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Technisches Gebiet
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Diese Patentoffenbarung betrifft allgemein ein Hydraulikleistungssystem, insbesondere ein System und ein Verfahren zur Leistungsversorgung eines Hydrauliksystems zum Teil durch eine primäre Leistungsquelle und zum Teil durch eine Energiespeichervorrichtung.
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Hintergrund
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Hydraulikmaschinen, beispielsweise Hydraulikbagger, verwenden Brennkraftmaschinen zum Antreiben von Hydraulikpumpen, die wiederum Zylinder mit Hydraulikleistung versorgen. Die Brennkraftmaschine arbeitet häufig mit einer festen Drehzahl, unabhängig von dem tatsächlichen augenblicklichen Leistungsbedarf der Maschine. Somit läuft, auch wenn der Leistungsbedarf niedrig ist, die Brennkraftmaschine mit einer ineffizienten Drehzahl, was zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und einem Verschleiß der Brennkraftmaschine führt. Wenn ein Leistungsbedarf hoch ist, läuft die Brennkraftmaschine jedoch mit einer hohen Drehzahl, und das Hydrauliksystem kann auf effiziente Weise mit Leistung versorgt werden. Demzufolge läuft die Brennkraftmaschine für Aufgaben, die eine hohe Leistung benötigen, mit einer optimalen Drehzahl, sie läuft jedoch für Aufgaben, die eine niedrigere Leistung benötigen, mit einer ineffizienten Drehzahl.
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Eine beispielhafte Hydraulikmaschine ist ein Hydraulikbagger, der für eine Anzahl von Aufgaben verwendet wird, die als getrennte Schritte betrachtet werden können. Bagger werden häufig dazu verwendet, Gräben auszuheben. Während eines typischen Aushubzyklus beginnt der Bagger mit dem Aushubschritt, in dem er mit seinem Löffel Erde aushebt. Als Nächstes hebt der Bagger während des Anhebe- und Schwenkschritts die Erde hoch und schwenkt zu einer Abladestelle, beispielsweise einem wartenden Kipplaster. Während des Abladeschritts lädt die Maschine die Erde an der Abladestelle ab. Schließlich schwenkt der Bagger während des Rückkehrschritts zu der Aushubstelle zurück, während der Löffel abgesenkt wird, und ist somit bereit für den nächsten Aushubzyklus. Während des gesamten Aushubzyklus läuft die Maschine mit maximaler Leistung und daher mit hoher Motordrehzahl. Jedoch benötigen lediglich der Aushubschritt und die Schritte zum Anheben und Schwenken eine hohe Motorleistung. Die Schritte zum Abladen und Zurückkehren benötigen eine geringere Leistung, die Maschine läuft jedoch typischerweise mit hoher Drehzahl und verbraucht so unnötig Kraftstoff.
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Es sind Steuersysteme implementiert worden, um eine Leistungsverteilung bei Hydraulikmaschinen während eines Betriebs mit unterschiedlichen Leistungsanforderungen zu steuern. Beispielsweise offenbart die
US 7,434,653 von Khalil et al. („Khalil”) ein anforderungsgerechtes Elektrohydrauliklenksystem für eine Arbeitsmaschine. Khalil schlägt vor, dass das dort beschriebene Elektrohydrauliklenksystem die Menge an mit Druck beaufschlagtem Fluid, die zum Lenken der Arbeitsmaschine während zahlreicher Betriebsszenarien verwendet wird, reduzieren kann, wodurch die Menge an mit Druck beaufschlagtem Fluid, die während des Lenkens für den Betrieb anderer Nichtlenksysteme und Arbeitsgeräte zur Verfügung steht, erhöht wird. Jedoch versorgen Khalil und andere bekannte Hydrauliksysteme kein Hydrauliksystem in Abhängigkeit von einem Leistungsbedarf einer Energiespeichervorrichtung, beispielsweise einem Ladezustand, und in Abhängigkeit von einem Sollparameter, beispielsweise einer optimalen Sollmotordrehzahl, mit Leistung.
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Die offenbarten Systeme und Verfahren zielen darauf ab, eines oder mehrere der vorher dargelegten Probleme zu überwinden.
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Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt beschreibt die Offenbarung ein Verfahren zum Versorgen eines Hydrauliksystems mit Leistung. Das Verfahren beinhaltet Ermitteln eines Hydrauliksystemleistungsbedarfs, Ermitteln eines Energiespeichervorrichtungsleistungsbedarfs und Ermitteln eines Sollparameters einer primären Leistungsquelle basierend auf dem Hydrauliksystemleistungsbedarf. Das Verfahren beinhaltet ferner das Versorgen des Hydrauliksystems mit Leistung in Abhängigkeit von dem Energiespeichervorrichtungsleistungsbedarf und dem Sollparameter.
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Gemäß einem anderen Aspekt ist ein System zum Versorgen eines Hydrauliksystems mit Leistung offenbart, das mit einer primären Leistungsquelle betriebsverbunden ist. Das System enthält eine Steuerung, die mit einer Energiespeichervorrichtung, der primären Leistungsquelle und dem Hydrauliksystem betriebsverbunden ist. Die Steuerung ist zum Ermitteln eines Hydrauliksystemleistungsbedarfs, Ermitteln eines Energiespeichervorrichtungsleistungsbedarfs und Ermitteln eines Sollparameters einer primären Leistungsquelle basierend auf dem Hydrauliksystemleistungsbedarf angepasst. Das System ist ferner zum Versorgen des Hydrauliksystems mit Leistung in Abhängigkeit von dem Energiespeichervorrichtungsleistungsbedarf und dem Sollparameter angepasst.
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Gemäß einem anderen Aspekt ist ein von einem Prozessor lesbares Speichermedium offenbart, das von einem Prozessor lesbaren Code zur Programmierung eines Prozessors zum Durchführen eines Verfahrens enthält, das Ermitteln eines Hydrauliksystemleistungsbedarfs durch Empfangen eines Pilotdrucks, der einer Eingabevorrichtung zugeordnet ist, die mit dem Hydrauliksystem betriebsverbunden ist, beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet ferner Ermitteln eines Ladezustands einer Energiespeichervorrichtung und Ermitteln einer Sollmotordrehzahl einer Brennkraftmaschine basierend zum Teil auf dem Pilotdruck. Das Verfahren beinhaltet das Versorgen des Hydrauliksystems zum Teil mit Leistung von der Brennkraftmaschine und zum Teil mit Leistung von der Energiespeichervorrichtung in Abhängigkeit von der Sollmotordrehzahl und dem Ladezustand der Energiespeichervorrichtung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
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1 ist eine schematische Darstellung einer Maschine mit einem System gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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2 ist eine schematische Darstellung des Systems zur Leistungsversorgung eines Hydrauliksystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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3 ist ein Logikblockdiagramm eines Steuersystems zur Leistungsversorgung des Hydrauliksystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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Detaillierte Beschreibung
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Diese Offenbarung betrifft Systeme und Verfahren zur Versorgung eines Hydrauliksystems mit Leistung. Eine beispielhafte Ausführungsform einer Maschine 100 ist schematisch in 1 gezeigt. Die Maschine 100 kann wie gezeigt ein Hydraulikbagger sein, oder sie kann ein beliebiges anderes Fahrzeug sein, das ein Hydraulik- oder Elektrohydrauliksystem aufweist, beispielsweise ein Lader. Die Maschine 100 enthält eine primäre Leistungsquelle 102. Die primäre Leistungsquelle 102 kann eine Brennkraftmaschine sein, die die Maschine 100 und andere Maschinenkomponenten mit Leistung versorgen kann. Geeignete Brennkraftmaschinen können mit Benzin betriebene und mit Diesel betriebene Brennkraftmaschinen beinhalten. Bei einer Ausführungsform kann die Brennkraftmaschine ein Dieselmotor sein, der Leistung erzeugt und diese durch einen Leistungsübertragungsmechanismus, beispielsweise eine Welle (nicht gezeigt), auf andere Komponenten der Maschine 100 überträgt, was wiederum elektrische Leistung erzeugt. Die primäre Leistungsquelle 102 kann eine mechanische oder elektrische Ausgangsleistung erzeugen, die in Hydraulikleistung umgewandelt werden kann.
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Die Maschine 100 kann ferner eine Bedienerstation oder ein Führerhaus 104 enthalten, das zum Betreiben der Maschine 100 benötigte Steuerungen enthält, beispielsweise Eingabevorrichtungen 106 zum Vorwärtsbewegen der Maschine 100 und zum Steuern anderer Maschinenkomponenten. Die Eingabevorrichtungen 106 können als Joysticks, Hebel, Knöpfe ausgeführt sein und können mit einem Hydrauliksystem 108 betriebsverbunden sein. Zur Vereinfachung wird lediglich eine Eingabevorrichtung 106, die als ein Joystick ausgeführt ist, erläutert bzw. in den Figuren gezeigt.
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Bei einigen Ausführungsformen kann das Führerhaus 104 ferner Schnittstellen mit einer Anzeige zum Darstellen von Informationen für einen Bediener enthalten und kann eine Tastatur, einen Touchscreen oder einen anderen geeigneten Mechanismus zum Empfangen einer Eingabe von dem Bediener zum Steuern oder Betreiben der Maschine 100, des Hydrauliksystems 108 und/oder anderer Komponenten der Maschine 100 enthalten. Alternativ oder zusätzlich dazu kann sich der Bediener außerhalb des Führerhauses und/oder in einigem Abstand von der Maschine 100 befinden, und die Maschine 100, das Hydrauliksystem 108 und/oder andere Maschinenkomponenten fernsteuern.
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Das Hydrauliksystem 108 kann Fluidkomponenten wie beispielsweise Hydraulikaktuatoren oder -zylinder, Tanks, Ventile, Akkumulatoren, Öffnungen und andere geeignete Komponenten zum Erzeugen eines mit Druck beaufschlagten Fluidstroms enthalten. Das Hydrauliksystem 108 kann ferner Fluidquellen enthalten, beispielsweise eine oder mehrere Hydraulikpumpen, die als Verstellpumpen, als Konstantpumpen, als variable Förderpumpen oder als andere geeignete Druckbeaufschlagungssysteme ausgeführt sein können. Die Fluidquellen können antreibbar mit der primären Leistungsquelle 102 verbunden sein oder indirekt mit der primären Leistungsquelle 102 verbunden sein. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass das Hydrauliksystem 108 mehrere Quellen von mit Druck beaufschlagtem Fluid enthalten kann, die zum Zuführen von mit Druck beaufschlagtem Fluid zu dem Hydrauliksystem 108 miteinander verbunden sein können. Bei einigen Ausführungsformen, etwa bei Elektrohydrauliksystemen, kann das Hydrauliksystem 108 elektrische Komponenten enthalten, die mit den Fluidkomponenten zur Versorgung von Maschinenkomponenten mit Leistung und zum Steuern derselben zusammenwirken, einschließlich eines Arbeitswerkzeugs oder eines anderen Arbeitsgeräts.
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Die Maschine 100 kann ferner eine Energiespeichervorrichtung 110 enthalten. Die Energiespeichervorrichtung 110 kann als ein geeignetes Energiespeichersystem wie beispielsweise eine Batterie, ein Ultrakondensator und/oder ein Hydraulikakkumulator ausgeführt sein. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Energiespeichervorrichtung 110 anpassbar zum Liefern von Energie zur zusätzlichen oder alternativen Versorgung der Maschine 100 und anderer Maschinenkomponenten mit Leistung. Beispielsweise kann während Niedriglastbedingungen in Verbindung mit der primären Leistungsquelle 102 elektrische Energie in der Energiespeichervorrichtung 110 gespeichert werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Energiespeichervorrichtung 110 zusätzliche Energie und somit zusätzliche Leistung liefern, die über die Energie oder die Leistung, die von der primären Leistungsquelle 102 erzeugt wird, hinausgeht, und kann verhindern, dass die primäre Leistungsquelle 102 schleppt oder ausgeht.
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Ferner kann die Energiespeichervorrichtung 110, wie im Folgenden genauer erörtert wird und beispielsweise in 3 gezeigt ist, erlauben, dass die primäre Leistungsquelle 102 mit relativ niedriger Drehzahl betrieben wird, wenn weniger als die volle Leistung benötigt wird, beispielsweise zum Betreiben der Maschine 100 und zum kontinuierlichen Erfüllen des variablen Leistungsbedarfs der Maschine 100, ohne dass diese schleppt oder ausgeht. Beispielsweise kann die Energiespeichervorrichtung 110 die Maschine 100 während eines erhöhten Leistungsbedarfs mit zusätzlicher Leistung versorgen, so dass ausreichend Leistung zugeführt wird, während eine der Leistungsquelle 102 zugeordnete Drehzahl, beispielsweise eine Motordrehzahl der Brennkraftmaschine, zunimmt, so dass dem erhöhten Leistungsbedarf (z. B. einer erhöhten Last) Rechnung getragen wird.
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Mit anderen Worten, die Energiespeichervorrichtung 110 kann zum Speichern von Energie ausgebildet sein, während die Maschine 100 unter Bedingungen betrieben wird, die nicht die volle Kapazität der primären Leistungsquelle 102 zur Zufuhr von Leistung benötigen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Energie als solche, die gespeichert worden ist, zurück gewonnen werden und verwendet werden, wenn die Maschine 100 eine größere Leistungszufuhr, als die volle Kapazität der primären Leistungsquelle 102 zulässt, benötigt (d. h. die benötigte Leistung die Kapazität der primären Leistungsquelle 102 überschreitet), oder kann zu einer effizienteren Zufuhr von Energie von der primären Leistungsquelle verwendet werden, auch wenn weniger als die volle Kapazität benötigt wird.
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Die Maschine 100 enthält ferner ein Steuersystem 112 mit einer Steuerung 114, die zum Steuern des Hydrauliksystems 108 geeignet ist. Wie in den 1 und 2 gezeigt, kann die Eingabevorrichtung 106 mit der Steuerung 114 betriebsverbunden sein und dazu angepasst sein, eine Eingabe von dem Bediener zu empfangen, die eine gewünschte Bewegung des Arbeitsgeräts oder der Maschine 100 angibt und somit einen dem Hydrauliksystem 108 zugeordneten Leistungsbedarf zum Durchführen derartiger Bewegungen des Arbeitsgerätes und/oder der Maschine 100 angeben kann.
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Eine Ausführungsform des Steuersystems 112 ist schematisch in 2 gezeigt. Das Steuersystem 112 stellt eine Betriebsverbindung zwischen der Eingabevorrichtung 106 und dem Hydrauliksystem 108 her. Beispielsweise kann die Eingabevorrichtung 106 in Verbindung mit der Steuerung 114 stehen, und die Steuerung 114 kann in Verbindung mit einer oder mehreren der elektrischen Komponenten des Hydrauliksystems 108 stehen, beispielsweise einem elektronisch gesteuerten Aktuator oder einem Solenoidventilaktuator. Bei einigen Ausführungsformen kann der Eingabevorrichtung 106 ein elektrisches Signal zugeordnet sein und den Leistungsbedarf des Hydrauliksystems 108 angeben. Bei der dargestellten Ausführungsform stellt das Steuersystem 112 ferner eine Betriebsverbindung zwischen der Eingabevorrichtung 106, dem Hydrauliksystem 108, der Steuerung 114, der primären Leistungsquelle 102 und der Energiespeichervorrichtung 110 her.
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Die Steuerung 114 kann zum Koordinieren der Verteilung von Leistung für das Hydrauliksystem 108 angepasst sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 114 die primäre Leistungsquelle 102 und die Energiespeichervorrichtung 110 gemeinsam steuern, so dass die Drehzahl der primären Leistungsquelle und/oder die Last der primären Leistungsquelle optimiert werden und somit Emissionen verringert werden und eine Kraftstoffeffizienz erhöht wird. Bei der dargestellten Ausführungsform enthält das Steuersystem 112 einen Steuermechanismus 200, beispielsweise einen Kombinierer oder einen Summierblock, der dazu angepasst ist, die Versorgung des Hydrauliksystems 108 mit Energie von der primären Leistungsquelle 102 und der Energiespeichervorrichtung 110 zu verwalten.
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Beispielsweise kann ein Teil der zum Erfüllen des Leistungsbedarfs des Hydrauliksystems 108 benötigten Energie von der primären Leistungsquelle 102 bereit gestellt werden, und ein Teil der zum Erfüllen des Leistungsbedarfs des Hydrauliksystems 108 benötigten Energie kann von der Energiespeichervorrichtung 110 bereitgestellt werden. Das Steuersystem 112 kann dazu angepasst sein, die Gesamtenergie, die zum Erfüllen des Leistungsbedarfs des Hydrauliksystems 108 benötigt wird, vollständig von der primären Leistungsquelle 102, vollständig von der Energiespeichervorrichtung 110 und/oder zum Teil von der primären Leistungsquelle 102 und zum Teil von der Energiespeichervorrichtung 110 zuzuführen.
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Das Steuersystem 112 kann ferner einen oder mehrere Sensoren enthalten, beispielsweise Drehzahlsensoren, Drucksensoren, Temperatursensoren und andere geeignete Sensoren, die zum Messen, Sammeln und/oder Übertragen von Signalen (d. h. Daten) zu der Steuerung 114 angepasst sind. Die Drehzahlsensoren können der primären Leistungsquelle 102 zugeordnet sein und zum Überwachen der Drehzahl der primären Leistungsquelle angepasst sein. Bei der dargestellten Ausführungsform können die Drehzahlsensoren ein oder mehrere Motordrehzahlsensoren 202 sein, die der primären Leistungsquelle 102, die beispielsweise als die Brennkraftmaschine ausgeführt ist, zugeordnet sind.
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Die Steuerung 114 kann zum Überwachen der Motordrehzahl zur Verwaltung der Bereitstellung von Fluidleistung in dem Hydrauliksystem 108 und zum Betreiben der Brennkraftmaschine und anderer Komponenten, die Fluidquellen 204 antreiben, beispielsweise einer oder mehrerer Hydraulikpumpen, mit niedrigeren Drehzahlen, während die gleiche Arbeit oder Energie bereitgestellt wird, angepasst sein. Der von dem Hydrauliksystem 108 benötigte Fluidstrom bestimmt die von den Pumpen 204 benötigte und verwendete Leistung und bestimmt wiederum den Leistungsbedarf der Brennkraftmaschine 102 und somit die Motordrehzahl. Die Steuerung 114 kann zum direkten oder indirekten Steuern der Motordrehzahl ausgebildet sein. Wie allgemein bekannt ist, kann der Bediener die Motordrehzahl auch manuell regulieren oder steuern.
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Die Drucksensoren können den Fluidkomponenten zugeordnet sein und/oder können Fluidleitungen, die die Fluidkomponenten miteinander verbinden, zugeordnet sein. Die Drucksensoren können zum Überwachen von Fluiddrücken innerhalb des Hydrauliksystems 108 angepasst sein. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Drucksensoren als ein oder mehrere Pilotdrucksensoren 206 ausgeführt, die den Eingabevorrichtungen 106 zugeordnet und zum Erzeugen von Signalen ausgebildet sind, die einen Leistungsbedarf des Hydrauliksystems 108 angeben. Beispielsweise kann die Steuerung 114 ein Signal, das einen erhöhten Pilotdruck angibt, einem neuen Betriebsstatus der Maschine 100 zuordnen, der möglicherweise mehr Fluidleistung benötigt, beispielsweise zum Durchführen einer vorbestimmten Aufgabe in Bezug auf den neuen Betriebsstatus.
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Mit anderen Worten, wenn der Pilotdruck, der der Eingabevorrichtung 106 zugeordnet ist, zunimmt, bestimmt die Steuerung 114, dass eine leistungsintensive Aufgabe durchzuführen ist und mehr Leistung benötigt wird. Zusätzlich dazu kann die Steuerung 114 einen verringerten Pilotdruck einem neuen Betriebsstatus der Maschine 100 zuordnen, der möglicherweise weniger Fluidleistung benötigt (z. B. wenn eine weniger leistungsintensive Aufgabe durchzuführen ist). Bei einigen Ausführungsformen kann der Pilotdrucksensor 206 eine Betätigung der Eingabevorrichtung 106 detektieren. Wenngleich das Hydrauliksystem 108 Pilotdrucksensoren 206 einsetzt, ist vorgesehen, dass die Sensoren beliebige Sensoren sein könnten, die zum Überwachen von Parameter ausgebildet sind, die die Leistungsanforderungen des Hydrauliksystems 108 angeben, einschließlich elektrischer Signale, die Elektrohydrauliksystemen zugeordnet sind.
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Die Steuerung 114 kann ferner einen Ladezustand der Energiespeichervorrichtung 110 überwachen und dazu angepasst sein, die Energiespeichervorrichtung 110 basierend auf dem Ladezustand selektiv zu laden und/oder zu entladen. Die Steuerung 114 kann zum Ermitteln des Ladezustands basierend zumindest zum Teil auf einer Eigenschaft, die mit der Energiespeichervorrichtung 110 verbunden ist, beispielsweise einer elektrischen Eigenschaft einer Batterie, angepasst sein. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass die Steuerung 114 bei einigen Ausführungsformen den Ladezustand basierend auf Drücken, die der Energiespeichervorrichtung 110 zugeordnet sind, beispielsweise Drücken innerhalb oder zwischen Hydraulikakkumulatoren und/oder Drücken, die allgemein dem Hydrauliksystem 108 zugeordnet sind, bestimmen kann.
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Bei einigen Ausführungsformen kann die Energiespeichervorrichtung 110 zum Halten einer Energieversorgung auf einem Sollenergieniveau und zum Bereitstellen des Sollenergieniveaus für das Hydrauliksystems 108 gemäß den Leistungsanforderungen an das Hydrauliksystem 108 angepasst sein. Beispielsweise kann die Energiespeichervorrichtung 110 über einer vorbestimmten Schwelle gehalten werden, die dazu ausreicht, eine Leistung zu liefern, die dem Leistungsbedarf des Hydrauliksystems 108 entspricht oder diesen ausreichend erfüllt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Steuersystem 112 zum Halten eines Energieniveaus in der Energiespeichervorrichtung 110 auf einem im Wesentlichen konstanten Niveau, beispielsweise einem vollständig geladenen Niveau, angepasst.
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Die Steuerung 114 kann ein oder mehrere Steuermodule (z. B. ECMs, ECUs, etc.) enthalten. Das eine oder die mehreren Steuermodule können Verarbeitungseinheiten, einen Speicher, Sensorschnittstellen und/oder Steuersignalschnittstellen (zum Empfangen und Übertragen von Signalen) enthalten. Die Verarbeitungseinheiten können eine oder mehrere Logik- und/oder Verarbeitungskomponenten darstellen, die von dem Steuersystem 112 zum Durchführen bestimmter Kommunikations-, Steuer- und/oder Diagnosefunktionen verwendet werden. Beispielsweise können die Verarbeitungseinheiten zum Ausführen von Routing-Informationen in Bezug auf Vorrichtungen innerhalb und/oder außerhalb des Steuersystems 112 angepasst sein. Das eine oder die mehreren Steuermodule können miteinander und mit anderen Komponenten, die über eine Schnittstelle mit dem Steuersystem 112 verbunden oder in diesem enthalten sind, unter Verwendung beliebiger Kommunikationsmechanismen, beispielsweise eines CAN-Busses, kommunizieren.
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Ferner können die Verarbeitungseinheiten zum Ausführen von Anweisungen, einschließlich solcher von einer Speichervorrichtung wie einem Speicher, angepasst sein. Das eine oder die mehreren Steuermodule können jeweils zum Ausführen von Software-Code für das Steuersystem 112 verantwortlich sein. Das eine oder die mehreren Steuermodule können mehrere Verarbeitungseinheiten, beispielsweise eine oder mehrere allgemeine Verarbeitungseinheiten oder für spezielle Zwecke vorgesehene Einheiten (beispielsweise ASICS, FPGAs, etc.) enthalten. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Funktionalität der Verarbeitungseinheit in einem integrierten Mikroprozessor oder Mikrocontroller mit einer integrierten CPU, einem integrierten Speicher und einer oder mehreren Peripherieeinheiten ausgeführt sein. Der Speicher kann ein oder mehrere bekannte Systeme darstellen, die dazu in der Lage sind, Informationen zu speichern, einschließlich eines Zufallszugriffspeichers (RAM), eines Nur-Lese-Speichers (ROM), magnetischer und optischer Speichervorrichtungen, Platten, programmierbarer löschbarer Komponenten wie löschbar programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM, EEPROM, etc.) und nichtflüchtiger Speicher wie Flash-Speicher, jedoch nicht darauf begrenzt.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die gewerbliche Anwendbarkeit der Systeme und Verfahren zur Versorgung eines Hydrauliksystems mit Leistung, die hierin beschrieben sind, sind ohne Weiteres der vorangegangenen Beschreibung zu entnehmen. Eine beispielhafte Maschine, die für die Offenbarung geeignet ist, ist ein Bagger. Auf ähnliche Weise können die Systeme und Verfahren, die beschrieben sind, auf eine große Vielzahl von Maschinen und Aufgaben angewandt werden. Beispielsweise können Baggerlader, Walzen, Fäller- und Bündelmaschinen, forstwirtschaftliche Maschinen, Nutzlader, Kompaktlader, Radlader und viele andere Maschinen von den beschriebenen Systemen und Verfahren profitieren.
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Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist das Steuersystem 112 zur Versorgung des Hydrauliksystems 108 mit Leistung, zum Ermitteln eines Hydrauliksystemleistungsbedarfs, zum Ermitteln eines Energiespeichervorrichtungsleistungsbedarfs, zum Ermitteln eines Sollparameters der primären Leistungsquelle 102 basierend auf dem Hydrauliksystemleistungsbedarf und zum Versorgen des Hydrauliksystems 108 mit Leistung in Abhängigkeit von dem Energiespeichervorrichtungsleistungsbedarf und dem Sollparameter, beispielsweise der Motordrehzahl, angepasst.
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3 stellt eine beispielhafte Ausführungsform des Steuersystems 112 und des Prozesses 300 zur Versorgung eines Hydrauliksystems 108 mit Leistung zum Teil von der primären Leistungsquelle 102 und zum Teil von der Energiespeichervorrichtung 110 dar. Die Steuerung 114 ist zum Ermitteln des Hydrauliksystemleistungsbedarfs angepasst (Schritt 302). Die Steuerung 114 ist ferner zum Ermitteln des Energiespeichervorrichtungsleistungsbedarfs angepasst (Schritt 304). Bei der dargestellten Ausführungsform stellt der Energiespeichervorrichtungsleistungsbedarf den Ladezustand der Energiespeichervorrichtung 110 dar.
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Die Steuerung 114 ermittelt den Sollparameter der primären Leistungsquelle 102 basierend auf dem Hydrauliksystemleistungsbedarf (Schritt 306). Bei der dargestellten Ausführungsform kann die Steuerung 114 den Hydrauliksystemsleistungsbedarf durch Empfang eines Pilotdrucksignals oder eines elektrischen Signals, das der Eingabevorrichtung 106 zugeordnet ist, ermitteln. Die Steuerung 114 kann den Sollparameter, der die Motordrehzahl der Brennkraftmaschine ist, zumindest zum Teil basierend auf dem Pilotdruck oder dem elektrischen Signal, die den Hydrauliksystemleistungsbedarf angeben, ermitteln. Mit anderen Worten, die Steuerung 114 kann die optimale Motordrehzahl ermitteln, die erforderlich ist, um den von dem Hydrauliksystem 108 benötigten Leistungsbedarf, der durch den Pilotdruck oder das elektrische Signal angegeben wird, zu erfüllen. Es ist vorgesehen, dass die optimale Motordrehzahl ebenfalls basierend auf anderen Faktoren ermittelt werden kann, beispielsweise anderen Drücken, die dem Hydrauliksystem 108 zugeordnet sind.
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Die Steuerung 114 ist ferner dazu angepasst, einen tatsächlichen Parameter der primären Quelle 102, der als eine tatsächliche Motordrehzahl der Brennkraftmaschine gegeben ist, zu ermitteln (Schritt 308). Die Steuerung 114 vergleicht die Sollmotordrehzahl mit der tatsächlichen Motordrehzahl (Schritt 310). Wenn die Sollmotordrehzahl größer als die tatsächliche Motordrehzahl ist (Schritt 310: Ja), vergleicht die Steuerung 114 den Ladezustand der Energiespeichervorrichtung 110 mit der vorbestimmten Schwelle (Schritt 312). Die vorbestimmte Schwelle kann ein Ladezustand sein, der dazu ausreicht, die von dem Hydrauliksystem 108 benötigte Leistung bereitzustellen, welcher die volle Kapazität der Energiespeichervorrichtung 110 oder ein Teil der vollen Kapazität der Energiespeichervorrichtung 110 sein kann. Es ist vorgesehen, dass die vorbestimmte Schwelle einen Bereich aus einem Kontinuum von Kapazitäten darstellen kann. Mit anderen Worten, die Steuerung 114 kann dazu angepasst sein, die Energiespeichervorrichtung 110 innerhalb eines im Wesentlichen konstanten Bereichs der Speicherkapazität zu halten.
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Wenn der Ladezustand größer als die vorbestimmte Schwelle ist (Schritt 312: Ja), kann die Steuerung 114 das Hydrauliksystem 108 in Abhängigkeit von dem Energiespeichervorrichtungsleistungsbedarf und dem Sollparameter mit Leistung versorgen (Schritt 314). Es ist vorgesehen, dass die Steuerung 114 ferner das Hydrauliksystem 108 entsprechend mit Leistung versorgen kann, wenn der Ladezustand im Wesentlichen gleich der vorbestimmten Schwelle ist. Mit anderen Worten, die Steuerung 114 kann das Hydrauliksystem 108 auf solche Weise mit Leistung versorgen, dass der Hydrauliksystemleistungsbedarf erfüllt wird und der Sollmotordrehzahl entsprochen wird. Beispielsweise wird dem Hydrauliksystem 108 ein Teil der Leistung von der Brennkraftmaschine 102 zugeführt, und ein Teil der Leistung wird von der Energiespeichervorrichtung 110 zugeführt, so dass die Sollmotordrehzahl beibehalten wird, während die von dem Hydrauliksystem benötigte Leistung zugeführt wird.
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Da die Versorgung des Hydrauliksystems 108 mit Leistung von der Brennkraftmaschine 102 abhängig von der Versorgung mit Leistung von der Energiespeichervorrichtung 110 ist, kann das Steuersystem 112 dem Hydrauliksystem 108 Leistung zuführen, während die Bremskraftmaschine 102 bei einer niedrigeren Motordrehzahl in Betrieb ist. Mit anderen Worten, das Steuersystem 112 kann die tatsächliche Motordrehzahl absenken und der Brennkraftmaschine ermöglichen, relativ rasch auf stark verringerte Motordrehzahlen zu reagieren. Bei einer Ausführungsform kann die Energiespeichervorrichtung 110, die als eine Batterie ausgeführt sein kann, dazu verwendet werden, effektiv einem Übergangsansprechverhalten des Hydrauliksystems 108 zu entsprechen. Wenn der Ladezustand jedoch weniger als die vorbestimmte Schwelle beträgt (Schritt 318: Nein), kann die Steuerung 114 das Hydrauliksystem 108 vollständig mit Leistung von der Brennkraftmaschine 102 versorgen (Schritt 316).
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Wenn die Sollmotordrehzahl weniger als die tatsächliche Motordrehzahl beträgt (Schritt 310: Nein), vergleicht die Steuerung 114 den Ladezustand der Energiespeichervorrichtung 110 mit der vorbestimmten Schwelle (Schritt 318). Wenn der Ladezustand weniger als die vorbestimmte Schwelle beträgt (Schritt 318: Nein), kann die Steuerung 114 die Energiespeichervorrichtung 110 mit Leistung von der Brennkraftmaschine 102 versorgen, bis die Kapazität der Energiespeichervorrichtung 110 das vorbestimmte Schwellenniveau erreicht (Schritt 320). Mit anderen Worten, die Steuerung 114 ist dazu angepasst, die Energiespeichervorrichtung 110 mit Leistung von der Brennkraftmaschine 102 zu versorgen, wenn der Ladezustand der Energiespeichervorrichtung 110 weniger als die vorbestimmte Schwelle beträgt und die Sollmotordrehzahl niedriger als die tatsächliche Motordrehzahl ist.
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Es ist offensichtlich, dass die vorangegangene Beschreibung Beispiele für die offenbarten Systeme und Verfahren gibt. Es ist jedoch vorgesehen, dass andere Implementierungen der Offenbarung sich im Detail von den vorhergehenden Bespielen unterscheiden können. Alle Bezugnahmen auf die Offenbarung oder Beispiele derselben sollen sich auf das bestimmte Beispiel, das an der entsprechenden Stelle erörtert wird, beziehen und sollen keine Beschränkung des Schutzbereichs der Offenbarung im Allgemeinen implizieren. Alle Ausdrücke zur Unterscheidung und Wertung in Bezug auf bestimmte Merkmale sollen das Fehlen einer Bevorzugung dieser Merkmale angeben, jedoch diese nicht vollständig aus dem Schutzbereich der Offenbarung ausschließen, sofern nichts anderes angegeben ist.
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Bereichsangaben sollen hierin lediglich als eine Kurzschreibweise zur Bezugnahme auf jeden einzelnen Wert, der in den Bereich fällt, dienen, sofern hierin nichts anderes angegeben ist, und jeder separate Wert ist in die Beschreibung mit aufgenommen, als ob er hierin im Einzelnen angegeben wäre. Alle hierin beschriebenen Verfahren können in einer beliebigen geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, solange hierin nichts anderes angegeben ist oder aus dem Zusammenhang hervorgeht.
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Demzufolge beinhaltet diese Offenbarung im Rahmen des rechtlich Zulässigen alle Modifikationen und Äquivalente des Gegenstands der angehängten Ansprüche. Außerdem ist eine beliebige Kombination der vorher beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen von der Offenbarung umfasst, solange hierin nichts anderes angegeben ist oder aus dem Zusammenhang hervorgeht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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