DE112009003826T5

DE112009003826T5 - Hydrauliksteuerungssystem mit Strömungskraftkompensation

Info

Publication number: DE112009003826T5
Application number: DE112009003826T
Authority: DE
Inventors: Andrew J. Krajnik; Patrick W. Sullivan
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2029-12-19
Also published as: RU2509234C2; RU2011130861A; US20100154401A1; CN102301076B; JP2012513575A; WO2010075216A3; JP5628832B2; DE112009003826B4; WO2010075216A2; CN102301076A; US8511080B2

Abstract

Ein Hydrauliksteuerungssystem (28) für eine Maschine (10) ist offenbart. Das Hydrauliksteuerungssystem kann eine Pumpe (38), die zum Beaufschlagen eines Fluids mit Druck ausgebildet ist, ein Verdrängungssteuerungsventil (58), das zum Einstellen einer Verdrängung der Pumpe ausgebildet ist, und ein Werkzeugsteuerungsventil (68) aufweisen, das zum Empfangen von mit Druck beaufschlagtem Fluid von der Pumpe und zum selektiven Leiten des mit Druck beaufschlagten Fluids zu einem Hydraulikaktor ausgebildet ist. Das Hydrauliksteuerungssystem kann ferner eine Steuerung (34) aufweisen, die in Verbindung mit dem Verdrängungssteuerungsventil steht. Die Steuerung kann zum Ermitteln eines Druckgradienten über dem Werkzeugsteuerungsventil, der sich im Wesentlichen von einem gewünschten Druckgradienten unterscheidet, Ermitteln eines gewünschten Zustands des Verdrängungssteuerungsventils basierend auf dem Druckgradienten und Ermitteln einer auf das Verdrängungssteuerungsventil aufgebrachten Strömungskraft basierend auf dem gewünschten Zustand ausgebildet sein. Die Steuerung kann ferner zum Erzeugen eines zu dem Verdrängungssteuerungsventil geleiteten Lasterfassungsantwortsignals basierend auf dem gewünschten Zustand und der Strömungskraft ausgebildet sein.

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung betrifft allgemein ein Hydrauliksteuerungssystem, und insbesondere ein Hydrauliksteuerungssystem mit einer Strömungskraftkompensation.
Hintergrund
Verstellpumpen werden für gewöhnlich verwendet, um einstellbare Fluidströme zu Maschinenaktoren zu liefern, beispielsweise zu Zylindern oder Motoren, die beweglichen Werkzeugen von Maschinen oder einer Anlenkung zugeordnet sind. Basierend auf einer Anforderung an die Aktoren, wird die Verdrängung der Pumpe entweder erhöht oder verringert, derart, dass die Aktoren die Werkzeuge und/oder die Anlenkung mit einer erwarteten Geschwindigkeit und/oder mit einer erwarteten Kraft bewegen. In der Vergangenheit wurde die Verdrängung der Pumpe mittels eine Last erfassender Vorsteuerventile gesteuert, die mit einem Verdrängungsaktor der Pumpe verbunden waren.
Wenngleich dies in einigen Situationen ausreichend ist, können Vorsteuerventile langsam ansprechen und ungenau sein. Das heißt, da die Ventile aufgrund eines Unterschieds zwischen einem gewünschten Druck und einem tatsächlichen Druck, der direkt an den Ventilen wirkt, hydraulisch bewegt werden, muss der tatsächliche Druck des Aktors zuerst erheblich unter den gewünschten Druck abfallen und eine Zeit lang unter dem gewünschten Druck bleiben, bevor eine Bewegung des Verdrängungssteuerungsventils der Pumpe eingeleitet wird. Ferner liefert die Bewegung des Ventils, da sie in erster Linie durch den Druckunterschied über dem Ventil selbst eingeleitet wird, möglicherweise keinen gleichbleibenden Betrieb unter sich ändernden Bedingungen (z. B. bei sich ändernden Temperaturen und Fluidviskositäten). Ferner können Vorsteuerventile in einigen Situationen aufgrund ihrer langsamen Ansprechzeit Instabilitäten aufweisen, die die Genauigkeit der Verdrängungssteuerung der Pumpe verringern.
Ein Versuch, eine Pumpenverdrängungssteuerung zu verbessern, ist in dem am 23. April 2002 für Du et al. erteilten US-Patent Nr. 6,374,722 (dem Patent '722) beschrieben. Genauer beschreibt das Patent '722 eine Vorrichtung zum Steuern einer hydraulischen Verstellpumpe. Die Vorrichtung enthält einen Steuerstellantrieb, der zum Steuern eines Winkels der Taumelscheibe der Pumpe betreibbar ist, ein elektrohydraulisches Servoventil, das mit dem Steuerstellantrieb verbunden ist, und ein Mittel zum Steuern des Servoventils in Abhängigkeit von dem Pumpenförderdruck, der durch einen Förderdrucksensor überwacht wird. Unter Verwendung einer Gegenkopplungsschleife ist der Steuerstellantrieb dazu in der Lage, seine tatsächliche Position zu erfassen und die tatsächliche Position mit einer beabsichtigten Position zu vergleichen, die einem gewünschten Förderdruck zugeordnet ist. Wenn der Steuerstellantrieb einen Unterschied zwischen der beabsichtigten Position und der tatsächlichen Position detektiert, wird das Servoventil zum Einstellen der Position des Steuerstellantriebs erregt, bis die beabsichtigte Position erreicht wird. Auf diese Weise ermöglicht die eingebaute Gegenkopplungsschleife des Steuerstellantriebs eine sehr genaue Änderung des Taumelscheibenwinkels.
Wenngleich die Vorrichtung des Patents '722 dazu beitragen kann, die Genauigkeit einer Regulierung einer Pumpenverdrängung zu erhöhen, kann sie nach wie vor bestimmte Nachteile haben. Beispielsweise berücksichtigt die Vorrichtung möglicherweise keine Strömungskräfte, die während eines Betriebs der Pumpe an dem Ventil wirken. Daher können eine Verdrängungsgenauigkeit und eine Ansprechzeit der Vorrichtung immer noch zu wünschen übrig lassen.
Das offenbarte Hydrauliksteuerungssystem zielt darauf ab, einen oder mehrere der vorher dargelegten Nachteile und/oder andere Probleme des Standes der Technik zu überwinden.
Zusammenfassung
Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Hydrauliksteuerungssystem. Das Hydrauliksteuerungssystem kann eine zum Beaufschlagen eines Fluids mit Druck ausgebildete Pumpe, ein zum Einstellen einer Verdrängung der Pumpe ausgebildetes Verdrängungssteuerungsventil und ein zum Empfangen von mit Druck beaufschlagtem Fluid von der Pumpe und selektiven Leiten des mit Druck beaufschlagten Fluids zu einem Hydraulikaktor ausgebildetes Werkzeugsteuerungsventil enthalten. Das Hydrauliksteuerungssystem kann ferner eine mit dem Verdrängungssteuerungsventil in Verbindung stehende Steuerung enthalten. Die Steuerung kann zum Ermitteln eines Druckgradienten über dem Werkzeugsteuerungsventil, der sich im Wesentlichen von einem gewünschten Druckgradienten unterscheidet, zum Ermitteln eines gewünschten Zustands des Verdrängungssteuerungsventils basierend auf dem Druckgradienten, und zum Ermitteln einer auf das Verdrängungssteuerungsventil aufgebrachten Strömungskraft basierend auf dem gewünschten Zustand ausgebildet sein. Die Steuerung kann ferner zum Erzeugen eines zu dem Verdrängungssteuerungsventil geleiteten Lasterfassungsantwortsignals basierend auf dem gewünschten Zustand und der Strömungskraft ausgebildet sein.
Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Steuern eines Fluidstroms aus einer Pumpe. Das Verfahren kann das Erfassen eines unerwünschten Druckgradienten, der eine Folge einer Hydraulikwerkzeugbetätigung ist, das Ermitteln einer gewünschten Änderungsrate einer Verdrängung der Pumpe basierend auf dem unerwünschten Druckgradienten und das Ermitteln einer Strömungskraft beinhalten, die sich auf eine Implementierung der gewünschten Änderungsrate der Verdrängung der Pumpe auswirkt. Das Verfahren kann ferner das Erzeugen eines Lasterfassungsantwortsignals zum Implementieren der gewünschten Änderungsrate der Verdrängung der Pumpe unter Berücksichtigung der Strömungskraft beinhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine bildhafte Darstellung einer beispielhaften offenbarten Maschine;
2 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften offenbarten Hydrauliksteuerungssystem, das mit der Maschine aus 1 verwendet werden kann; und
3 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften offenbarten Steuerventils, das mit dem Hydrauliksteuerungssystem aus 2 verwendet werden kann.
Detaillierte Beschreibung
Eine beispielhafte Ausführungsform einer Maschine 10 ist in 1 dargestellt. Die Maschine 10 kann eine mobile oder stationäre Maschine sein, die dazu in der Lage ist, einen Betrieb in Verbindung mit einem bestimmten Gewerbe durchzuführen. Beispielsweise ist die in 1 gezeigte Maschine 10 als ein Frontlader ausgebildet, der im Baugewerbe verwendet wird. Es ist jedoch vorgesehen, dass die Maschine 10 für viele unterschiedliche Anwendungen in verschiedenen anderen Gewerben wie dem Transportwesen, dem Bergbau, der Landwirtschaft oder irgendeinem anderen dem Fachmann bekannten Gewerbe angepasst sein kann. Die Maschine 10 kann ein Arbeitsgerätesystem 12, das zum Bewegen eines Arbeitswerkzeugs 14 ausgebildet ist, eine Leistungsquelle 16, die das Arbeitsgerätesystem 12 mit Leistung versorgt, und eine Bedienerstation 18 für eine manuelle und/oder automatische Steuerung des Arbeitsgerätesystem 12 enthalten.
Das Arbeitsgerätesystem 12 kann einen Anlenkungsaufbau enthalten, auf den einer oder mehrere Fluidaktoren zum Bewegen des Arbeitswerkzeugs 14 einwirken. Bei dem offenbarten Beispiel enthält das Arbeitsgerätesystem 12 ein Auslegerelement 20, das bezüglich einer Arbeitsoberfläche 23 durch einen oder mehrere Hydraulikaktoren 26 (in 1 ist lediglich einer gezeigt), beispielsweise einen oder mehrere Zylinder und/oder Motoren, vertikal um eine horizontale Achse 22 schwenkbar ist. Das Auslegerelement 20 kann derart mit dem Arbeitswerkzeug 14 verbunden sein, dass eine Aktivierung (z. B. ein Ausfahren und/oder Einfahren) der Hydraulikaktoren 26 eine Bewegung des Arbeitswerkzeugs 14 auf eine gewünschte Weise bewirkt. Es ist vorgesehen, dass das Arbeitsgerätesystem 12 unterschiedliche und/oder zusätzliche Anlenkungselemente und/oder Hydraulikaktoren als die in 1 gezeigten enthalten kann, sofern dies erwünscht ist.
Das Arbeitswerkzeug 14 kann eine breite Vielzahl von unterschiedlichen Arbeitsgeräten enthalten, beispielsweise einen Löffel, eine Gabel, einen Bohrer, eine Traktionsvorrichtung (z. B. ein Rad) oder irgendein anderes dem Fachmann bekanntes Arbeitsgerät. Die Bewegung des Arbeitswerkzeugs 14 kann durch die Hydraulikaktoren 26 bewirkt werden, die von der Bedienerstation 18 aus manuell und/oder automatisch gesteuert werden können.
Die Bedienerstation 18 kann zum Empfangen einer Eingabe von einem Maschinenbediener ausgebildet sein, die eine gewünschte Arbeitswerkzeugbewegung angibt. Genauer kann die Bedienerstation 18 eine oder mehrere Bedienerschnittstellenvorrichtungen 24 enthalten, die als Ein- oder Mehrachsenjoysticks ausgeführt sind und sich in der Nähe eines Bedienersitzes befinden. Die Bedienerschnittstellenvorrichtungen 24 können Proportionalsteuerungen sein, die zum Positionieren, Ausrichten und/oder Aktivieren des Arbeitswerkzeugs 14 durch Erzeugen eines Arbeitswerkzeugspositionierungssignals ausgebildet sind, das eine gewünschte Arbeitswerkzeugsgeschwindigkeit und/oder -kraft angibt. Bei einigen Beispielen können die Signale von den Bedienerschnittstellenvorrichtungen 24 zum Regulieren einer Strömungsrate, einer Strömungsrichtung und/oder eines Drucks eines Fluids in den Hydraulikaktoren 26 verwendet werden, wodurch eine Geschwindigkeit, eine Bewegungsrichtung und/oder eine Kraft des Arbeitswerkzeugs 14 gesteuert werden. Es ist vorgesehen, dass alternativ oder zusätzlich unterschiedliche Bedienerschnittstellenvorrichtungen in der Bedienerstation 18 enthalten sein können, beispielsweise Räder, Knöpfe, Zugvorrichtungen, Schalter, Pedale und andere bekannte Bedienerschnittstellenvorrichtungen.
Bezug nehmend auf 2 kann die Leistungsquelle 16 einem Hydrauliksteuerungssystem 28 zugeordnet sein, das eine Aktivierung der Hydraulikaktoren 26 regelt. Die Leistungsquelle 16 kann zum Liefern einer im Wesentlichen konstanten Leistung (Drehmoment und/oder Drehzahl) zu dem Hydrauliksteuerungssystem 28 über eine Welle 30 ausgebildet sein. Alternativ dazu kann die Leistungsquelle 16 unter Verwendung verschiedener anderer Verfahren wie über ein Zahnrad, einen Riemen, eine Kette, eine elektrische Schaltung oder durch irgendein anderes bekanntes Verfahren zur Leistungsversorgung des Hydrauliksteuerungssystem 28 verbunden sein.
Das Hydrauliksteuerungssystem 28 kann einen Hydraulikkreis 32 und eine Steuerung 34 enthalten, die zum Steuern eines Fluidstroms durch den Hydraulikkreis 32 angeordnet ist. Der Hydraulikkreis 32 selbst kann aus verschiedenen Fluidbauteilen bestehen, die zum Leiten des mit Druck beaufschlagten Fluidstroms in dem Hydrauliksteuerungssystem 28 verwendet werden. Beispielsweise kann der Hydraulikkreis 32 eine Zufuhr 36 von Hydraulikfluid, eine Pumpe 38, die durch die Leistungsquelle 16 zum Beaufschlagen des Hydraulikfluids mit Druck angetrieben wird, und die Hydraulikaktoren 26 enthalten, die das mit Druck beaufschlagte Fluid zum Bewegen des Arbeitswerkzeugs 14 verwenden (1). Die Steuerung 34 kann mit der Pumpe 38, den Hydraulikaktoren 26 und/oder der Leistungsquelle 16 zum selektiven Bewegen des Arbeitswerkzeugs 14 gemäß Signalen von der Bedienerschnittstellenvorrichtung 24 in Verbindung stehen.
Die Pumpe 38 kann allgemein als eine Verstellpumpe mit einer Verdrängungssteuerungsvorrichtung 40 ausgeführt sein. Bei einem Beispiel kann die Pumpe 38 eine Axialkolbenpumpe mit einer Mehrzahl von Kolben (nicht gezeigt) sein, die zum Ansaugen von Fluid aus der Zufuhr 36 über einen Kanal 42 und zum Fördern des Fluids mit erhöhten Drücken zu einem Zufuhrkanal 44 betätigt werden können. Bei diesem Beispiel kann die Verdrängungssteuerungsvorrichtung 40 eine Taumelscheibe sein, auf der die Kolben gleiten. Wenn die Kolben bezüglich der Taumelscheibe gedreht werden, kann ein Neigungswinkel α der Taumelscheibe bewirken, dass sich die Kolben in ihren Bohrungen hin und her bewegen und die oben beschriebene Pumpenwirkung erzeugen. Auf diese Weise kann der Neigungswinkel α der Verdrängungssteuerungsvorrichtung 40 direkt in Beziehung mit einer Verdrängung jedes Kolbens und damit einer Gesamtverdrängung der Pumpe 38 stehen.
Ein Neigungsaktor 46 kann der Verdrängungssteuerungsvorrichtung 40 zum Einstellen des Neigungswinkels α zugeordnet sein. Bei einem Beispiel kann der Neigungsaktor 46 ein Hydraulikzylinder mit einer ersten Kammer 48 sein, die von einer zweiten Kammer 50 mittels einer Kolbenanordnung 52 getrennt ist. Die erste Kammer 48 kann über einen ersten Kammerkanal 54 in ständiger Verbindung mit dem Förderdruck des Zufuhrkanals 44 sein, während die zweite Kammer 50 über einen zweiten Kammerkanal 56 selektiv mit dem Förderdruck und mit einem niedrigeren Druck der Zufuhr 36 verbunden sein kann.
Die Kolbenanordnung 52 kann zum Bewegen der Verdrängungssteuerungsvorrichtung 40 ansprechend auf einen Kraftunterschied über der Kolbenanordnung 52, der durch Fluiddrücke in der ersten und der zweiten Kammer 48, 50 bewirkt wird, mechanisch mit der Verdrängungssteuerungsvorrichtung 40 verbunden sein. Beispielsweise kann, wenn Fluid aus der zweiten Kammer 50 abgelassen wird (d. h. diese in Fluidverbindung mit dem niedrigeren Druck der Zufuhr 36 gebracht wird), bewirkt werden, dass die Kolbenanordnung 52 einfährt und dadurch der Neigungswinkel α zunimmt. Im Gegensatz dazu kann, wenn die zweite Kammer 50 mit mit Druck beaufschlagtem Fluid gefüllt wird (d. h. mit dem Förderdruck des Zufuhrkanals 44 fluidverbunden wird), bewirkt werden, dass die Kolbenanordnung 52 ausfährt und dadurch der Neigungswinkel α abnimmt. Bei dieser Konfiguration kann eine Fluidmenge in der zweiten Kammer 50 mit einer Position der Verdrängungssteuerungsvorrichtung 40 in Beziehung stehen, während eine Rate eines Fluidstroms in die zweite Kammer 50 und aus derselben mit einer Geschwindigkeit der Verdrängungssteuerungsvorrichtung 40 und somit mit einer Rate einer Verdrängungsänderung der Pumpe 38 in Beziehung stehen kann. Es ist vorgesehen, dass das vorher beschriebene Füllen und Leeren der ersten und der zweiten Kammer 48, 50 bezüglich des Einfahrens und Ausfahrens der Kolbenanordnung 52 umgekehrt sein kann, sofern dies erwünscht ist. Es ist ferner vorgesehen, dass die Kolbenanordnung 52 und/oder die Verdrängungssteuerungsvorrichtung 40 über eine Feder in Richtung einer bestimmten Verdrängungsposition vorgespannt sein können, beispielsweise in Richtung einer minimalen oder einer maximalen Verdrängungsposition, sofern dies erwünscht ist.
Ein Verdrängungssteuerungsventil 58 kann in Verbindung mit dem Zufuhrkanal 44, dem zweiten Kammerkanal 56 und über einen Ablaufkanal 60 mit der Zufuhr 36 vorgesehen sein, zum Steuern des Fluidstroms zu und von der zweiten Kammer 50. Das Verdrängungssteuerungsventil 58 kann eines von verschiedenen Arten von Steuerventilen sein, einschließlich beispielsweise eines Proportionalsolenoidventils. Wie in den 2 und 3 gezeigt, kann das Verdrängungssteuerungsventil 58 ein Ventilelement 62 enthalten, das verschiebbar in einem Körper 63 angeordnet ist und mittels eines Solenoids 66 gegen die Vorspannung einer Feder 64 an eine beliebige Position zwischen drei unterschiedlichen Betätigungspositionen bewegbar ist. Das Solenoid 66 kann durch die Steuerung 34 selektiv zum Bewegen des Ventilelements 62 an irgendeine gewünschte Position erregt werden.
Bei einer Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, kann das Ventilelement 62 ein Kolben mit mindestens einem Steg 65 sein, der eine erste ringförmige Aussparung 67 von einer zweiten ringförmigen Aussparung 69 trennt. Die erste ringförmige Aussparung 67 kann in ständiger Fluidverbindung mit dem Ablaufkanal 60 stehen, während die zweite ringförmige Aussparung 69 in ständiger Fluidverbindung mit dem Zufuhrkanal 44 stehen kann. An einer ersten Position (in 2 gezeigt) kann der Steg 65 einen Fluidstrom zwischen dem Zufuhrkanal 44 und dem zweiten Kammerkanal 56 über die zweite ringförmige Aussparung 69 und zwischen dem zweiten Kammerkanal 56 und dem Ablaufkanal 60 über die erste ringförmige Aussparung 67 im Wesentlichen blockieren. An der ersten Position kann keine Einstellung des Neigungswinkels α auftreten (d. h. die Kolbenanordnung 52 kann im Wesentlichen hydraulisch verriegelt sein und die Verdrängungssteuerungsvorrichtung 40 nicht bewegen). Aus der in 2 gezeigten ersten Position kann das Solenoid 66 selektiv erregt werden, um das Ventilelement 62 zum Erreichen der zweiten Position (nicht gezeigt) linear nach rechts zu verschieben. An der zweiten Position kann die erste ringförmige Aussparung 67 des Ventilelements 62 den zweiten Kammerkanal 56 mit dem Auslasskanal 60 verbinden, wodurch Fluid ermöglicht wird, aus der zweiten Kammer 50 zu der Zufuhr 36 zu strömen, was effektiv den Druck in der zweiten Kammer 50 verringert. An dieser Position kann Hochdruckfluid in der ersten Kammer 48 bewirken, dass die Kolbenanordnung 52 einfährt und dadurch der Neigungswinkel α der Verdrängungssteuerungsvorrichtung 40 erhöht wird. Aus der in 2 gezeigten ersten Position kann das Solenoid 66 selektiv zum Bewegen des Ventilelements 62 nach links zum Erreichen der dritten Position (in 3 gezeigt) erregt werden. An der dritten Position kann die zweite ringförmige Aussparung 69 den zweiten Kammerkanal 56 mit dem Zufuhrkanal 44 verbinden, wodurch ermöglicht wird, dass gefördertes Fluid von der Pumpe 38 zu der zweiten Kammer 50 strömt, was effektiv den Druck in der zweiten Kammer 50 erhöht. An dieser Position kann Hochdruckfluid in der zweiten Kammer 50 in Verbindung mit einer größeren effektiven Zylinderfläche der Kolbenanordnung 52 bewirken, dass die Kolbenanordnung 52 ausfährt und dadurch der Neigungswinkel α der Verdrängungssteuerungsvorrichtung 40 verringert wird. Wenn das Ventilelement 62 an eine Position zwischen der ersten und der zweiten Position oder an eine Position zwischen der ersten und der dritten Position bewegt wird, kann sich die Kolbenanordnung 52 immer noch zum Erhöhen oder Verringern des Neigungswinkels α bewegen, jedoch mit einer Geschwindigkeit, die proportional zu der Bewegung des Ventilelements 62 ist. Das heißt, es ist vorgesehen, dass das durch die erste ringförmige Aussparung 67 und/oder durch die zweite ringförmige Aussparung 69 strömende Fluid mit einer Rate, die proportional zu einer effektiven Ventilfläche A_Ventil der entsprechenden ringförmigen Aussparung 67, 69 ist, strömen kann. Wie hierin verwendet, kann A_Ventil insbesondere die kleinste Fläche bezeichnen, durch die in dem Verdrängungssteuerungsventil 58 Fluid strömt.
Erneut Bezug nehmend auf 2, kann das von der Pumpe 38 geförderte, mit Druck beaufschlagte Fluid mittels eines Werkzeugsteuerungsventils 68 selektiv zum Bewegen der Hydraulikaktoren 26 geleitet werden. Insbesondere kann das Werkzeugsteuerungsventil 68 in dem Kanal 44 stromaufwärts der Hydraulikaktoren 26 angeordnet sein. Ferner kann, ähnlich zu dem Neigungsaktor 46, jeder Hydraulikaktor 26 eine erste und eine zweite Kammer 70, 72 enthalten. Bei einer Ausführungsform können die erste und die zweite Kammer 70, 72 durch eine Kolbenanordnung 74 getrennt sein. Bei einer alternativen Ausführungsform können die erste und die zweite Kammer 70, 72 durch ein Flügelrad oder eine andere bekannte Leistungsübertragungsvorrichtung getrennt sein. Der ersten und der zweiten Kammer 70, 72 kann durch das Werkzeugsteuerungsventil 68 zum Bewirken einer Bewegung der Kolbenanordnung 74 (oder der unterschiedlichen Leistungsübertragungsvorrichtung) selektiv Fluid zugeführt oder aus denselben abgelassen werden. Wenn beispielsweise die erste Kammer 70 mit mit Druck beaufschlagtem Fluid gefüllt wird und aus der zweiten Kammer 72 Fluid abgelassen wird, kann die Kolbenanordnung 74 zum Absenken des Auslegerelements 20 (1) einfahren. Im Gegensatz dazu kann, wenn aus der ersten Kammer 70 mit Druck beaufschlagtes Fluid abgelassen wird und die zweite Kammer 72 mit mit Druck beaufschlagtem Fluid gefüllt wird, die Kolbenanordnung 74 zum Anheben des Auslegerelements 20 ausfahren. Zum Füllen und Leeren der ersten und der zweiten Kammer 70, 72 kann das Werkzeugsteuerungsventil 68 selektiv einen ersten Kammerkanal 76 und einen zweiten Kammerkanal 78 über den Kanal 44 mit dem Auslass der Pumpe 38 und über einen Ablaufkanal 80 mit der Zufuhr 36 verbinden.
Das Werkzeugsteuerungsventil 68 kann eines von verschiedenen Arten von Steuerventilen sein, einschließlich beispielsweise eines Proportionalsolenoidventils. Das heißt, das Werkzeugsteuerungsventil 68 kann ein Ventilelement 82, beispielsweise einen Kolben, enthalten, das mittels eines Solenoids 86 gegen die Vorspannung einer Feder 84 an eine beliebige Position zwischen drei unterschiedlichen Betätigungspositionen bewegbar ist. Bei einer Ausführungsform kann das Solenoid 86 mittels einer Feder 88 für einen Betrieb mit dem Ventilelement 82 verbunden sein und durch die Steuerung 34 selektiv zum Bewegen des Ventilelements 82 an irgendeine gewünschte Position erregt werden.
An einer ersten Position (nicht gezeigt) kann das Werkzeugsteuerungsventil 68 im Wesentlichen jeglichen Fluidstrom in die erste und die zweite Kammer 70, 72 oder aus denselben blockieren. An der ersten Position kann keine Bewegung des Auslegerelements 20 auftreten (d. h., die Kolbenanordnung 74 kann hydraulisch verriegelt sein und das Auslegerelement 20 nicht bewegen). Aus der ersten Position kann das Solenoid 86 zum Bewegen des Ventilelements 82 nach rechts zum Erreichen der zweiten Position (in 2 gezeigt) selektiv erregt werden. An der zweiten Position kann das Werkzeugsteuerungsventil 68 mittels des ersten Kammerkanals 76 die erste Kammer 70 mit dem Zufuhrkanal 44 und mittels des zweiten Kammerkanals 78 und des Ablaufkanals 80 die zweite Kammer 72 mit der Zufuhr 36 verbinden. An der zweiten Position kann die erste Kammer 70 mit mit Druck beaufschlagtem Fluid, das von der Pumpe 38 gefördert wird, gefüllt werden, während aus der zweiten Kammer 72 Fluid zu der Zufuhr 36 abgelassen wird. Dieses gleichzeitige Füllen der ersten Kammer 70 und Leeren der zweiten Kammer 72 kann ein Einfahren der Kolbenanordnung 74 bewirken. Aus der ersten Position kann das Solenoid 86 selektiv zum Bewegen des Ventilelements 82 nach links zum Erreichen der dritten Position (nicht gezeigt) erregt werden. An der dritten Position kann das Werkzeugsteuerungsventil 68 die erste Kammer 70 mit dem Ablaufkanal 80 und die zweite Kammer 72 mit dem Zufuhrkanal 74 verbinden. An der dritten Position kann die zweite Kammer 72 mit mit Druck beaufschlagtem Fluid von der Pumpe 38 gefüllt werden, während aus der ersten Kammer 70 Fluid abgelassen wird. Dieses gleichzeitige Leeren der ersten Kammer 70 und Füllen der zweiten Kammer 72 kann ein Ausfahren der Kolbenanordnung 74 bewirken. Wenn das Ventilelement 82 an eine Position zwischen der ersten und der zweiten Position oder an eine Position zwischen der ersten und der dritten Position bewegt wird, kann sich die Kolbenanordnung 74 immer noch zum Heben oder Senken des Auslegerelements 20 bewegen, jedoch mit einer Geschwindigkeit, die proportional zu der Position des Ventilelements 82 ist. Wenn das Ventilelement 82 zwischen der ersten, der zweiten und der dritten Position bewegt wird (und die Hydraulikaktoren 26 Fluid mit unterschiedlichen Raten und Drücken verbrauchen), kann ein Druckgradient ΔP₆₈ über dem Werkzeugsteuerungsventil 68 variieren.
Eine oder mehrere Sensoren können der Steuerung 34 zum Ermöglichen einer genauen Steuerung der Bewegung der Hydraulikaktoren 26 und des Neigungsaktors 46 zugeordnet sein. Insbesondere kann ein erster Sensor 90 zum Überwachen eines Förderdrucks der Pumpe 38 angeordnet sein, beispielsweise eines Fluiddrucks in dem Zufuhrkanal 44 stromaufwärts des Werkzeugsteuerungsventils 68. Ein zweiter Sensor 92 kann zum Überwachen eines Fluiddrucks in der ersten Kammer 70 angeordnet sein, beispielsweise eines Fluiddrucks in dem ersten Kammerkanal 76. Ein dritter Sensor 94 kann auf ähnliche Weise zum Überwachen eines Fluiddrucks in der zweiten Kammer 72 angeordnet sein, beispielsweise eines Fluiddrucks in dem zweiten Kammerkanal 78. Die Sensoren 90–94 können zum Erzeugen von Signalen, die die überwachten Drücke angeben, und Senden dieser Signale zu der Steuerung 34 ausgebildet sein.
Wie im Folgenden genauer beschrieben wird, kann die Steuerung 34 ansprechend auf eine Eingabe von den Sensoren 90–94 und/oder von der Bedienerschnittstellenvorrichtung 24 eine Betätigung der Steuerventile 58 und/oder 68 zum Bewirken einer Bewegung des Neigungsaktors 46 und/oder der Hydraulikaktoren 26 einstellen. Die Steuerung 34 kann als ein einzelner Mikroprozessor oder als mehrere Mikroprozessoren ausgeführt sein, die ein Mittel zum Steuern und Betätigen von Komponenten des Hydrauliksteuerungssystems 28 enthalten. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können zum Durchführen der Funktionen der Steuerung 34 ausgebildet sein. Es ist offensichtlich, dass die Steuerung 34 ohne Weiteres als ein allgemeiner Mikroprozessor ausgeführt sein könnte, der dazu in der Lage ist, zahlreiche Maschinenfunktionen zu steuern. Die Steuerung 34 kann einen Speicher, eine Sekundärspeichervorrichtung, einen Prozessor und irgendwelche anderen Komponenten zum Laufenlassen einer Anwendung enthalten. Verschiedene andere Schaltungen können der Steuerung 34 zugeordnet sein, beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalformungsschaltung, eine Solenoidtreiberschaltung und andere Arten von Schaltungen.
Eine oder mehrere Kennfelder, die verschiedene Systemparameter in Beziehung setzen, können in dem Speicher der Steuerung 34 gespeichert sein. Jedes dieser Kennfelder kann eine Ansammlung von Daten in Form von Tabellen, Graphen, Gleichungen und/oder einer anderen geeigneten Form enthalten. Die Kennfelder können durch die Steuerung 34 oder einen Bediener zum Bewirken eines Betriebs des Hydrauliksteuerungssystems 28 automatisch oder manuell ausgewählt und/oder modifiziert werden.
Basierend auf von den Sensoren 90–94 empfangenen Signalen, kann die Steuerung 34 einen Betrieb des Verdrängungssteuerungsventils 58 zum Aufrechterhalten eines im Wesentlichen konstanten ΔP₆₈ regeln. Insbesondere kann die Steuerung 34 die Signale von den Drucksensoren 90–94 zum Ermitteln von ΔP₆₈ (d. h. zum Ermitteln eines Druckunterschieds zwischen dem Pumpenförderdruck in dem Zufuhrkanal 44 und dem Höheren der Drücke in dem ersten und dem zweiten Kammerkanal 76, 78) empfangen und vergleichen. Ferner kann, wenn die Steuerung 34 ermittelt, dass ΔP₆₈ nicht gleich einem vorbestimmten Wert ist (d. h. innerhalb eines Betrags eines gewünschten Druckgradienten), die Steuerung 34 ein Lasterfassungsantwortsignal erzeugen, das zu dem Verdrängungssteuerungsventil 58 geleitet wird und das dazu dient, ΔP₆₈ zu korrigieren.
Das Lasterfassungsantwortsignal von der Steuerung 34 kann dazu führen, dass das Solenoid 66 selektiv zum Bewegen des Ventilelements 62 zu einer gewünschten Position erregt wird, die dazu führt, dass der Neigungsaktor 46 den Neigungswinkel α der Verdrängungssteuerungsvorrichtung 40 einstellt. Wenn beispielsweise ΔP₆₈ niedriger als erwartet ist, kann die Steuerung 34 ein Lasterfassungsantwortsignal zu dem Solenoid 66 ausgeben (d. h. einen Befehl ausgeben oder einen elektrischen Strom senden), das bewirkt, dass das Solenoid 66 das Ventilelement 62 in Richtung der zweiten Position bewegt, wodurch bewirkt wird, dass die Kolbenanordnung 52 des Neigungsaktors 46 einfährt und der Neigungswinkel α zunimmt und damit die Verdrängung der Pumpe 38 zunimmt. Im Gegensatz dazu kann, wenn ΔP₆₈ höher als erwartet ist, die Steuerung 34 ein Lasterfassungsantwortsignal zu dem Solenoid 66 ausgeben, das bewirkt, dass das Solenoid 66 das Ventilelement 62 in Richtung der dritten Position bewegt, wodurch bewirkt wird, dass die Kolbenanordnung 52 des Neigungsaktors 46 ausfährt und der Neigungswinkel α abnimmt und somit die Verdrängung der Pumpe 38 abnimmt. Auf diese Weise kann ein im Wesentlichen konstanter ΔP₆₈ aufrechterhalten werden, was zu einem stabilen und ansprechenden Betrieb der Hydraulikaktoren 26 führt.
Das Lasterfassungsantwortsignal kann von der Steuerung 34 unter Bezugnahme auf die in dem Speicher gespeicherten Kennfelder und basierend auf der Eingabe von den Sensoren 90–94 berechnet/ermittelt/abgeschätzt werden. Insbesondere kann die Steuerung 34 zunächst zum Ermitteln einer gewünschten Änderungsrate des Stroms aus (d. h. der Verdrängung) der Pumpe 38 basierend auf ΔP₆₈ und dem gewünschten konstanten Druckgradienten ausgebildet sein. Bei einem Beispiel kann die gewünschte Änderungsrate der Verdrängung der Pumpe 38 durch direktes in Bezug setzen von ΔP₆₈ oder durch in Bezug setzen eines Unterschieds zwischen ΔP₆₈ und dem gewünschten konstanten Druckgradienten mit den in dem Speicher der Steuerung 34 gespeicherten Kennfeldern ermittelt werden. Bei einem anderen Beispiel können bestimmte Betriebszustände des Hydrauliksteuerungssystems 28, beispielsweise eine Drehzahl der Pumpe 38, in Verbindung mit ΔP₆₈ zum Ermitteln der gewünschten Änderungsrate der Verdrängung der Pumpe 38 verwendet werden.
Aufgrund von bekannten mechanischen Verbindungen und/oder Beziehungen zwischen einer Bewegung der Verdrängungssteuerungsvorrichtung 40 und der Verdrängungsänderung einzelner Kolben in der Pumpe 38 und aufgrund von bekannten mechanischen Verbindungen und/oder Beziehungen zwischen einer Bewegung des Neigungsaktors 46 und dem resultierenden Neigungswinkel α der Verdrängungssteuerungsvorrichtung 40, kann die gewünschte Änderungsrate der Verdrängung der Pumpe 38 direkt mit einer gewünschten Geschwindigkeit V des Neigungsaktors 46 in Beziehung gesetzt werden. Ferner kann bekannterweise die Geschwindigkeit (d. h. die Ausfahr- oder Einfahrgeschwindigkeit) eines Zylinders (z. B. des Neigungsaktors 46) im Wesentlichen gleich einer Fluidströmungsrate Q in diesen Zylinder geteilt durch eine effektive Fläche A_Zylinder sein, auf die das Fluid einwirkt. Ferner kann, da die gewünschte Geschwindigkeit unter Bezugnahme auf die in dem Speicher der Steuerung 34 gespeicherten Kennfelder ermittelt werden kann, wie vorher beschrieben, und die effektive Fläche der Kolbenanordnung 52 bekannt sein kann, die zum Bewegen des Neigungsaktors 46 mit der gewünschten Geschwindigkeit benötigte (d. h. zum Erzeugen der gewünschten Änderungsrate der Verdrängungspumpe 38 benötigte) Fluidströmungsrate gemäß der folgenden Gleichung Gl. 1 berechnet werden: Q = V·A_Zylinder Gl. 1 wobei:
Q die erforderliche Fluidströmungsrate in den Neigungsaktor 46 ist;
V die gewünschte Geschwindigkeit der Kolbenanordnung 52 ist, die anhand der Kennfelder der Steuerung 34 ermittelt wird; und
A_Zylinder die bekannte effektive Fläche der Kolbenanordnung 52 ist.
Es ist vorgesehen, dass Fluid, das durch die erste und/oder die zweite ringförmige Aussparung 67, 69 des Verdrängungssteuerungsventils 58 strömt, mit einer Rate strömen kann, die proportional zu einer effektiven Ventilfläche A_Ventil der entsprechenden ringförmigen Aussparung ist. Somit kann, nach einem Ermitteln der Strömungsrate von Fluid, das in den Neigungsaktor 46 eintreten muss, um zu bewirken, dass die Pumpe 38 gemäß der oben angegebenen Gl. 1 geeignet auf ΔP₆₈ antwortet, die Steuerung 34 zum Ermitteln, wie das Verdrängungssteuerungsventil 58 betätigt werden muss, um diese Strömungsrate zu liefern, ausgebildet sein. Genauer kann die Steuerung 34 zum Ermitteln der für das Verdrängungssteuerungsventil 58 benötigten effektiven Fläche A_Ventil basierend auf einer allgemein bekannten Strömungsgleichung Gl. 2 ausgebildet sein, die im Folgenden angegeben ist:
wobei:
A_Ventil die effektive Fläche des Verdrängungssteuerungsventils 58 ist;
Q die benötigte Strömungsrate in den Neigungsaktor 46 und durch das Verdrängungssteuerungsventil 58 ist, die anhand von der oben angegebenen Gl. 1 ermittelt wird;
C_d ein Förderkoeffizient ist;
ρ eine Dichte des durch das Verdrängungssteuerungsventil 58 gehenden Fluids ist; und
ΔP₅₈ ein Druckgradient über dem Verdrängungssteuerungsventil 58 ist.
Der Förderkoeffizient C_d kann zum näherungsweise Bestimmen von Viskositäts- und Turbulenzeffekten eines Fluidstroms verwendet werden und in dem Bereich von etwa 0,5–0,9 liegen, bei einer Ausführungsform etwa 0,62. Da der Förderkoeffizient C_d, der Druckgradient ΔP₅₈ über dem Verdrängungssteuerungsventil 58 und die Fluiddichte ρ alle im Wesentlichen konstant sein können, kann A_Ventil ohne Weiteres berechnet werden. Es sei jedoch bemerkt, dass, auch wenn ΔP₅₈ und ρ bei diesem Beispiel als im Wesentlichen konstant angenommen werden können, vorgesehen ist, dass gemessene und/oder variable Werte verwendet werden können, um die Genauigkeit der Ventilsteuerung zu verbessern, sofern dies erwünscht ist.
Nachdem A_Ventil berechnet wurde, kann die Steuerung 34 eine Kraft f_k ermitteln, die von dem Solenoid 66 benötigt wird, um das Ventilelement 62 zum Erzeugen von A_Ventil eine Strecke x gegen die Vorspannung der Feder 68 zu bewegen. Genauer kann die Steuerung 34 in dem Speicher ein Kennfeld (z. B. eine Auftragung einer Verdrängung gegen eine Fläche) gespeichert haben, das bekannte Werte von A_Ventil mit x in Beziehung setzt. Ferner kann die Steuerung 34 zum Berechnen von f_k gemäß einer bekannten Federkraftgleichung Gl. 3 ausgebildet sein, die im Folgenden angegeben ist: f_k = x·k GL. 3 wobei:
f_k die Kraft ist, die von dem Solenoid 66 zum Bewegen des Ventilelements 62 um die Strecke x gegen die Vorspannung der Feder 64 benötigt wird;
x die Strecke ist, die zum Erzeugen von A_Ventil erforderlich ist; und
k die Federkonstante der Feder 64 ist.
Während sich Fluid durch das Verdrängungssteuerungsventil 58 bewegt, können eine Trägheit, eine Turbulenz und/oder eine Viskosität des Fluids selbst Kräfte auf das Ventilelement 62 ausüben, die zum Verbessern einer Genauigkeit der Steuerung von A_Ventil berücksichtigt werden sollten. Die auf das Ventilelement 62 einwirkenden Strömungskräfte können unter Verwendung von Gl. 4 abgeschätzt werden, die im Folgenden angegeben ist: f_f = 2·C_d·A_Ventil·ΔP₅₈·cos(φ) Gl. 4 wobei:
f_f die Strömungskräfte sind;
C_d der Förderkoeffizient ist;
A_Ventil die effektive Fläche des Verdrängungssteuerungsventils 58 ist;
ΔP₅₈ der Druckgradient über dem Verdrängungssteuerungsventils 58 ist; und
φ ein Fluidaustrittswinkel aus A_Ventil ist.
Wenngleich der Austrittswinkel φ variieren kann, kann bei einem Beispiel φ als konstant angenommen werden, basierend auf Laborversuchen, und zum näherungsweisen Bestimmen der Trajektorien von aus A_Ventil austretenden Strömungskräften verwendet werden. Da ΔP₅₈, A_Ventil, φ und C_d bekannte Werte sein können, kann f_f berechnet werden und dann während einer Bewegung des Verdrängungssteuerungsventils 58 kompensiert werden. Insbesondere können alle Kräfte, die auf das Ventilelement 62 einwirken und die das Solenoid 66 liefern muss, durch Aufsummieren gemäß der folgenden Gl. 5 ermittelt werden: F_s = f_k + f_f Gl. 5 wobei:
F_s die von dem Solenoid 66 benötigte Gesamtkraft ist;
f_k die von dem Solenoid 66 zum Bewegen des Ventilelements 62 um die Strecke x gegen die Vorspannkraft der Feder 64 benötigte Kraft ist; und
f_f die Strömungskräfte sind.
Somit kann das Lasterfassungsantwortsignal, das von der Steuerung 34 ansprechend darauf, dass ΔP₆₈ einen unerwünschten Wert aufweist, zu dem Solenoid 66 geleitet wird, eine Befehlskomponente enthalten, die mit F_s in Beziehung steht. Bei einer Ausführungsform kann die Steuerung 34 basierend auf einer Bezugnahme auf ein in dem Speicher gespeichertes Kennfeld (z. B. eine Auftragung einer Kraft gegen einen elektrischen Strom für das Solenoid 66) einen zum ausreichenden Erregen des Solenoids 66 zum Erzeugen von F_s benötigten elektrischen Strom ermitteln. Ferner kann die Steuerung 34 zum Leiten dieses elektrischen Stroms zu dem Solenoid 66 ansprechend auf ΔP₆₈ ausgebildet sein.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das offenbarte Hydrauliksteuerungssystem findet potentiell bei Maschinen Anwendung, bei denen Kosten und eine genaue Regulierung einer Pumpenfördermenge in Betracht zu ziehen sind. Die offenbarte Lösung findet insbesondere Anwendung bei Hydraulikwerkzeugsystemen, vor allem bei Hydraulikwerkzeugsystemen zur Verwendung auf mobilen Maschinen. Für Fachleute ist offensichtlich, dass das offenbarte Hydrauliksteuerungssystem auch in Bezug auf andere Maschinen eingesetzt werden könnte, die mit hydraulisch betätigten Werkzeugen verbunden sein können oder auch nicht.
Während des Betriebs des Hydrauliksteuerungssystems 28 kann ein Maschinenbediener die Bedienerschnittstellenvorrichtung 24 (1) zum Anweisen einer Bewegung des Arbeitswerkzeugs 14 bedienen. Wenn der Maschinenbediener die Bedienerschnittstellenvorrichtung 24 bedient, kann ein Signal erzeugt werden, das proportional zu einer Auslenkungsposition der Bedienerschnittstellenvorrichtung 24 ist. Dieses Signal kann von der Steuerung 34 empfangen und in einen oder mehrere Antwortbefehle umgesetzt werden, die zu dem Werkzeugsteuerungsventil 68 geleitet werden und die bewirken, dass sich das Ventilelement 82 zwischen seinen drei Positionen bewegt.
Wenn mit Druck beaufschlagtes Fluid durch das Werkzeugsteuerungsventil 68 in entweder die erste oder die zweite Kammer 70, 72 strömt, kann sich der Druck des entsprechenden ersten und zweiten Kammerkanals 76, 78 ändern. Die Steuerung 34 kann den Druckgradienten über dem Werkzeugsteuerungsventil 68 (ΔP₆₈) durch Verwenden von Signalen ermitteln, die von den Drucksensoren 90–94 empfangen werden. Die Steuerung 34 kann ΔP₆₈ mit einem vorbestimmten Wert (d. h. mit einem gewünschten Druckgradienten) vergleichen und ein entsprechendes Lasterfassungsantwortsignal erzeugen.
Das Lasterfassungsantwortsignal kann zu einer zum Variieren der Fördermenge benötigten Anpassung der Verdrängung der Pumpe 38 führen. Wenn beispielsweise der Druckgradient ΔP₆₈ zu niedrig ist, kann das Lasterfassungsantwortsignal bewirken, dass die Verdrängung der Pumpe 38 zunimmt. Umgekehrt kann, wenn der Druckgradient ΔP₆₈ als zu hoch ermittelt wird, das Lasterfassungsantwortsignal bewirken, dass die Verdrängung der Pumpe 38 abnimmt.
Wie vorher beschrieben, kann die Steuerung 34 das Lasterfassungsantwortsignal basierend auf den Gl. 1–5 berechnen/abschätzen/ermitteln/erzeugen. Insbesondere kann die Steuerung 34 zuerst ΔP₆₈ mit einer gewünschten Änderungsrate des Stroms aus (d. h. der Verdrängung) der Pumpe 38 in Beziehung setzen. Diese gewünschte Änderungsrate einer Pumpenverdrängung kann dann mit einer gewünschten Geschwindigkeit (V) des Neigungsaktors 46 in Beziehung gesetzt werden, anhand der die gewünschte Strömungsrate (Q) von Fluid durch das Verdrängungssteuerungsventil 58 gemäß Gl. 1 berechnet werden kann. Basierend auf Q und einem als konstant angenommenen Druckgradienten über dem Verdrängungssteuerungsventil 58 (ΔP₅₈), kann die entsprechende effektive Fläche des Verdrängungssteuerungsventils 58 (A_Ventil) gemäß Gl. 2 berechnet werden. Nach in Beziehung setzen von A_Ventil mit einer linearen Verschiebung des Ventilelements 62 (x), kann die von dem Solenoid 66 zum Überwinden der Vorspannung der Feder 64 benötigte Kraft (f_k), die durch x bewirkt wird, gemäß Gl. 3 berechnet werden. Zusätzlich dazu kann die von dem Solenoid 66 zum Überwinden von Kräften in Verbindung mit dem Fluidstrom durch das Verdrängungssteuerungsventil 58 benötigte Kraft (f_f) basierend auf A_Ventil, ΔP₅₈ und dem als konstant angenommenen Austrittswinkel (φ) des Fluids bei A_Ventil gemäß Gl. 4 berechnet werden. Die von dem Solenoid 66 benötigte Gesamtkraft (F_s) kann dann gemäß Gl. 5 berechnet werden, und eine entsprechende Befehlskomponente des Lasterfassungsantwortsignals kann zum Erregen des Solenoids 66 ausgesandt werden.
Es ist offensichtlich, dass das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung durch Kompensieren von durch ein sich bewegendes Fluid hervorgerufenen Strömungskräften eine Genauigkeit bei der Steuerung einer Pumpenverdrängung liefern können. Die Strömungskraftkompensation kann dazu beitragen, eine ansprechende und vorhersagbare Arbeitswerkzeugbetätigung bei Hydrauliksystemen mit konstantem Druck zu ermöglichen. Zusätzlich dazu kann die Strömungskraftkompensation dazu beitragen, die Notwendigkeit von Positionskorrekturstellantriebsmechanismen, die bei anderen Systemen verwendet werden, zu eliminieren. Durch Verringern des Bedarfs an Stellantriebsmechanismen kann das beschriebene System Fehler in Verbindung mit einer Positionskorrektur verringern, ein Pumpenansprechen verbessern und Instabilitäten und Kosten verringern.
Für Fachleute ist offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten Hydrauliksteuerungssystem vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Andre Ausführungsformen des offenbarten Hydrauliksteuerungssystems werden für Fachleute unter Berücksichtigung der Beschreibung und der hierin offenbarten Ausführung offensichtlich werden. Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich als exemplarisch betrachtet werden, wobei der wahre Schutzbereich durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente festgelegt wird
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6374722 [0004, 0005]

Claims

Hydrauliksteuerungssystem (28) mit: einer Pumpe (38), die zum Beaufschlagen von Fluid mit Druck ausgebildet ist; einem Verdrängungssteuerungsventil (58), das zum Einstellen einer Verdrängung der Pumpe ausgebildet ist; einem Werkzeugsteuerungsventil (68), das zum Empfangen von mit Druck beaufschlagtem Fluid von der Pumpe und zum selektiven Leiten des mit Druck beaufschlagten Fluids zu einem Hydraulikaktor ausgebildet ist; und einer Steuerung (34), die mit dem Verdrängungssteuerungsventil in Verbindung steht und ausgebildet ist zum: Ermitteln eines Druckgradienten über dem Werkzeugsteuerungsventil, der sich im Wesentlichen von einem gewünschten Druckgradienten unterscheidet; Ermitteln eines gewünschten Zustands des Verdrängungssteuerungsventils basierend auf dem Druckgradienten; Ermitteln einer auf das Verdrängungssteuerungsventil aufgebrachten Strömungskraft basierend auf dem gewünschten Zustand; und Erzeugen eines zu dem Verdrängungssteuerungsventil geleiteten Lasterfassungsantwortsignals basierend auf dem gewünschten Zustand und der Strömungskraft.
Hydrauliksteuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem der gewünschte Zustand eine effektive Fläche ist, die einen gewünschten Fluidstrom durch das Verdrängungssteuerungsventil liefert, und die Strömungskraft eine Folge des gewünschten Fluidstroms durch die effektive Fläche ist.
Hydrauliksteuerungssystem nach Anspruch 2, bei dem: das Verdrängungssteuerungsventil ein Ventilelement (62) und eine Feder (64) enthält, die zum Vorspannen des Ventilelements ausgebildet ist; und die Steuerung ferner dazu ausgebildet ist, eine lineare Verschiebung des Ventilelements zu ermitteln, die die effektive Fläche liefert, und eine als Folge der linearen Verschiebung von der Feder auf das Ventilelement aufgebrachte Kraft zu ermitteln.
Hydrauliksteuerungssystem nach Anspruch 3, bei dem: das Verdrängungssteuerungsventil ferner ein Solenoid (66) enthält, das zum Bewegen des Ventilelements ausgebildet ist; und das Lasterfassungsantwortsignal einen Betrag einer Kraft angibt, die von dem Solenoid zum Überwinden der von der Feder aufgebrachten Kraft und der Strömungskraft benötigt wird.
Hydrauliksteuerungssystem nach Anspruch 2, bei dem die effektive Fläche basierend auf einem Druckgradienten über dem Verdrängungssteuerungsventil berechnet wird, der als konstant angenommen wird.
Hydrauliksteuerungssystem nach Anspruch 5, ferner enthaltend mindestens einen Drucksensor (90–94), der dem Werkzeugsteuerungsventil zum Messen des Druckgradienten über dem Werkzeugsteuerungsventil zugeordnet ist.
Hydrauliksteuerungssystem nach Anspruch 1, ferner enthaltend: eine Verdrängungssteuerungsvorrichtung (40), die zum Variieren der Verdrängung der Pumpe bewegbar ist; und einen Neigungsaktor (46), der zum Bewegen der Verdrängungssteuerungsvorrichtung ausgebildet ist, wobei das Verdrängungssteuerungsventil zum Aktivieren des Neigungsaktors fluidverbunden ist und der gewünschte Zustand mit einem gewünschten Fluidstrom durch das Verdrängungssteuerungsventil zusammenhängt, der eine gewünschte Geschwindigkeit des Neigungsaktors zur Folge hat.
Verfahren zum Steuern eines Fluidstroms aus einer Pumpe (38), mit folgenden Schritten: Erfassen eines unerwünschten Druckgradienten, der eine Folge einer Hydraulikwerkzeugbetätigung ist; Ermitteln einer gewünschten Änderungsrate einer Verdrängung der Pumpe basierend auf dem unerwünschten Druckgradienten; Ermitteln einer Strömungskraft, die sich auf eine Implementierung der gewünschten Änderungsrate der Verdrängung der Pumpe auswirkt; und Erzeugen eines Lasterfassungsantwortsignals zum Implementieren der gewünschten Änderungsrate der Verdrängung der Pumpe unter Berücksichtigung der Strömungskraft.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem: die gewünschte Änderungsrate der Verdrängung der Pumpe mit einer effektiven Ventilfläche zusammenhängt, die einen gewünschten Fluidstrom zum Einstellen der Verdrängung der Pumpe liefert; die Strömungskraft eine Folge des gewünschten Fluidstroms durch die effektive Ventilfläche ist; und das Ermitteln der Strömungskraft das Ermitteln der Strömungskraft basierend auf der effektiven Ventilfläche und auf einem Winkel eines Fluidaustritts aus der effektiven Ventilfläche beinhaltet.
Maschine (10) mit: einer Leistungsquelle (16): einem Werkzeug (14); einem Hydraulikaktor (26), der zum Bewegen des Werkzeugs ausgebildet ist; und dem Hydrauliksteuerungssystem (28) nach einem der Ansprüche 1–7, das durch die Leistungsquelle zum Aktivieren des Hydraulikaktors angetrieben wird.