. Das Steuergerät auf der hydrostatischen Maschine verursacht zusätzliche Kosten, da auf das Zentralsteuergerät des Fahrzeugs nicht verzichtet wird und die dargestellten Funktionen auch auf dem Zentralsteuergerät mitlaufen können.
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Eine Kalibrierung bei der Inbetriebnahme im Fahrzeug muss vom Kunden gestartet werden und dauert eine gewisse Zeit. Um den Strom für das maximale Hubvolumen zu ermitteln, muss die Pumpe dieses Volumen auch tatsächlich fördern. Die Räder des Fahrzeugs müssen sich also drehen. Dafür muss jedes Fahrzeug entweder angehoben werden oder eine längere Strecke fahren. Beides ist für den Fahrzeughersteller ungünstig.
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Die Übermittlung der Stromwerte per Mobilfunk auf das Zentralsteuergerät erfordert die entsprechende Infrastruktur, Server und sichere Kommunikationsprotokolle.
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Aus der
DE 10 2013 205 258 A1 ist eine hydrostatische Maschine mit einem Sensormodul bekannt, das einen nichtflüchtigen Speicher aufweist, um Konfigurationsdaten sowie Kalibrierungsdaten der hydrostatischen Maschine für externe Steuereinheiten zur Verfügung stellen zu können.
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Aus der
DE 10 2013 220 321 A1 ist ein Hydrauliksystem umfassend einen Elektromotor, eine von diesem antreibbare Konstantpumpe und einen Sensor mit einem Datenspeicher bekannt, wobei auf dem Datenspeicher des Sensors Konfigurationsdaten und/oder Identifikationsdaten der Pumpe auslesbar abgelegt sind. Die Daten können sich auf das Hubvolumen, auf den hydraulischen oder den mechanischen Wirkungsgrad oder auf eine Förderstromkonstante der Hydromaschine beziehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dass die Übertragung der Konfigurationsdaten und/oder Identifikationsdaten und/oder Kalibrierungsdaten von dem Speicher in das externe elektronische Steuergerät soll auf möglichst einfache Weise möglich ist. Als Sensor mit dem nichtflüchtigen Speicher wird auch ein Drucksensor angegeben.
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Dies wird dadurch erreicht, dass die Werte für den erfassten Parameter und die Daten über dieselbe Kommunikationsverbindung vom Sensor zum elektronischen Steuergerät übertragen werden. Die Daten sind insbesondere Kalibrierungsdaten in Form von Stromwerten. Bei Erstkontakt mit dem Zentralsteuergerät des Fahrzeugs werden die Stromwerte überspielt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Systems kann man den Unteransprüchen entnehmen.
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So weist der Sensor bevorzugt eine digitale Schnittstelle auf. Grundsätzlich können die Stromwerte jedoch auch in ein Analogsignal codiert werden.
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Der Sensor kann zum Beispiel ein Drucksensor mit einem elektronischen Speicher sein, wobei die Daten im elektronischen Speicher des Drucksensors abgelegt sind.
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Wenn die hydrostatische Maschine zwei Sensoren, insbesondere zwei Drucksensoren aufweist, so haben bevorzugt beide Sensoren einen elektronischen Speicher und die Daten sind in beiden elektronischen Speichern abgelegt. Dann sind die Werte also redundant abgelegt. Wenn ein Sensor auf dem Transportweg Schaden nimm, ist die Information nicht verloren.
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Bei der hydrostatischen Maschine handelt es sich insbesondere um eine solche, die in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf betrieben wird und in dem geschlossenen hydraulischen Kreislauf das überwiegend als Pumpe betriebene Primäraggregat darstellt.
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Insbesondere ist die hydrostatische Maschine eine lastfühlige Maschine, bei der bei einer bestimmten Ansteuerung des Verstellventils das Hubvolumen von Systemparametern wie Druck und Drehzahl der hydrostatischen Maschine abhängt.
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Bei einer solchen lastfühligen hydrostatischen Maschine umfassen die Kalibrierungsdaten für jede Förderrichtung des hydrostatischen Maschine bevorzugt zumindest zwei Datensätze für den Regelbeginn und für das Regelende, wobei ein Datensatz für den Regelbeginn bei einer festen niedrigen Drehzahl, einem niedrigen Druck und Hubvolumen null und ein zweiter Datensatz für den Regelbeginn bei derselben festen niedrigen Drehzahl, ebenfalls bei Hubvolumen null und einem hohen Druck erzeugt worden ist und ein Datensatz für das Regelende bei einer festen höheren Drehzahl, einem niedrigen Druck und maximalem Hubvolumen und ein zweiter Datensatz für das Regelende bei derselben festen höheren Drehzahl, ebenfalls bei maximalem Hubvolumen und einem hohen Druck erzeugt worden ist.
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Der hohe Druck für die Erzeugung der Datensätze für das Regelende ist niedriger als der hohe Druck für die Erzeugung der Datensätze für den Regelbeginn.
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Systems ist in der Zeichnung dargestellt. Anhand dieser Zeichnung wird die Erfindung nun näher erläutert. Das gezeigte elektrohydraulische System ist ein hydrostatische Fahrantrieb 10 und umfasst eine in ihrem Hubvolumen über null verstellbare hydrostatische Primäreinheit 11, die eine Verstellvorrichtung 12 aufweist, und eine ebenfalls in ihrem Hubvolumen verstellbare hydrostatische Sekundäreinheit 13, die eine Verstellvorrichtung 14 aufweist. Unter Hubvolumen wird dabei die Druckmittelmenge verstanden, die von der hydrostatischen Primäreinheit, die im normalen Betreib als Hydropumpe arbeitet, während einer einzigen Umdrehung einer Triebwelle gefördert wird beziehungsweise die von der hydrostatischen Sekundäreinheit, die im normalen Betrieb als Hydromotor arbeitet, während einer einzigen Umdrehung von dessen Triebwelle geschluckt wird. Die Hydropumpe 11 und der Hydromotor 13 sind in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf über zwei Arbeitsleitungen 15 und 16 fluidisch miteinander verbunden. Es ist allgemein bekannt, dass in einer derartigen Konstellation zum Abbremsen des Fahrzeugs auch der Hydromotor als Pumpe und die Hydropumpe als Motor arbeiten können. Die Hydropumpe ist von einer Neutralposition aus, in der das Hubvolumen null ist, nach zwei entgegengesetzte Richtungen verstellbar, so dass allein durch Verstellen der Hydropumpe über null die Fahrtrichtung des Fahrzeugs gewechselt werden kann. Üblicherweise sind die Hydropumpe und der Hydromotor Axialkolbenmaschinen. Die Hydropumpe 11 kann über eine Welle 17 von einem Dieselmotor 18 angetrieben werden. Von dem Hydromotor 13 wird eine Abtriebswelle 19 angetrieben, die in nicht näher dargestellter Weise mechanisch mit zwei Rädern des Fahrzeugs verbunden ist.
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Mit einem Drucksensor 20 wird der Druck in der Arbeitsleitung 15 erfasst. Mit einem Drucksensor 21 wird der Druck in der Arbeitsleitung 16 erfasst. Mit einem Drehzahlsensor 22 wird die Drehzahl der Abtriebswelle 19 erfasst. Die Sensoren 20 bis 22 wandeln die erfassten Größen in elektrische Signale um.
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Die beiden Drucksensoren 20 und 21 sind baulich in nicht näher dargestellter Weise der Hydropumpe 11 zugeordnet, insbesondere direkt an diese angebaut oder in diese eingebaut, und haben beide einen nichtflüchtigen internen elektronischen Speicher 23 beziehungsweise 24, in dem jeweils dieselben Kalibrierungsdaten der Hydropumpe gespeichert sind.
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Zu dem hydrostatischen Fahrantrieb 10 gehört des Weiteren ein zentrales elektronisches Steuergerät 30, das geschützt in einer Fahrzeugkabine untergebracht ist und dem die von den Sensoren 20 bis 22 erfassten Größen als elektrische Signale zugeführt werden. Das elektronische Steuergerät 30 ist für die Steuerung des hydrostatischen Getriebes ausgebildet, dessen wesentlichen Komponenten die Hydropumpe 11 und der Hydromotor 13 sind. Zum Zwecke dieser Steuerung ist das Steuergerät 30 über eine elektrische Leitung 31 mit der Verstellvorrichtung 12 der Hydropumpe 11 und über eine elektrische Leitung 32 mit der Verstellvorrichtung 14 des Hydromotors 13 verbunden. Die Verstellvorrichtung 12 der Hydropumpe 11 ist lastfühlig und weist in nicht näher dargestellter Weise für jede Förderrichtung ein Druckregelventil mit einem Regelkolben auf, der von einem Proportionalelektromagneten in die eine Richtung und von einer schwachen Feder und von dem Druck an einem Regelanschluss in die entgegengesetzte Richtung mit einer Kraft beaufschlagt werden kann. Von dem Druck am Regelanschluss wird auch eine Stellkammer an einem Stellkolben der Verstellvorrichtung 12 beaufschlagt. In einem solchen Fall ist die Hydropumpe lastfühlig, weil bei einem gegebenen Stelldruck ihr Hubvolumen vom Pumpendruck und von der Drehzahl abhängt. Genauer gesagt hängt bei einem gegebenen Stelldruck das Hubvolumen von der Druckdifferenz zwischen den beiden Arbeitsleitungen 15 und 16 ab. Da jedoch der Niederdruck in einer der beiden Arbeitsleitungen möglichst konstant bei zum Beispiel 30 bar gehalten wird, kann man auch von einer Abhängigkeit allein vom Hochdruck (=Pumpendruck) sprechen.
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Die Verstellvorrichtung des Hydromotors 13 ist bevorzugt eine sogenannte EP-Verstellvorrichtung, bei der sich ein Schwenkwinkel der Axialkolbenmaschine proportional zur Stärke eines elektrischen Stroms, mit der ein Elektromagnet eines Regelventils beaufschlagt wird, einstellt, wobei der Schwenkwinkel, umgewandelt mit Hilfe einer Druckfeder, als gegen die Kraft des Elektromagneten wirkende Kraft auf das Regelventil rückgekoppelt wird. Der Hydromotor 13 ist nur zwischen einem minimalen und einem maximalen Hubvolumen, nicht jedoch über ein Hubvolumen null hinweg verstellbar.
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Der Drucksensor 20 ist mit dem zentralen elektronischen Steuergerät 30 über eine Datenleitung 40 verbunden. Der Drucksensor 21 ist mit dem zentralen elektronischen Steuergerät 30 über eine Datenleitung 41 verbunden. Über diese Datenleitungen werden die von den Drucksensoren erfassten und in elektrische Signale umgewandelten Druckwerte in den Arbeitsleitungen 15 und 16 an das zentrale elektronische Steuergerät 30 übermittelt.
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Wie weiteroben schon angegeben weist jeder Drucksensor 20, 21 auch einen nichtflüchtigen internen Speicher 23, 24 auf, in dem die Kalibrierungsdaten der hydropumpe 11 als Stromwerte gespeichert sind. Beim Erstkontakt zwischen einem Drucksensor 20, 21 und dem zentralen Steuergerät 30 über die Leitungen 40 und 41 werden nun über diese Leitungen die gespeicherten Stromwerte auf das zentrale Steuergerät 30 übertragen. Diese steuert dann im Betrieb die Druckregelventile der Verstellvorrichtung 12 unter Berücksichtigung der übertragenen Daten an.
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Die Stromwerte werden am Komponentenprüfstand direkt an der Hydropumpe 11 unter definierten Bedingungen für beide Förderrichtungen ermittelt und in den Drucksensoren 20, 21 gespeichert. Diese Bedingungen können für eine Hydropumpe der beschriebenen Art beispielsweise sein.
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Regelbeginn:
- Feste Drehzahl 1000 U/min
- Druckdifferenz Δp = 50 bar und 450 bar
- Hubvolumen null
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Regelende:
- Feste Drehzahl 2000 U/min
- Druckdifferenz Δp = 50 bar und 250 bar
- Hubvolumen maximal
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Hydropumpe
- 12
- Verstellvorrichtung von 11
- 13
- Hydromotor
- 14
- Verstellvorrichtung
- 15
- Arbeitsleitungen
- 16
- Arbeitsleitung
- 17
- Welle
- 18
- Dieselmotor
- 19
- Abtriebswelle
- 20
- Drucksensor
- 21
- Drucksensor
- 22
- Drehzahlsensor
- 23
- elektronischer Speicher
- 24
- elektronischer Speicher
- 30
- elektronisches Steuergerät
- 31
- elektrische Leitung
- 32
- elektrische Leitung
- 40
- Datenleitung
- 41
- Datenleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015201977 A1 [0003]
- DE 102015215013 A1 [0004]
- DE 102013205258 A1 [0009]
- DE 102013220321 A1 [0010]
