DE102021209462A1

DE102021209462A1 - Sekundärgeregeltes hydraulisches Druckmittelversorgungssystem mit einem offenen hydraulischen Kreis

Info

Publication number: DE102021209462A1
Application number: DE102021209462.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Brand; Juergen Webersinke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-08-30
Filing date: 2021-08-30
Publication date: 2023-03-02

Abstract

Die Offenbarung betrifft ein hydraulisches Druckmittelversorgungssystem mit einem offenen, vorzugsweise druckspeicherlosen, hydraulischen Kreis, einer verstellbaren Pumpe (1), mindestens einer abtriebsseitigen verstellbaren Hydromaschine (3) und einer Steuerungsvorrichtung. Dabei berechnet die Steuerungsvorrichtung ein erforderliches Hochdruckminimum der Pumpe (1) und erhöht dieses Hochdruckminimum für jede der zumindest einen Hydromaschine (3) virtuell so lange, bis sich ein optimaler virtueller Wirkungsgrad ergibt, woraus sich ein optimaler Förderdruck der Pumpe (1) ergibt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Druckmittelversorgungssystem mit einem offenen hydraulischen Kreis, vorzugsweise für sekundärgeregelte Antriebe mit Axialkolbeneinheiten in Schrägscheiben- oder Schrägachsenbauweise für mobile Arbeitsmaschinen.
Hintergrund der Erfindung
Aus dem Industriebereich sind Arbeitsmaschinen bekannt, die ein Konstantdrucknetzwerk mit Druckspeicher / Hydrospeicher zur Stabilisierung und abtriebsseitigen Sekundärregelungen aufweisen. Die Ausführung eines Konstantdrucknetzwerks führt allerdings nachteilig zu einer geringen Energieeffizienz und somit zu einem vergleichsweise geringen Wirkungsgrad. Bekannt ist ebenfalls eine Ausbildung des Hydrauliksystems in Form eines offenen hydraulischen Kreises, in welchem Ventile beispielsweise zur Fahrtrichtungsvorgabe und zur Ölverteilung für einen oder für mehrere Hydromaschinen, insbesondere Hydromotoren, sowie ein Druckspeicher vorgesehen sind. Der Einsatz von derartigen Druckspeichern, insbesondere für Mobilanwendungen, ist jedoch kosten- und wartungsintensiv.
Zusammenfassung der Erfindung
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu vermeiden oder wenigstens abzumildern. Dabei soll ein hydraulisches Druckmittelversorgungssystem mit einem offenen hydraulischen Kreis bereitgestellt werden, welches abtriebsseitige Hydromaschinen aufweist, die für die Umsetzung eines optimalen Drucks bei gegebenen Abtriebsmomenten und somit eines wirkungsgradeffizienten Gesamtbetriebs sekundärgeregelt sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein hydraulisches Druckmittelversorgungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des hydraulischen Druckmittelversorgungssystems sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung betrifft demzufolge ein hydraulisches Druckmittelversorgungssystem mit einem offenen, vorzugsweise druckspeicherlosen, hydraulischen Kreis, einer verstellbaren Pumpe, mindestens einer abtriebsseitigen verstellbaren Hydromaschine und einer Steuerungsvorrichtung. Dabei berechnet die Steuerungsvorrichtung ein für den Betrieb der zumindest einen Hydromaschine erforderliches Hochdruckminimum der Pumpe und erhöht dieses Hochdruckminimum für die zumindest eine Hydromaschine virtuell so lange, bis sich ein optimaler virtueller Wirkungsgrad der zumindest einen Hydromaschine ergibt, woraus sich ein optimaler Förderdruck der Pumpe ergibt.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung sind mehrere abtriebsseitige Hydromaschinen im offenen hydraulischen Kreis vorgesehen sind, deren jeweils aus der Hochdruckminimumberechnung sowie der nachfolgenden virtuellen Druckerhöhung sich ergebende optimale virtuelle Wirkungsgrade durch die Steuerungsvorrichtung für den Erhalt eines optimalen Gesamt-Wirkungsgrads gewichtet werden, aus welchem sich der optimale Förderdruck der Pumpe ergibt.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das hydraulische Druckmittelversorgungssystem / -anordnung / Drucknetzwerk mit einem offenen hydraulischen Kreis eine verstellbare primärseitige Hydromaschine / Hydrostat (Pumpe), vorzugsweise eine elektronisch geregelte Pumpe (Electronified Open Circuit Pump), welche den hydraulischen Kreis mit Arbeitsfluid versorgt, mindestens eine abtriebsseitige verstellbare Hydromaschine / Abtriebseinheit (Verbraucher), vorzugsweise eine Axialkolbenmaschine, und eine (elektrische/elektronische) Steuervorrichtung auf. Dabei erfolgt die Steuerung bzw. Regelung über ein erstes Steuerungs- oder Regelungsglied/-einrichtung, welches dafür vorgesehen und angepasst ist, ein erstes erforderliches Hochdruckminimum der Pumpe aus (Dreh-) Momentanforderungen und maximalen Hubvolumina der mindestens einen abtriebsseitigen Hydromaschine zu berechnen und über ein zweites Steuerungs- oder Regelungsglied/-einrichtung, welches dafür vorgesehen und angepasst ist, ein zweites erforderliches Hochdruckminimum der Pumpe aus einer Mengenbilanz der mindestens einen Hydromaschine zu berechnen sowie über ein drittes Steuerungs- oder Regelungsglied/-einrichtung, welches den größeren Wert der beiden berechneten Hochdruckminima für jede der zumindest einen Hydromaschine virtuell/simuliert solange erhöht, bis sich ein optimaler virtueller/simulierter Wirkungsgrad aus dem neuen virtuellen/simulierten Hochdruck und dem Soll - (Dreh-) Moment der jeweiligen Hydromaschine ergibt und diese Wirkungsgrade für einen optimalen Gesamt-Wirkungsgrad gewichtet (beispielsweise in Abhängigkeit der jeweiligen relativen Energieverbräuche), woraus sich ein optimaler Förderdruck der Pumpe (ggf. oberhalb des berechneten Hochdruckminimums) ergibt.
Dieser Förderdruck ist also als Vorgabe für den Primärhydrostaten gewählt. Damit sind die Winkel der einzelnen Hydromaschinen abhängig von den Soll-Momenten berechenbar bzw. vorgebbar.
In anderen Worten versorgt eine verstellbare Pumpe (Versorger) ein variables Drucknetz, vorzugsweise in Schienenfahrzeugen oder anderen (Groß-)Fahrzeugen oder stationären Anwendungen, an welcher zumindest eine abtriebsseitige verstellbare Hydromaschine (Verbraucher) angeschlossen ist. Beispielsweise sind hydraulische Lüfter mit mehreren Lüfterkreisen und / oder anderen rotativen Antrieben für beispielsweise Kompressoren oder Generatoren als Verbraucher an dem variablen Drucknetz angeschlossen. Abhängig von den Soll-(Dreh-)Momenten der angeschlossenen Hydromaschinen, also den notwendigen Momenten für den Betrieb der Lüfter, Kompressoren, Generatoren oder dergleichen, sind die Hydromaschinen sekundärgeregelt. Führungsgrößen sind also das (Dreh-)Moment bei einem gegebenen / gemessenen Druck im Drucknetz und/oder die Ist-Drehzahl und die Soll-Drehzahl der jeweiligen abtriebsseitigen Hydromaschine, welche über deren (Abtriebs-)Winkel (manuell oder elektronisch gewählte Betriebseinstellgröße der Hydromaschine) als Stellgröße ausregelbar ist. Aus der gleichstellenden Beziehung zwischen dem Soll-Moment der einzelnen abtriebsseitigen Hydromaschinen und dem Produkt aus dem sekundärseitigen Ist-Winkel dieser Hydromaschinen und dem eingestellten primärseitigen Druck der (Antriebs-)Pumpe folgt, dass das konstant zu haltende Soll-Moment der abtriebsseitigen Hydromaschinen über die zwei Freiheitsgrade „Ist-Winkel der Hydromaschine“, dementsprechend auch das aktuelle Hubvolumen der Hydromaschine, und „Druck der primärseitigen Pumpe“ einstellbar ist. Es resultiert ein erhöhter Volumenstrom, insbesondere Arbeitsfluid-/Ölstrom, aus einer Erhöhung des begrenzten Ist-Winkels der jeweiligen Hydromaschine, weshalb der primärseitige Druck der Pumpe angepasst werden muss, um das erforderliche Soll-Moment konstant zu halten.
Diese Beziehung entspricht einem Primärkriterium für die Sekundärregelung, welche über eine Steuerungsvorrichtung erfolgt, deren erstes Steuerungs- oder Regelungsglied ein erstes erforderliches Hochdruckminium der Pumpe aus diesen Soll-Moment-Anforderungen und den maximalen Hubvolumina berechnet. Das zweite Steuerungs- oder Regelungsglied berechnet ein zweites erforderliches Hochdruckminimum der Pumpe anhand der Mengenbilanz resultierend aus der Pumpe und der zumindest einen Hydromaschine. Anschließend erhöht das dritte Steuerungs- oder Regelungsglied den größeren (kritischeren) Wert der beiden zuvor berechneten Hochdruckminima virtuell solange (das heißt, das dritte Steuerungs- / Regelungsglied geht eine Vielzahl an Szenarien simuliert durch), bis ein im Wesentlichen optimaler virtueller Wirkungsgrad für die jeweilige Hydromaschine festzustellen ist. Vorzugsweise wird hierbei ein sogenannter virtueller Sweep-Vorgang e.h. im Halbierungsverfahren durchgeführt, das heißt, der Anfangs-Druckwert (das größere Hochdruckminimum) wird solange erhöht, bis sich der virtuelle Wirkungsgrad nach anfänglicher Verbesserung verschlechtert, worauf dieser aktuelle Druckwert wieder in kleineren Schritten zurückgesenkt wird, solange bis sich der Wirkungsgrad erneut verschlechtert. Dieser Vorgang ist öfters und mit immer feineren Schritten durchführbar, wodurch ein nahezu optimaler Wirkungsgrad zu finden ist. Anschließend gewichtet das dritte Steuerungs- oder Regelungsglied die optimalen virtuellen Wirkungsgrade der jeweiligen Hydromaschinen (beispielsweise in Abhängigkeit deren Bedeutung im System oder deren Energieverbrauch relativ zu anderen Hydromaschinen, das heißt unter Einbeziehung des jeweiligen Leistungsbedarfs), woraus sich ein optimaler Gesamt-Wirkungsgrad ergibt. Aus diesem Gesamt-Wirkungsgrad lässt sich dann ein optimaler Förderdruck der primärseitigen Pumpe feststellen, der in der Regel höher ist, als das zu zuerst berechnete Hochdruckminimum, welches zur Funktionsgewährleistung des Systems erforderlich ist. Der Einfluss dieser Wirkungsgradkonstellationen ist ein Sekundärkriterium für die Auswahl des optimalen Förderdrucks / Antriebsdrucks der Pumpe.
Durch diese Ausbildung des hydraulischen Druckmittelversorgungssystems ist eine Momenten- oder Drehzahlregelung mehrerer Hydromaschinen, insbesondere Hydromotoren, an einem Drucknetz ohne Ventiltechnik in der Druckleitung oder an den Hydromaschinen, beispielsweise in Form von Bremsventilen, sowie ohne Druckspeicher an der Druckleitung realisierbar. Durch die hohe Verstelldynamik der Hydromaschinen und durch die Trägheit der genannten Anwendungen, ist kein Druckspeicher im Hydrauliksystem erforderlich, weshalb der Systemdruck (aufgrund des Fehlens eines solchen Druckspeichers) wirkungsgradoptimal auswählbar bzw. (dynamisch) veränderbar ist. Somit ist das Einstellen eines betriebsabhängigen variablen Drucks in dem erfindungsgemäßen hydraulischen System möglich.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Mengenbilanz der mindestens einen Hydromaschine die Summe an Volumenströmen, die sich jeweils aus einer Abtriebsdrehzahl und dem Hubvolumen der jeweiligen Hydromaschine ergeben.
In anderen Worten berechnet das zweite Steuerungs- oder Regelungsglied des erfindungsgemäßen Druckmittelversorgungssystems einen zweiten Wert für das erforderliche Hochdruckminimum der primärseitigen Pumpe mithilfe des zuvor berechneten ersten erforderlichen Hochdruckminimumwertes. Bei dieser Berechnung fließt die Bedingung der Volumenströme der einzelnen abtriebsseitigen Hydromaschinen mit ein. Aus der Summe der Volumenströme, welche sich aus dem Produkt der Abtriebsdrehzahlen und der Hubvolumina / Abtriebsvolumina der einzelnen Hydromaschinen berechnen lassen, ergibt sich die Mengenbilanz, die für die Festlegung des zweiten erforderlichen Hochdruckminimums durch das zweite Steuerungs- oder Regelungsglied ausschlaggebend ist. Dabei gilt die Bedingung, dass die Summe der abtriebsseitigen Volumenströme den Maximalförderstrom der primärseitigen Pumpe nicht überschreitet. Falls dies jedoch zutrifft, ist das Soll-Moment der abtriebsseitigen Hydromaschine durch eine Erhöhung des Drucks in Kombination mit einer Verminderung der Abtriebswinkel aufrecht haltbar, und zwar bei einem gleichzeitig geringen Mengenbedarf bzw. geringen Volumenstrom. Falls die vorstehend beschriebenen Zwangsbedingungen Freiheitsgrade in der Druckwahl zulassen, ist der Druck so auswählbar, dass sich eine wirkungsgradoptimale Gesamtkonstellation ergibt. Vorzugsweise ist in der vorstehend beschriebenen Mengenbilanz noch der volumetrische Wirkungsgrad der Hydromaschinen berücksichtigbar.
In einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung erfolgt die Gewichtung der Wirkungsgrade anhand von Leistungsbedarfen der zumindest einen Hydromaschine, wobei sich der jeweilige Leistungsbedarf aus einem Ist-Druck, einem Ist-Winkel, einer Abtriebsdrehzahl und einer abgespeicherten Wirkungsgradtabelle der jeweiligen Hydromaschine ergibt.
In anderen Worten ist über die Werte eines Ist-Drucks, eines Ist-Winkels, einer Abtriebsdrehzahl in Zusammenschau mit einer abgespeicherten Wirkungsgradtabelle der einzelnen Hydromaschinen ein Leistungsbedarf der jeweiligen Hydromaschine berechenbar, wobei sich das zur Berechnung des Leistungsbedarfs benötigte Abtriebsmoment (x-Achse der Wirkungsgradtabelle) über den Wirkungsgrad (y-Achse der Wirkungsgradtabelle) in Bezug auf die hochdruckabhängige Kurvenschar ergibt. In einem Druckmittelversorgungssystem, an welchem mehr als zwei abtriebsseitige Hydromaschinen angeschlossen sind, erfolgt die Gewichtung der, insbesondere optimierten, sich aus dem kritischen (Gesamt-)Hochdruckminimum abgeleiteten Wirkungsgrade der einzelnen Hydromaschinen über eine einfache Multiplikation mit einem Gewichtungsfaktor, welcher proportional mit den Leistungsbedarfen der einzelnen Hydromaschinen zusammenhängt. Aus den jeweiligen Soll-Momenten und dem gefunden wirkungsgradoptimalen Förderdruck ergeben sich dann die Abtriebswinkel (Einstellgrößen) der Hydromaschinen.
Falls die Eingangsgröße für eine abtriebsseitige Hydromaschine eine Soll-Drehzahl ist, ist dieser Wert abhängig von der bekannten oder geschätzten Last in ein Soll-Moment zur Abbildung einer Drehzahltrajektorie umrechenbar, welche dann für den Momentenbedarf und damit die Wirkungsgradberechnung heranziehbar ist.
In einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung ist der offen hydraulische Kreis des Druckmittelversorgungssystems druckspeicherlos ausgebildet.
Durch die vorstehend beschriebene Ausbildung des hydraulischen Druckmittelversorgungssystems ist im Wesentlichen eine Momenten- oder Drehzahlregelung mehrerer Hydromaschinen in einem offenen hydraulischen Kreis druckspeicherlos möglich.
Bei dem Einsatz eines Druckspeichers in einem herkömmlichen offenen hydraulischen Kreis ist ein gewünschter Druckwert nicht ohne Weiteres einstellbar, da der Druck durch den Druckspeicher geprägt und somit nur relativ langsam / träge veränderbar ist. Durch den Verzicht eines Druckspeichers in dem offenbarungsgemäßen Druckmittelversorgungssystem entsteht ein neuer Freiheitsgrad eines frei wählbaren bzw. einstellbaren Förderdrucks.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das erforderliche Hochdruckminimum der Pumpe ein Druck zur Aufrechterhaltung des Betriebs von Verbrauchern an der zumindest einen Hydromaschine.
Anders ausgedrückt ist das von dem Gesamtsystem erforderliche Hochdruckminium, welcher von der primärseitigen Pumpe bereitgestellt werden muss, der Druck, der die notwendigen Soll-Momente der abtriebsseitigen Hydromaschinen zum Betreiben der daran angeschlossenen Verbraucher liefert, beispielsweise für den Antrieb von angeschlossenen Kompressoren oder Generatoren. Hierbei ist das von dem Gesamtsystem erforderliche Hochdruckminimum immer der kritischere Wert der Hochdruckminima, welche über die vorstehend beschriebenen Momentvorgaben oder über die Mengenbegrenzung der Hydromaschinen berechnet sind.
In einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung ist eine Fehlersituation in der Ansteuerung oder ein Auftreten von Störgrößen durch eine Überwachung der Abtriebsdrehzahlen der zumindest einen Hydromaschine erkennbar. Dabei ist die betroffene Hydromaschine abschaltbar ausgebildet.
In anderen Worten sind/werden die Abtriebsdrehzahlen der abtriesseitigen Hydromaschinen zusätzlich überwacht, sodass bei Fehlersituationen in der Ansteuerung der Hydromaschinen oder bei einem Auftreten einer relevanten Störgröße, beispielsweise eines Lastabwurfs bei einem angeschlossenen Generator auf der Verbraucherseite, Überdrehzahlen der Hydromaschinen erkennbar sind, woraufhin eine momentenfreie Schaltung der fehlerhaft angesteuerten Hydromaschine über eine Winkelvorgabe von Null erfolgt. Falls eine Ansteuerung über eine Winkelvorgabe nicht mehr möglich ist, dient die primärseitige Pumpe, deren Druckvorgabe auf einen kleinen Druck reduzierbar / zurücknehmbar ist, als ein zweiter Abschaltpfad. Dadurch ist ein sicherer Betrieb mit einem geringeren Risiko der Beschädigung der einzelnen Komponenten des offenbarungsgemäßen Druckmittelversorgungssystems sichergestellt.
In einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung ist die Pumpe zusätzlich über ein eine Vorgabe eines Soll-Volumens geregelt, welches sich aus einer Summe der Abtriebswinkel und der Abtriebsdrehzahlen der zumindest einen Hydromaschine ergibt.
In anderen Worten berechnet sich ein Soll-Volumen für die primärseitige Pumpe aus der Summe der Winkel und Abtriebsdrehzahlen der abtriebsseitigen Hydromaschinen bzw. das Soll-Volumen ist anhand dieser Werte abschätzbar. Zur Verbesserung der Dynamik und zur Reduzierung / Vermeidung von Druckspitzen ist diese Vorgabe der Pumpe als zweite Sollgröße / Führungsgröße zugeführt. Demzufolge entsteht die Möglichkeit, dass die Pumpe reagiert bevor Hydromaschinen-Führungsgrößensprünge im Druck als Störgröße für die primärseitige Pumpe auftreten. Die Umsetzung dieser zweiten Führungsgröße erfolgt vorzugsweise über die primärseitige Pumpenschnittstelle. Gegebenenfalls ist die Druckführungsgröße für die primärseitige Pumpe dynamisch transient / vorübergehend anpassbar, um die Veränderung zu initiieren.
In einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung ist für den Fall, dass mindestens eine Hydromaschine eine generatorische Last aufweist, eine durch diese Last erzeugte Energie als Ölstrom einspeisbar ist und von den restlichen Hydromaschinen verbrauchbar ist oder an die Pumpe zurückführbar ist, wobei die Hydromaschine durchschwenkbar ist und bei gleicher Drehrichtung als Pumpe betreibbar ist und die Pumpe auf einen negativen Winkel schwenkt, um den Druck zu halten.
Anders ausgedrückt ist das erfindungsgemäße Druckmittelversorgungssystem für den Fall, dass eine generatorische Last / Generator an zumindest eine der sekundärseitigen Hydromaschinen angeschlossen ist, in der Lage die von dieser Last erzeugte Energie als Ölstrom einzuspeisen, welches dann von den restlichen Hydromaschinen verbrauchbar ist, oder an die primärseitige Pumpe durch mechanische Abstützung zurückführbar ist. Hierzu ist die Hydromaschine in der Lage durchzuschwenken und ist bei einer gleichen Drehrichtung auch als eine sekundärseitige Pumpe betreibbar. Auch die primärseitige Pumpe ist gegebenenfalls durchschwenkbar. Da sie über einen notwendigen Druck geregelt ist, ist sie auch auf einen negativen Winkel schwenkbar, um den Druck zu halten. Hierdurch nimmt sie Öl auf und gibt mechanische Energie, insbesondere für den Motorbetrieb oder einen allgemeinen Motoringbetrieb, an der Welle ab.
In einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung weist das Druckmittelversorgungssystem eine zusätzliche Ausbaustufe auf, die Energie hydraulisch speichert.
Dadurch lässt sich bei zyklischen Anforderungen ein Downsizing / Verkleinerung der primärseitigen Pumpe / Antriebseinheit durch die Rekuperation / Rückgewinnung der Energie erreichen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das erste Steuerungs- oder Regelungsglied des hydraulischen Druckmittelversorgungssystems durch die Formel $P_{H M i n 1} = \frac{Σ Τ_{M n S o l l}}{Σ V_{g M n M a x}}$
beschrieben, wobei P_HMin1 ein erstes Hochdruckminium der Pumpe ist, T_MnSoll ein Soll-Moment der jeweiligen Hydromaschine ist und V_gMnMax ein maximales Hubvolumen der jeweiligen Hydromaschine ist. Außerdem ist das zweite Steuerungs- oder Regelungsglied des offenbarungsgemäßen Druckmittelversorgungssystems durch die Formeln P_HMin2 = P_HMin1 · F, und $F = \frac{Σ n_{M n} \cdot V_{g M n I s t}}{Q_{M a x P u m p}}$

beschrieben ist, wobei P_HMin1 bzw. P_HMin2 ein Hochdruckminium der Pumpe ist, n_Mn eine Abtriebsdrehzahl der zumindest einen Hydromaschine ist, V_gMnIst ein aktuelles Hubvolumen der zumindest einen Hydromaschine ist und Q_MaxPump ein maximaler Förderstrom der primärseitigen Pumpe ist. Das dritte Steuerungs- oder Regelungsglied, welches den größeren Wert der berechneten Hochdruckminima für jede der zumindest einen Hydromaschine virtuell solange erhöht, bis sich ein optimaler virtueller Wirkungsgrad aus diesem virtuellen Hochdruck und dem Soll-Moment der jeweiligen Hydromaschine ergibt, berechnet einen optimalen Förderdruck der Pumpe P_Hsoll aus einem optimalen Gesamt-Wirkungsgrad, welcher durch die Formel Ση_n(P_H) · G_n beschrieben ist, wobei η_n(P_H) der optimale virtuelle Wirkungsgrad und G_n ein Gewichtungsfaktor für die jeweilige Hydromaschine ist.
Figurenliste
Der offenbarte Gegenstand wird nun anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die dazugehörenden Figuren näher erläutert. Dabei sind die Figuren lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Es wird darauf hingewiesen, dass die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen untereinander ausgetauscht werden sowie in einer beliebigen Kombination auftreten können.

1 ist eine beispielhafte schematische Darstellung eines offenen hydraulischen Kreises mit einer Antriebspumpe und mindestens zwei sekundärgeregelten abtriebsseitigen Hydromaschinen.
2 ist eine schematische Darstellung des ersten Steuerungs- bzw. Regelungsglieds zur Festlegung des ersten Hochdruckminimumwerts durch Momentvorgaben.
3 ist eine schematische Darstellung des zweiten Steuerungs- bzw. Regelungsglieds zur Festlegung des zweiten Hochdruckminimumwerts durch eine Mengenbegrenzung.
4 ist eine schematische Darstellung des dritten Steuerungs- bzw. Regelungsglieds zur Berechnung eines optimalen Förderdrucks der primärseitigen Pumpe.
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Soll-Moment eines Hydromotors, abhängig eines Fahrerwunsches (Pedalbetätigung) darstellt.

Detaillierte Beschreibung der Figuren
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung sowie die vorteilhaften Ausführungsformen anhand der Figuren beschrieben.
1 ist eine beispielhafte schematische Darstellung der Architektur des erfindungsgemäßen Druckmittelversorgungssystems mit einem offenen hydraulischen Kreis, einer primärseitigen Antriebseinheit / Pumpe 1 und mindestens zwei sekundärgeregelten abtriebsseitigen Hydromaschinen 3. In dieser beispielhaften Darstellung ist die primärseitige Antriebseinheit 1 in der Lage, sowohl als eine Pumpe als auch als ein Motor zu fungieren. Gleichzeitig ist eine der dargestellten abtriebsseitigen Hydromaschinen 3 auch in der Lage als eine Pumpe oder als ein Motor betrieben zu werden. Die zweite beispielhaft dargestellte Hydromaschine 3 ist nur als ein Motor betreibbar. Alle drei Komponenten weisen ein veränderliches Förder- bzw. Verdrängungsvolumen auf. Außerdem weist der Fluidbehälter der primärseitigen Antriebseinheit 1 eine Rohrverbindung oberhalb des Fluidspiegels auf, wohingegen die Fluidbehälter der sekundärseitigen Hydromaschinen 3 eine Rohrverbindung unter dem Fluidspiegel aufweisen.
2 ist eine schematische Darstellung des ersten Steuerungs- bzw. Regelungsglieds 5 zur Festlegung eines ersten Hochdruckminimumwerts anhand von Momentvorgaben der mindestens einen Hydromaschine 3. Führungsgrößen für dieses Steuerung- oder Regelungsglied sind einerseits die Soll-Momente T_M1Soll ...T_MnSoll und andererseits die maximalen Hubvolumina V_gM1Max...V_gMnMax der jeweiligen sekundärseitigen Hydromaschinen 3. Aus dieser Zwangsbedingung durch die Maximalmomentanforderungen der einzelnen Hydromaschinen 3 ergibt sich ein erster Wert für ein erforderliches Hochdruckminimum P_HMin1, welcher von der primärseitigen Pumpe 1 geliefert werden muss, um diese Maximalmomentanforderungen zu erfüllen.
3 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Steuerungs- bzw. Regelungsglieds 7 zur Festlegung des zweiten Hochdruckminimumwerts anhand einer Mengenbegrenzung. Eine Mengenbilanz der abtriebsseitigen Hydromaschinen 3 und der primärseitigen Pumpe 1 stellt eine weitere Zwangsbedingung dar, aus welcher das zweite Steuerungs- oder Regelungsglied 7 einen zweiten Hochdruckminimumwert P_HMin2 berechnet. Eingangsgrößen sind hierbei ein maximaler Förderstrom Q_MaxPump der primärseitigen Pumpe 1, das durch das erste Steuerungs- oder Regelungsglied 5 berechnete erste Hochdruckminimum P_HMin1, die Abtriebsdrehzahlen n_M1...n_Mn und die eingestellten Hubvolumina V_gM1Ist...V_gMnIst der einzelnen sekundärseitigen Hydromaschinen 3. Aus einem Quotient aus einer Summe der abtriebsseitig erzeugten Volumenströme, die sich jeweils aus einem Produkt der Abtriebsdrehzahlen und der eingestellten Hubvolumina der Hydromaschinen 3 ergeben, und dem maximalen Förderstrom der primärseitigen Pumpe 1 berechnet sich ein Faktor F, dessen Multiplikation mit dem ersten Hochdruckminimum einen Wert des zweiten Hochdruckminimums ergibt.
4 ist eine schematische Darstellung des dritten Steuerungs- bzw. Regelungsglieds 9 zur Berechnung eines optimalen Förderdrucks der primärseitigen Pumpe 1. Das dritte Steuerungs- oder Regelungsglied 9 leitet aus den Soll-Momenten T_M1Soll...T_MnSoll der einzelnen abtriebsseitigen Hydromaschinen 3 und dem kritischeren / größeren Wert des zuvor berechneten Hochdruckminimums P_HMin1 bzw. P_HMin2 als Eingangsgrößen einen optimalen Pumpenförderdruck P_Hsoll. Der zuvor beschriebene Sweep-Vorgang setzt einen virtuellen Wert des Hochdrucks P_HTest gleich dem größeren Hochdruckminimum P_HMin1 bzw. P_HMin2 und erhöht diesen Wert schrittweise bis zu einem maximalen Hochdruck P_HMax, und zwar solange bis sich ein virtueller optimaler Wirkungsgrad η_n(P_H) der jeweiligen sekundärseitigen Hydromaschine 3 einstellt, dessen Wert sich anhand der Eingangsgrößen Soll-Moment und Hochdruck aus einer abgespeicherten Wirkungsgradtabelle ableitet. Durch eine Gewichtung dieser Wirkungsgrade anhand der jeweiligen Gewichtungsfaktoren, welche sich aus den Leistungsbedarfen der einzelnen sekundärseitigen Hydromaschinen 3 ergeben, und eine Gesamtbetrachtung erschließt sich der optimale Gesamt-Wirkungsgrad für das hydraulische System, woraus sich dann der optimale Förderdruck P_Hsoll für die primärseitige Pumpe 1 berechnet.
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einem erforderlichen Soll-Moment eines Hydromotors 3, abhängig eines Fahrerwunsches (Pedalbetätigung) darstellt. Aus diesem beispielhaften Diagramm lässt sich ein erforderliches Soll-Moment an einem fahrzeuginternen Hydromotor 3, als Randbedingung, für eine gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit und einer bestimmten Pedalbetätigung durch einen Fahrerwunsch bestimmen. Dabei stellt jede Kurve der abgebildeten Kurvenschar ein Prozentwert der Pedalbetätigung durch den Fahrer dar. Generell ordnen sich die einzelnen Kurven nach dem Grad der Pedalbetätigung ein, wobei bei einer höheren Pedalbetätigung immer ein größeres Soll-Moment bei einer gleichen Fahrzeuggeschwindigkeit notwendig ist. Eine höhere Fahrzeuggeschwindigkeit führt ab einer gewissen Geschwindigkeit zu einem geringeren Soll-Moment an den Hydromotoren 3. Die Geschwindigkeit, bei der die Abnahme des Soll-Momentwertes beginnt, ist dabei höher, je größer die Pedalbetätigung ist. Beispielsweise bricht die zuvor konstant bei einem Soll-Moment von etwa 200 Nm verlaufende Kurve für eine 100 prozentige Pedalbetätigung ab einer Geschwindigkeit von etwa 11 km/h ein. Im Gegensatz dazu bricht die Kurve für eine 60 prozentige Pedalbetätigung, welche anfangs konstant bei einem Soll-Moment von etwa 125 Nm verläuft, ab einer Fahrzeuggeschwindigkeit von etwa 5 km/h ein. Eine Maximalgeschwindigkeit von 30 km/h in diesem Beispiel verursacht einen weiteren Einbruch der Soll-Momente fast aller abgebildeten Kurven bei einer Geschwindigkeit von etwa 28 km/h, wobei die Soll-Momente 0 Nm bei der Maximalgeschwindigkeit von 30 km/h betragen. Dieser Einbruch tritt nur nicht bei den Kurven für eine Pedalbetätigung von 0%, 20% und 40%, welche jeweils schon ab einer geringeren Fahrzeuggeschwindigkeit von etwa 8 km/h, 12 km/h und 19 km/h einen negativen Soll-Momentwert aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Primärseitige Pumpe / Antriebsmaschine
3: Sekundärseitige Hydromaschine / Abtriebsmaschine
5: Erstes Steuerungs- oder Regelungsglied
7: Zweites Steuerungs- oder Regelungsglied
9: Drittes Steuerungs- oder Regelungsglied

Claims

Hydraulisches Druckmittelversorgungssystem mit einem offenen, vorzugsweise druckspeicherlosen, hydraulischen Kreis, einer verstellbaren Pumpe (1), mindestens einer abtriebsseitigen verstellbaren Hydromaschine (3) und einer Steuerungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung ein für den Betrieb der zumindest einen Hydromaschine (3) erforderliches Hochdruckminimum der Pumpe (1) berechnet und dieses Hochdruckminimum für die zumindest eine Hydromaschine (3) virtuell so lange erhöht, bis sich ein optimaler virtueller Wirkungsgrad der zumindest einen Hydromaschine (3) ergibt, woraus sich ein optimaler Förderdruck der Pumpe (1) ergibt.
Hydraulisches Druckmittelversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere abtriebsseitige Hydromaschinen (3) im offenen hydraulischen Kreis vorgesehen sind, deren jeweils aus der Hochdruckminimumberechnung sowie der nachfolgenden virtuellen Druckerhöhung sich ergebende optimale virtuelle Wirkungsgrade durch die Steuerungsvorrichtung für den Erhalt eines optimalen Gesamt-Wirkungsgrads gewichtet werden, aus welchem sich der optimale Förderdruck der Pumpe (1) ergibt.
Hydraulisches Druckmittelversorgungssystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein erstes Steuerungs- oder Regelungsglied (5), welches dafür vorgesehen und angepasst ist ein erstes erforderliches Hochdruckminimum der Pumpe (1) aus Momentanforderungen sowie maximalen Hubvolumina der mindestens einen Hydromaschine (3) zu berechnen und ein zweites Steuerungs- oder Regelungsglied (7), welches dafür vorgesehen und angepasst ist ein zweites erforderliches Hochdruckminimum der Pumpe (1) aus einer Mengenbilanz der mindestens einen Hydromaschine (3) und der Pumpe (1) zu berechnen und ein drittes Steuerungs- oder Regelungsglied (9), welches den größeren Wert der berechneten Hochdruckminima für jede der zumindest einen Hydromaschine (3) virtuell solange erhöht bis sich ein optimaler virtueller Wirkungsgrad aus dem neuen virtuellen Hochdruck und dem Soll-Moment der jeweiligen Hydromaschine (3) ergibt und diese Wirkungsgrade für einen optimalen Gesamt-Wirkungsgrad gewichtet, woraus sich ein optimaler Förderdruck der Pumpe (1) ergibt.
Druckmittelversorgungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mengenbilanz der mindestens einen Hydromaschine (3) die Summe an Volumenströmen ist, die sich jeweils aus einer Abtriebsdrehzahl und dem Hubvolumen der jeweiligen Hydromaschine (3) ergeben.
Druckmittelversorgungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtung der Wirkungsgrade anhand von Leistungsbedarfen der zumindest einen Hydromaschine (3) erfolgt, wobei sich der jeweilige Leistungsbedarf aus einem Ist-Druck, einem Ist-Winkel, einer Abtriebsdrehzahl und einer abgespeicherten Wirkungsgradtabelle der jeweiligen Hydromaschine (3) ergibt.
Druckmittelversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der offene hydraulische Kreis druckspeicherlos ausgebildet ist.
Druckmittelversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erforderliche Hochdruckminimum der Pumpe (1) ein Druck zur Aufrechterhaltung des Betriebs von Verbrauchern an der zumindest einen Hydromaschine (3) ist.
Druckmittelversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fehlersituation in der Ansteuerung oder ein Auftreten von Störgrößen durch eine Überwachung der Abtriebsdrehzahlen der zumindest einen Hydromaschine (3) erkennbar ist und die betroffene Hydromaschine (3) abschaltbar ausgebildet ist.
Druckmittelversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) zusätzlich über eine Vorgabe eines Soll-Volumens geregelt ist, welches sich aus einer Summe der Abtriebswinkel und der Abtriebsdrehzahlen der zumindest einen Hydromaschine (3) berechnet.
Druckmittelversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass mindestens eine Hydromaschine (3) eine generatorische Last aufweist, eine durch diese Last erzeugte Energie als Ölstrom einspeisbar ist und von den restlichen Hydromaschinen (3) verbrauchbar oder an die Pumpe (1) zurückführbar ist, wobei die Hydromaschine (3) durchschwenkbar und bei gleicher Drehrichtung als Pumpe betreibbar ist und die Pumpe (1) auf einen negativen Winkel schwenkt, um den Druck zu halten.
Druckmittelversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Ausbaustufe, die Energie hydraulisch speichert.
Hydraulisches Druckmittelversorgungssystem, vorzugsweise nach Anspruch 3, mit einem offenen hydraulischen Kreis, einer verstellbaren Pumpe (1), welche den hydraulischen Kreis versorgt, mindestens einer abtriebsseitigen verstellbaren Hydromaschine (3) und einer Steuerungsvorrichtung, gekennzeichnet durch ein erstes Steuerungs- oder Regelungsglied (5), welches durch die Formel $P_{H M i n 1} = \frac{Σ Τ_{M n S o l l}}{Σ V_{g M n M a x}}$
beschrieben ist, wobei P_HMin1 ein erstes Hochdruckminium der Pumpe (1) ist, T_mnSoll ein Soll-Moment der jeweiligen Hydromaschine (3) ist und V_gMnMax ein maximales Hubvolumen der jeweiligen Hydromaschine (3) ist und ein zweites Steuerungs- oder Regelungsglied (7), welches durch die Formeln P_HMin2 beschrieben ist, wobei P_HMin ein Hochdruckminium der Pumpe (1) ist, n_Mn eine Abtriebsdrehzahl der zumindest einen Hydromaschine (3) ist, V_gMnIst ein aktuelles Hubvolumen der zumindest einen Hydromaschine (3) ist und Q_MaxPump ein maximaler Förderstrom der Pumpe (1) ist und ein drittes Steuerungs- oder Regelungsglied (9), welches den größeren Wert der berechneten Hochdruckminima für jede der zumindest einen Hydromaschine (3) virtuell solange erhöht bis sich ein optimaler virtueller Wirkungsgrad aus diesem virtuellen Hochdruck und dem Soll-Moment der jeweiligen Hydromaschine (3) ergibt, das einen optimalen Förderdruck P_Hsoll der Pumpe (1) aus einem optimalen Gesamt-Wirkungsgrad berechnet, welcher durch die Formel Ση_n(P_H) · G_n beschrieben ist, wobei η_n(P_H) der optimale virtuelle Wirkungsgrad und G_n ein Gewichtungsfaktor für die jeweilige Hydromaschine (3) ist.