DE10256441A1

DE10256441A1 - System und Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Strömungsmittels

Info

Publication number: DE10256441A1
Application number: DE10256441A
Authority: DE
Inventors: Robert J Price
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2003-07-17
Also published as: US20030115866A1; US7007466B2; JP2003206904A

Abstract

Es ist ein Verfahren vorgesehen zur Steuerung der hydraulischen Strömung zu einem hydraulischen Betätiger, der in strömungsmittelmäßiger Verbindung mit einer variablen Verdrängungspumpe steht. Das Verfahren sieht das Erzeugen eines für die Pumpendrehzahl repräsentativen Signals sowie das Auswählen einer Beziehung aus einer Vielzahl von Beziehungen zwischen Ventilbefehlen und einer Bedienungseingabegröße vor. Die Auswahl basiert auf dem Drehzahlsignal. Ein Ventil wird moduliert, um die Hydraulikströmung zum hydraulischen Betätiger zu steuern, basierend auf der ausgewählten Beziehung und der Bedienungseingabegröße.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und System zur Steuerung eines hydraulischen Strömungsmittels. Insbesondere ist die Erfindung gerichtet auf ein Verfahren und System zur Steuerung eines hydraulischen Strömungsmittels zu einem Betätiger, der in Strömungsmittelverbindung mit einer variablen Verdrängungspumpe steht.

Hintergrund

Das hydraulische System einer Maschine, wie beispielsweise ein Bagger bzw. Baggergreifer oder ein Lader umfasst typischerweise eine Pumpe, ein Ventil und einen hydraulischen Betätiger in Strömungsmittelverbindung. Der hydraulische Betätiger kann ein Hydraulikzylinder, ein Hydraulikmotor oder eine andere Vorrichtung, die Bewegungskraft zu einem Arbeitswerkzeug oder einer Antriebsvorrichtung der Maschine liefert. Wenn ein Bedienungsmann der Maschine ein Ventil betätigt, beispielsweise durch einen Hebel, strömt ein unter Druck stehender hydraulischer Strömungsmittelstrom von der Pumpe zum hydraulischen Betätiger durch das Ventil, um ein Arbeitselement des hydraulischen Betätigers zu bewegen, wie beispielsweise ein Kolben in einem Hydraulikzylinder.
Die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Hydraulikbetätiger bewegt, ist proportional zur Rate der Strömungsmittelströmung durch das Ventil, das wiederum eine Funktion einer Ventilposition und der Druckdifferenz am Ventil ist. Die Hydraulikströmung des hydraulischen Betätigers kann gesteuert werden durch Änderung der Position eines Ventilkolbens, der im Ventil angeordnet ist, aber es muss auch der Lastdruck im hydraulischen Betätiger in Betracht gezogen werden. Beispielsweise kann sich der hydraulische Betätiger ungewollt viel schneller bewegen, wenn bei einer einzelnen Ventilposition eine leichte Last, als eine schwere Last gehoben wird, und zwar infolge eines niedrigen Druckes an der Seite des hydraulischen Betätigers des Ventils. Traditionell haben die Bedienungsmänner diesen Effekt kompensiert durch Reduzieren der Motordrehzahl und folglich auch der Pumpendrehzahl, wodurch sich die Lieferung von unter Druck stehendem Strömungsmittel von der Pumpe und die sich ergebende Druckdifferenz am Ventil verringert.
Eine variable Verdrängungspumpe wird oft in einer Maschine verwendet. Die variable Verdrängungspumpe umfasst im Allgemeinen eine Antriebswelle, eine drehbare Zylindertrommel mit einer Vielzahl von Kolbenbohrungen, und Kolben, die gegen eine kippbare Taumelscheibe gehalten werden, die durch eine zentrierende Feder vorgespannt ist. Wenn die Taumelscheibe relativ zur Längsachse der Antriebswelle gekippt bzw. geneigt ist, bewegen sich die Kolben innerhalb der Kolbenbohrungen, um eine Pumpenaktion hervorzurufen und das hydraulische Druckströmungsmittel abzulassen, hin und her.
Es ist in der Hydraulik gut bekannt, den Taumelscheibenwinkel der Pumpe automatisch derart zu steuern, dass die Strömung zum hydraulischen Betätiger bei einem vorbestimmten Druck aufrecht erhalten bleibt, der ein wenig höher ist, als der durch das System geforderte maximale Lastdruck. Diese Systemart wird typischerweise als eine druck-kompensierte Pumpe bezeichnet.
Durch Verwendung des Ausgangsdruckes, um die Pumpenverdrängung zu steuern, kann die variable Verdrängungspumpe ihre Pumpenverdrängung auf einen Minimalpegel reduzieren, wenn keine Strömung erforderlich ist, um den Betätiger zu bewegen, das heißt, wenn das Ventil geschlossen ist. In einer derartigen Pumpe hat eine Druckverminderung, wenn das Ventil geöffnet ist, zur Folge, dass die Pumpe die Pumpenverdrängung vergrößert, um den konstanten Ausgangsdruck beizubehalten. Jedoch führt der vorbestimmte Ausgangsdruck unter leichten Lastbedingungen oft zu einer Druckdifferenz am Ventil, was dazu führt, dass die Bewegungen und die Beschleunigung der Vorrichtung schneller sind, als es der Bedienungsmann der Maschine wünscht. Darüber hinaus reduziert die Verminderung der Motordrehzahl nicht die Pumpenausgangsgröße infolge der automatischen Einstellung der Pumpenverdrängung, um den vorbestimmten Ausgangsdruck beizubehalten.

Es ist auch bekannt, eine Lastkompensation vorzusehen durch Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Druckunterschied am Ventil bei jedem Lastdruck und folglich durch Steuerung der Strömungsrate und der Betätigergeschwindigkeit, ungeachtet der Änderung der Lastbedingungen. In der US-PS 5.447,093 ist ein Strömungskraftkompensationssystem zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Druckunterschieds am Wegeventil bzw. Richtungsventil offenbart. Das System sieht die Strömungskraftkompensation durch eine erzwungene Ausgleichsvorrichtung vor, die mit einem druck-kompensierten Ventil verbunden ist. Das Strömungskraftkompensationssystem kann jedoch nicht eine gewünschte Flexibilität hinsichtlich des Betätigeransprechens auf unterschiedliche Betätigungen bieten. Die Bedienungsmänner der Maschine können es vorziehen, unterschiedliches Ansprechen zu haben, basierend auf der durchgeführten Betätigung. Beispielsweise kann ein Bedienungsmann eine schnellere Bewegung bei einer gegebenen Hebelposition wünschen, wenn er einen Graben baggert, als wenn er ein leichtes Objekt anhebt.

Somit ist es wünschenswert, ein hydraulisches Strömungsmittelsteuersystem vorzusehen, das eine flexible Steuerung des Betätigeransprechens vorsieht, basierend auf den Betriebsbedingungen bzw. Betätigungsbedingungen. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, ein oder mehrere Probleme der bisher bekannten Konstruktionen zu lösen.

Zusammenfassung der Erfindung

In einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung einer Hydraulikströmung zu einem Hydraulikbetätiger vorgesehen, der mit einer variablen Verdrängungspumpe in strömungsmittelmäßiger Verbindung steht. Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines Signals, das eine Geschwindigkeit der Pumpe repräsentiert, und das Selektieren bzw. Auswählen einer Beziehung aus einer Vielzahl von Beziehungen zwischen den Ventilbefehlen und den Eingaben des Bedienungsmannes. Die Auswahl basiert auf dem Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitssignal. Ein Ventil wird moduliert, um die Hydraulikströmung zum Hydraulikbetätiger zu steuern, basierend auf der ausgewählten Beziehung und den Bedienungsmanneseingaben.

In einem anderen Aspekt ist ein System zur Steuerung der Hydraulikströmung zu einem Hydraulikbetätiger vorgesehen, der mit einer variablen Verdrängungspumpe in strömungsmittelmäßiger Verbindung steht. Das System umfasst eine Sensoranordnung zur Erzeugung eines Signals, das eine Drehzahl der Pumpe repräsentiert, eine Bedienungsmanneingabevorrichtung zum Vorsehen einer Bedienungsmanneingabegröße und eine Steuervorrichtung, die elektrisch gekuppelt ist an die Sensoranordnung und an die Bedienungsmanneingabevorrichtung. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, um eine Beziehung aus einer Vielzahl von Beziehungen zwischen den Ventilbefehlen und den Eingaben des Bedienungsmannes auszuwählen, basierend auf dem Drehzahlsignal.

Es ist klar, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung und die nachfolgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft sind, was die beanspruchte Erfindung keinesfalls einschränken soll.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die beigefügte Zeichnung, die in die Beschreibung einbezogen und Bestandteil derselben ist, zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und dient zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische und graphische Darstellung einer Maschine mit einem hydraulischen Strömungssteuersystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 2 eine graphische Darstellung von verschiedenen Ventilbefehls- und Bedienungseingabenbeziehungen des beispielhaften hydraulischen Strömungssteuersystems gemäß Fig. 1.

Detaillierte Beschreibung

Es wird nun detailliert Bezug genommen auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist. Wo immer möglich, werden gleiche Bezugsziffern in der ganzen Zeichnung verwendet, um gleiche oder ähnliche Teile zu kennzeichnen.
Fig. 1 stellt schematisch und graphisch eine Maschine dar, die ein System zur Steuerung einer hydraulischen Strömung durch ein Ventil gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist. Die in Fig. 1 gezeigte Maschine 10 kann ein Bagger, ein Lader oder irgendein anderes Ausrüstungsstück sein, wobei ein Hydrauliksystem verwendet wird, um eine Last zu bewegen. Die Maschine 10 umfasst eine typischerweise durch einen Motor 11, wie beispielsweise einen Verbrennungsmotor, über eine Antriebsvorrichtung angetriebene Pumpe 12. In dem in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Pumpe 12 eine variable Verdrängungspumpe und kann ihre Verdrängung zwischen minimalen und maximalen Verdrängungspositionen ändern. Die Pumpe 12 kann auch eine druck-kompensierte Pumpe sein und eine Pumpensteuerung 15 aufweisen, um die Verdrängung der Pumpe 12 zu steuern, basierend auf einer Druckablesung von einem Drucksensor 17. Durch die Pumpe 12 in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist eine elektronische Rückkopplung auf, um die Pumpenverdrängung einzustellen, basierend auf der Druckablesung, wobei die Pumpe 12 ein geeignetes hydraulisches Rückkopplungssystem verwenden kann, wie beispielsweise eine Pilothydraulikleitung, um die Pumpenverdrängung zu steuern. Die Pumpe 12 weist auch einen Pumpenauslassanschluss 14 auf, der mit einer Leitung 16 verbunden ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Maschine 10 einen hydraulischen Betätiger, wie einen doppelt-wirkenden Zylinder 18. Der doppeltwirkende Zylinder 18 weist ein Paar von Betätigungskammern auf, nämlich eine zylinderkopf-seitige Betätigungskammer 20 und eine zylinderkolbenstangen-seitige Betätigungskammer 22. Die zylinderkopf-seitige Betätigungskammer 20 und die zylinderkolbenstangen-seitige Betätigungskammer 22 sind durch einen Kolben 24, der eine Kolbenstange 26 aufweist, voneinander getrennt. Der doppelt-wirkende Zylinder 18 kann einen Hydraulikzylinder oder irgendeine andere geeignete Werkzeugvorrichtung sein, und zwar zum Anheben, Absenken oder zu anderweitig erfolgender Bewegung eines Teils der Maschine 10. Obwohl das Ausführungsbeispiel anhand eines Zylinders beschrieben wird, ist diese Erfindung nicht auf einen Zylinders eingeschränkt, und die Maschine 10 kann einen Hydraulikmotor oder irgendeinen anderen geeigneten hydraulischen Betätiger aufweisen.
Die Maschine 10 umfasst ferner ein Ventil 28, das über die Leitung 16 mit dem Druckauslassanschluss 14 der Pumpe 12 verbunden ist. Das Ventil 28 weist auch einen Ventilkolben 30 auf. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Ventil 28 ein proportionales Wegesteuerventil. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Wegesteuerventile beschränkt, und das Ventil 28 kann jedes andere geeignete, aus dem Stand der Technik bekannte Ventil sein. Beispielsweise wird darauf hingewiesen, dass das Ventil 28 ein Ventil mit einem einzelnen Kolben oder ein unabhängiges Zumessventil (IMV = independent metering valve) sein kann. Wie dem Fachmann bekannt ist, weist ein IMV typischerweise eine Vielzahl von unabhängig betätigbaren Ventilen auf, die in strömungsmittelmäßiger Verbindung sein können mit einer Pumpe, einem Zylinder, einem Behälter und/oder mit jeder anderen in einem Hydraulikkreis vorhandenen Vorrichtung. Das IMV gestattet eine unabhängige Zumessung jedem der Ventile, die Hydraulikströmung in vielfachen Hydraulikpfaden zu steuern. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann jedes der unabhängig betätigbaren Ventile im IMV unabhängig gesteuert werden.
Die Maschine 10 weist auch einen Ventilbetätiger 32 auf, um den Ventilkolben 30 in eine gewünschte Position zu bewegen, um dadurch die hydraulische Strömung durch das Ventil 28 zu steuern. Die Verdrängung des Ventilkolbens 30 ändert die Strömungsrate des hydraulischen Strömungsmittels durch das Ventil 28. Der Ventilbetätiger 32 kann ein elektromagnetischer Betätiger oder jeder andere aus dem Stand der Technik bekannte Betätiger sein.
In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Ventil 28 einen durch die Leitung 16 mit der Pumpe 12 verbundenen ersten Anschluss 34, einen durch eine Leitung 40 mit einem Behältertank bzw. Vorratstank 38 verbundenen zweiten Anschluss 36, einen durch eine Leitung 44 mit der zylinderkopf-seitigen Betätigungskammer 20 des Zylinders 18 verbundenen dritten Anschluss 42 und einen durch eine Leitung 48 mit der zylinderkolbenstangen-seitigen Betätigungskammer 22 des Zylinders 18 verbundenen vierten Anschluss 46. Das Ventil 28 dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels weist eine geschlossene Position, eine erste Position und eine zweite Position auf. In der (in Fig. 1 gezeigten) ersten Position stehen der erste Anschluss 34 mit dem dritten Anschluss 42 in strömungsmittelmäßiger Verbindung, und das Ventil 28 leitet das Strömungsmittel von der Pumpe 12 zur zyünderkopf-seitigen Betätigungskammer 20 des Zylinders 18 durch. Gleichzeitig stehen der zweite Anschluss 36 mit dem vierten Anschluss 46 in strömungsmittelmäßiger Verbindung, und das Ventil 28 entleert das Strömungsmittel von der zylinderkolbenstangen-seitigen Betätigungskammer 22 zum Behältertank 38.
Alternativ stehen in der (in Fig. 1 nicht dargestellten) zweiten Position der erste Anschluss 34 mit dem vierten Anschluss 46 in strömungsmittelmäßiger Verbindung, so dass das Ventil 28 das Strömungsmittel von der Pumpe 12 zur zylinderkolbenstangen-seitigen Betätigungskammer 22 durchleitet. Gleichzeitig steht der zweite Anschluss 36 mit dem dritten Anschluss 42 in strömungsmittelmäßiger Verbindung, um das Strömungsmittel von der zylinderkopf-seitigen Betätigungskammer 20 zum Behältertank 38 durchzuleiten. Der Ventilkolben 30 des Ventils 28 kann durch den Ventilbetätiger 32 bewegt werden, um die Strömungsmittelströmung durch das Ventil 28 zuzumessen sowie das Ventil 28 in die geschlossene Position, die erste Position und die zweite Position zu bewegen.
Wie in Fig. 1 dargestellt, umfasst die Maschine ein hydraulisches Strömungssteuersystem 56, das einen Drehzahlsensor bzw. Geschwindigkeitssensor 13 aufweist, um ein Signal zu erzeugen, das repräsentativ ist für die Drehzahl der Pumpe 12. Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel in Fig. 1 den Drehzahlsensor 13 an der Antriebsvorrichtung darstellt, die den Motor 11 mit der Pumpe 12 verbindet, ist die Position des Drehzahlsensors 13 der vorliegenden Erfindung nicht begrenzt auf die in Fig. 1 dargestellte besondere Anordnung. Der Sensor 13 kann an jedem beliebigen Ort angeordnet sein, der geeignet ist, um die aktuelle oder gewünschte Pumpendrehzahl (Ist-Pumpendrehzahl oder Soll- Pumpendrehzahl) zu bestimmen. In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel können die Drehzahl des Motors 11 und folglich auch die der Pumpe 12 durch eine Vorrichtung gesteuert werden, wie beispielsweise durch einen Hebel, und der Drehzahlsensor 13 kann die Soll-Drehzahl der Pumpe 12 durch Abfühlen der Position des Drosselhebels überwachen. Dem Fachmann ist bekannt, dass jede beliebige Sensoranordnung benutzt werden kann, die in der Lage ist, eine überwachte oder Soll-Drehzahl der Pumpe 12 zu ermitteln.
Das hydraulische Strömungssteuersystem 56 umfasst eine Steuervorrichtung 50, die elektrisch gekuppelt ist an den Ventilbetätiger 32, den Pumpensensor 13 und den Drucksensor 17. Die Steuervorrichtung 50 kann eine Druckanzeige vom Drucksensor 17 empfangen und ein Signal zur Pumpensteuerung 15 senden, um die Pumpenverdrängung zu steuern. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel empfängt die Steuervorrichtung 50 die Pumpendrehzahlablesung vom Drehzahlsensor 13. Die Steuervorrichtung 50 sendet ebenfalls ein elektrisches Befehlssignal zum Ventilbetätiger 32. Ansprechend auf das elektrische Befehlssignal legt der Ventilbetätiger 32 eine sich verändernde Kraft an, um den Ventilkolben 30 steuerbar in eine gewünschte Verdrängung zu bewegen, um die hydraulische Strömung durch das Ventil 28 zu steuern.
Eine Bedienungseingabevorrichtung 52, wie beispielsweise ein Hebel, kann mit der Steuervorrichtung 50 elektrisch verbunden werden, und ein der Position des Hebels entsprechender Bedienungseingabebefehl kann von der Bedienungseingabevorrichtung 52 zur Steuervorrichtung 50 gesandt werden, um die hydraulische Strömung durch das Ventil 28 zu steuern. Durch Bedienen der Bedienungseingabevorrichtung 52 kann der Bedienungsmann den Zylinder 18 in gewünschter Weise steuern.
In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Steuervorrichtung 50 eine Vielzahl von Steuerbeziehungen zwischen einem Ventilbefehl und der Bedienungseingabe. Jede der Beziehungen repräsentiert einen Bereich von Befehlen an den Ventilbetätiger 32, der die Ventilkolbenpositionen bezüglich der Bedienungseingabegröße steuert. Wie vorstehend diskutiert, verändern sich die hydraulische Strömung zum Zylinder 18 und die daraus resultierende Zylindergeschwindigkeit bei einer gegebenen Ventilkolbenposition, in Abhängigkeit von der Pumpenausgangsgröße und den Lastdrücken. Folglich können die Ventilbefehle in den Steuerbeziehungen definiert werden als ein Prozentsatz der maximalen Strömungsrate zum Zylinder 18, der maximalen Geschwindigkeit des Zylinders 18, der maximalen Strömung zum Betätiger 32 oder jedes anderen Parameters, der eine Position des Ventilkolbens 30 repräsentiert. Die Ventilbefehle können in einer Linearisierungstabelle in einen elektrischen Stromwert umgewandelt werden, der zum Betätiger 32 geliefert wird, um Dinge, wie die folgenden, zu kompensieren: Ein nicht-lineares Ansprechen eines Elektromagnetventilbetätigers oder nicht-linearen Anwachsens der Größe der Ventilzumessöffnung über den Bereich der Ventilkolbenbewegung hinweg. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist jede der Beziehungen eine einzigartige Strömungscharakteristik bezüglich der Bedienungseingabe auf, und sieht ein einzigartiges Betätigeransprechen für eine gegebene Bedienungseingabe vor.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht die Bedienungseingabe einer Hebelposition. Die Bedienungseingabe kann jedoch irgendein anderes Bedienungssignal sein, das durch die Bedienungseingabevorrichtung 52 vorgesehen ist, um die hydraulische Strömung durch das Ventil 28 zu steuern.
Jede der steuerbaren Beziehungen zwischen dem Ventilbefehl an den Ventilbetätiger 32 und der Bedienungseingabe kann bestimmt werden durch eine gewünschte hydraulische Strömungscharakteristik bezüglich der Bedienungseingabe. Beispielsweise kann die Beziehung bestimmt werden durch Anfertigen eines Graphen oder Erzeugen eines Plans bzw. einer Abbildung, der/die eine gewünschte Änderung der Ventilkolbenposition darstellt, ansprechend auf eine gegebene Änderung der Bedienungshebelposition.
Fig. 2 zeigt einen Graphen mit der Beziehung zwischen Ventilbefehl und Bedienungseingabe dar, der beispielhafte Kurven oder Linien aufweist, die unterschiedliche Beziehungen zwischen der Bedienungseingabe (die Bedienungshebelposition) und dem sich ergebenden gewünschten Ventilbefehl an den Ventilbetätiger 32 repräsentieren. Wie in Fig. 2 gezeigt, kann jede Linie oder Kurve eine unterschiedliche Strömungscharakteristik des Zylinders 18 bei einer gegebenen Hebelposition vorsehen. Bei einer gegebenen Hebelposition können 5%, 10%, 25%, 50% oder irgendein anderer Prozentsatz der maximalen Strömung in Abhängigkeit von einer Kurve oder Linie vorgesehen sein. Ebenso sieht jede der Kurven oder Linien eine unterschiedliche Strömungsänderungsrate bei einer gegebenen Änderung der Hebelposition vor. Beispielsweise kann ein Graph eine exponentielle Strömungsänderung bezüglich der Änderung der Hebelposition vorsehen, und ein anderer Graph kann ein stetiges Anwachsen der Strömung bezüglich der Änderung der Hebelposition vorsehen.
Die Form der Kurve oder die Neigung bzw. Steigung der Linie kann bestimmt werden, geeignet zu sein für eine besondere Anwendung der Maschine 10. Wenn beispielsweise die Maschine 10 verwendet wird, um ein leichtes Objekt anzuheben, kann der Bedienungsmann den Wunsch haben, eine glatte bzw. sanfte und langsame Ansprechzeit für den Zylinder 18 zu haben, das heißt, ein relativ langsames Anwachsen der Strömungsrate bezüglich der Änderung der Hebelposition. Wenn andererseits die Maschine 10 benutzt wird, um einen Graben auszubaggern, kann der Bedienungsmann den Wusch haben, eine schnellere Ansprechzeit für den Zylinder 18 zu haben.
n einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Steuervorrichtung 50 mit einer Vielzahl von Beziehungen zwischen der hydraulischen Strömung und der Bedienungseingabe vorprogrammiert werden, und die Steuervorrichtung 50 kann einen Plan oder eine Tabelle aufweisen, die diese Beziehungen enthalten. Der Plan oder die Tabelle können vor der Betätigung bzw. vor dem Betrieb der Maschine 10 angefertigt werden, beispielsweise während entweder eines Testlaufs des hydraulischen Strömungssteuersystems 56 oder während eines Labortests, und können vorher in einem Speicher der Steuervorrichtung 50 gespeichert sein.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Steuervorrichtung 50 mathematische Gleichungen speichern, die die Vielzahl von Beziehungen vorsehen. Jede Gleichung kann den Ventilbefehl als eine Funktion der Bedienungseingabe definieren. Eine Gleichung kann beispielsweise die Strömung in einer linearen Beziehung mit der Bedienungseingabe definieren, und eine andere Gleichung kann die Strömung in einer exponentiellen Beziehung mit der Bedienungseingabe definieren.
In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wählt die Steuervorrichtung 50 eine Beziehung aus einer Vielzahl von steuerbaren Beziehungen zwischen dem Ventilbefehl und der Bedienungseingabe aus, basierend auf der Pumpendrehzahlanzeige vom Pumpendrehzahlsensor 13. Wenn beispielsweise die Pumpendrehzahl niedrig ist, kann die Steuervorrichtung 50 programmiert werden, um eine Kurve oder Linie auszuwählen, die eine graduelle Steigung oder Form aufweist, um ein glattes bzw. sanfte und langsames Betätigeransprechen bezüglich der Änderung der Hebelposition vorzusehen. Wenn die Pumpendrehzahl schnell bzw. hoch ist, kann die Steuervorrichtung 50 programmiert werden, um eine Kurve oder Steigung auszuwählen, die eine steile Steigung oder Form aufweist, um ein schnelles Betätigeransprechen vorzusehen. Basierend auf der Größe der Pumpendrehzahl, kann die Steuervorrichtung die entsprechende Beziehung zwischen der hydraulischen Strömung und der Bedienungseingabe auswählen.

Industrielle Anwendbarkeit

Gemäß Fig. 1 überwacht der Pumpendrehzahlsensor 13 die Drehzahl der Pumpe 13 oder des Motors 11. Die Pumpendrehzahlanzeige oder das Pumpendrehzahlsignal für den Pumpendrehzahlsensor 13 wird der Steuervorrichtung 50 zugeführt.
Die Steuervorrichtung 50 kann eine Vielzahl von Beziehungen zwischen Ventilbefehlen und Bedienungseingaben umfassen. Wie in den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 gezeigt, ist die Bedienungseingabe eine Hebelposition, die durch die Bedienungseingabevorrichtung 52 vorgesehen ist, und der Ventilbefehl wird ausgedrückt in Form eines Prozentsatzes maximaler Strömung oder Geschwindigkeit.
Die Steuervorrichtung 50 umfasst vielfache Beziehungen zwischen Ventilbefehlen und Bedienungseingaben, die für unterschiedliche Anwendungen der Maschine 10 geeignet sind. Wie in Fig. 2 gezeigt. umfasst die Steuervorrichtung 50 in diesem Ausführungsbeispiel verschiedene Beziehungen zwischen Ventilbefehlen und Bedienungseingaben 60, 62, 64, 66, die durch Diagramme abgebildet sind. Fig. 2 zeigt die Beziehungen als eine Vielzahl von Kurven oder Linien auf einem Graphen. Die Beziehungen können beispielsweise auch durch einen Plan (Nachschlag-Tabelle) oder durch mathematische Gleichungen ausgedrückt werden.
Basierend auf der Pumpendrehzahlanzeige vom Pumpendrehzahlsensor 13, wählt die Steuervorrichtung 50 eine Beziehung aus der Vielzahl der Beziehungen zwischen den Ventilbefehlen und den Bedienungseingaben aus. Wenn beispielsweise die Pumpendrehzahl bei 1.000 Umdrehungen/Minute (rpm) liegt. kann die Steuervorrichtung 50 programmiert werden, um eine Kurve oder Linie 66 auszuwählen, die 10% der maximalen Strömung bei 50% der maximalen Hebelposition vorsieht. Als ein anderes Beispiel, wenn die Pumpendrehzahl bei 2.500 Umdrehungen/Minute (rpm) liegt, kann die Steuervorrichtung 50 programmiert werden, um eine andere Kurve 60 auszuwählen, die 25% der maximalen Strömung bei gleicher Hebelposition vorsieht.
Durch Verwendung der ausgewählten Beziehung und der Bedienungseingabe berechnet die Steuervorrichtung 50 ein Befehlssignal an den Ventilbetätiger 32 und moduliert die Strömung, basierend auf der Hebelposition in Übereinstimmung mit der ausgewählten Kurve. Durch Variieren der Motordrehzahl und folglich auch der Pumpendrehzahl kann der Bedienungsmann die steuerbare Beziehung in gewünschter Weise ändern.
Demzufolge sieht die vorliegende Erfindung ein hydraulisches Strömungssteuersystem vor, das eine flexible Steuerung des Ansprechens des Betätigers vorsieht, basierend auf den Betriebsbedingungen. Das hydraulische Strömungssteuersystem gemäß dieser Erfindung kann eine flexible Steuerung der hydraulischen Strömung in einer Vielzahl von Arbeitsmaschinen und in einer Vielzahl von Bedingungen vorsehen bzw. schaffen.
Es ist dem Fachmann klar, dass verschiedene Modifikationen und Variationen in dem Strömungssteuersystem und Verfahren der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Rahmen und Geist der Erfindung zu verlassen. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der Betrachtung der Beschreibung und der Ausübung der vorstehend offenbarten Erfindung. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft anzusehen sind, wobei ein wahrer Rahmen und der Erfindergeist dieser Erfindung durch die folgenden Ansprüche angezeigt werden.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung einer hydraulischen Strömung zu einem hydraulischen Betätiger, der in strömungsmittelmäßiger Verbindung steht mit einer variablen Verdrängungspumpe, wobei folgende Schritte vorgesehen sind:
Überwachen eines Signals, das repräsentativ ist für eine Drehzahl der Pumpe;
Auswählen einer Beziehung aus einer Vielzahl von Beziehungen zwischen den Ventilbefehlen und einer Bedienungseingabe, wobei das Auswählen auf dem Drehzahlsignal basiert; und
Modulieren eines Ventils, um die hydraulische Strömung zum hydraulischen Betätiger zu steuern, basierend auf der ausgewählten Beziehung und der Bedienungseingabe.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner das Bestimmen der Vielzahl von Beziehungen zwischen den Ventilbefehlen und der Bedienungseingabe vorgesehen ist, und wobei jede der Vielzahl von Beziehungen eine Ventilkolbenposition als ein Prozentsatz der maximalen Strömung bezüglich der Bedienungseingabe repräsentiert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ferner das Anfertigen eines Planes vorgesehen ist, der die Vielzahl der Beziehungen zwischen den Ventilbefehlen und der Bedienungseingabe einschließt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei ferner das Speichern des Planes in einem Speicher vorgesehen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl der Beziehungen zwischen den Ventilbefehlen an den Betätiger und der Bedienungseingabe durch mathematische Gleichungen bestimmt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl von Beziehungen zwischen den Ventilbefehlen und der Bedienungseingabe durch einen Graphen mit einem Ventilbefehl und einer Bedienungseingabe repräsentiert wird.

7. System zur Steuerung einer hydraulischen Strömung zu einem hydraulischen Betätiger, der in strömungsmittelmäßiger Verbindung steht mit einer variablen Verdrängungspumpe, wobei folgendes vorgesehen ist:
eine Sensoranordnung zur Erzeugung eines Signals, das repräsentativ ist für eine Drehzahl der Pumpe;
eine Bedienungseingabevorrichtung zum Vorsehen einer Bedienungseingabe; und
eine Steuervorrichtung, die an die Sensoranordnung und an die Bedienungseingabevorrichtung elektrisch gekuppelt ist, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um eine Beziehung aus einer Vielzahl von Beziehungen zwischen den Ventilbefehlen und der Bedienungseingabe auszuwählen, basierend auf dem Drehzahlsignal.

8. System nach Anspruch 7, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um die Ventilbefehle zu modulieren, basierend auf der ausgewählten Beziehung und der Bedienungseingabe.

9. System nach Anspruch 8, wobei die Steuervorrichtung mit einer Vielzahl von Beziehungen vorprogrammiert ist.

10. System nach Anspruch 9, wobei die Steuervorrichtung einen Plan mit einer Vielzahl von Beziehungen und/oder mathematische Gleichungen einschließt, um die Vielzahl der Beziehungen vorzusehen.