DE112015001350T5

DE112015001350T5 - Elektronische Drehmoment- und Drucksteuerung für lastabhängige Pumpen

Info

Publication number: DE112015001350T5
Application number: DE112015001350.4T
Authority: DE
Inventors: Kevin Ligenfelter; Gary Lafayette
Original assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Current assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2016-12-08
Also published as: CN106068389B; CN106068389A; JP7051294B2; WO2015140622A1; JP2020169647A; JP2017512933A

Abstract

Ein Pumpensteuersystem, das Folgendes umfasst: einen Motor (12), der dafür ausgelegt ist, eine Pumpe (14) anzutreiben; ein Druckbegrenzungsventil (22), das in fluidischer Verbindung mit der Pumpe (14) steht; ein Drehmomentsteuerventil (32), das mit einer Schrägscheibe der Pumpe (14) verbunden ist und in fluidischer Verbindung mit dem Druckbegrenzungsventil (22) steht; einen Schrägscheibenwinkelsensor (36), der mit der Schrägscheibe (34) verbunden ist; und einen Computer (40), der mit dem Schrägscheibenwinkelsensor (36) und dem Druckbegrenzungsventil (22) verbunden ist, wobei der Computer (40) das Druckbegrenzungsventil (22) auf Basis einer Schrägscheibenverschwenkung steuert, um einen maximalen Systemdruck zu erreichen. Das entsprechende Verfahren des Steuerns wird ebenfalls offenbart.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nr. 61/884,318, eingereicht am 30. September 2013.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung ist auf eine Steuerung für eine lastabhängige Pumpe gerichtet. Die Verwendung einer mechanischen Drehmomentsteuerung ist im Stand der Technik gut bekannt. In bekannten Systemen ist der Schrägscheibenwinkel mechanisch mit einem Begrenzungsventil verbunden, wobei sich der Begrenzungsschwellwert mit dem Schrägscheibenwinkel ändert. Ein Problem dieses Systems ist die Unmöglichkeit zum schnellen Ändern des Drehmomentgrenzwertes, um zum Beispiel zusätzliche Lasten auf den Antriebsmotor oder ein verringertes Drehmoment bei geringer Motordrehzahl zu berücksichtigen. Ein weiteres Problem mit bekannten Systemen besteht in der Unmöglichkeit zum Ändern des Maximaldruckwertes im Betrieb.
Zum Beispiel ist in 1 ein herkömmliches Lasterfassungssystem gezeigt. Ein herkömmlicher Kreislauf zur Lasterfassung verwendet eine Pumpe für den offenen Kreislauf mit variabler Verstellung und einer integrierten Steuerung, die einen Rückkopplungsdruck verwendet, um einen vorgegebenen Druckabfall über einer variablen Blende im System aufrechtzuerhalten. Dieser vorgegebene Druckabfall wird durch die Einstellung in der Pumpensteuerung bestimmt, der in dem Beispiel der 1 auf 20 bar eingestellt ist. Die Pumpe wird bis zu deren maximalen Kapazität den benötigten Durchfluss liefern, um zu versuchen, einen 20 bar Druckabfall über der variablen Blende aufrechtzuerhalten. Dieser 20 bar Druckabfall wird als Lasterfassungs-Druckspanne (LS-Druck, Load Sensing Margin Pressure – LS pressure) bezeichnet.
Der Ausgangsdruck der Pumpe ist gleich dem benötigten Druck, um eine Last zu heben, plus dem Druckabfall über der variablen Blende. Falls der zum Anheben einer bestimmten Last benötigte Druck gleich 180 bar ist, wäre der resultierende Ausgangsdruck der Pumpe in diesem Beispiel gleich 200 bar.
Das der Pumpe durch den Motor zuzuführende Eingangsdrehmoment wird durch das Produkt aus dem Ausgangsdruck der Pumpe sowie der Verdrängung berechnet, die benötigt wird, um den LS-Druckabfall über der Blende aufrechtzuerhalten. Ein Muster dieser Berechnung ist unten in Beispiel 1 gezeigt.
Beispiel 1: Pumpendrehmomentberechnung
Wenn sich entweder der Druck oder die Verdrängung (Volumenstrom) der Pumpe erhöht, wird sich als Ergebnis das benötigte Eingangsdrehmoment erhöhen. Häufig übersteigt die Drehmomentanforderung, die an den Primärantrieb gestellt wird, wenn hohe Volumenströme und Drücke von der Pumpe abgerufen werden, deren Leistungsfähigkeit, was zu einem Abwürgen des Antriebsmotor führt. Zusätzlich zum Abwürgen, bei dem das Eingangsdrehmoment zur Pumpe die Drehmomentausgangs-Leistungsfähigkeit des Antriebsmotors übersteigt, ergibt sich eine Frustration des Bedieners und/oder eine schlechte Arbeitsleistung. Systeme mit Doppeleinstellpunkten sind bekannt, jedoch sehr komplex und teuer. Daher gibt es eine technische Notwendigkeit für ein System, das diese Unzulänglichkeiten angeht.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerung für eine lastabhängige Pumpe bereitzustellen, die eine Drehmomenteinstellung schnell ändern kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerung für eine lastabhängige Pumpe bereitzustellen, bei der ein Maximaldruckwert im Betrieb geändert werden kann.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerung für eine lastabhängige Pumpe bereitzustellen, die die Möglichkeit des Abwürgens eines Antriebsmotors verringert.
Diese und andere Ziele werden einem Durchschnittfachmann auf der Grundlage der folgenden schriftlichen Beschreibung, der Zeichnungen und der Ansprüche ersichtlich.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine elektrische Drehmoment- und Drucksteuerung für lasterfassenden Pumpen beinhaltet eine Pumpe mit einem Schrägscheibenwinkelsensor. Die Pumpe ist in Reihe mit einer druckkompensierten lastabhängigen Steuerung geschaltet, die ein elektrisch variables Druckbegrenzungsventil und eine Blende aufweist. Mit dem Kreislauf ist ein Antriebsmotordrehzahlsensor und ein Mikrocontroller verbunden. Der Mikrocontroller weist eine Software auf, die eine Druckbegrenzungseinstellung des elektrisch variablen Druckbegrenzungsventils in der druckerfassenden Steuerung auf Basis von Signalen des Schrägscheibensensors und des Antriebsmotordrehzahlsensors steuert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Lasterfassungssystems gemäß dem Stand der Technik;
2 ist eine schematische Ansicht eines elektronischen Drehmoment-/Drucksteuerkreislaufs;
3 ist eine Graphik, die die Pumpenverdrängung mit dem Maximaldrehmomentdruck vergleicht;
4 ist eine Graphik, die die Pumpenverdrängung mit dem Strom zum Ventil vergleicht;
5 ist eine Graphik, die die Pumpenverdrängung mit dem Druck vergleicht;
6 ist eine Graphik, die die Pumpenverdrängung mit der Systemverdrängung vergleicht;
7 ist eine schematische Ansicht eines elektronischen Drehmoment-/Drucksteuerkreislaufes;
8 ist eine schematische Ansicht eines Drehmomentsteuerkreislaufes mit Lasthalteventilen;
9 ist eine schematische Ansicht eines Drehmomentsteuerkreislaufes mit einer druckkompensierten Pumpe;
10 ist eine Graphik, die eine Druckspannen-Zuweisung für die Drehmomentsteuerung durch Vergleichen der Verdrängung mit dem Druck zeigt; und
11 ist eine Graphik, die eine Druckspannen-Zuweisung für die Drehmomentsteuerung durch Vergleich der Verdrängung mit dem Druck zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bezugnehmend auf die Figuren beinhaltet ein beispielhaftes Pumpensteuersystem 10 einen Motor 12, der zum Antreiben einer Pumpe 14 ausgelegt ist. In einer Ausführungsform ist der Motor 12 eine Getriebeübertragung des Antriebsmotor-Abtriebs und die Pumpe 14 eine variable Axialkolbenpumpe. Die Pumpe 14 fördert ein mit Druck beaufschlagtes Fluid über die Durchflussleitung 20 und liefert dies von einem Tank 16 an ein Steuerventil 18 und einen Zylinder 19 unter Systemdruck.
Stromabwärts des Steuerventils 18 ist ein Druckbegrenzungsventil 22 mit der Durchflussleitung 20 verbunden. Ebenfalls ist ein Druckbegrenzungsausgleichsventil 28 über die Durchflussleitung 24 mit der Durchflussleitung 20 verbunden und speist das damit verbundene Druckbegrenzungsausgleichsventil 26. Das Lasterfassungskompensationsventil 28 ist auch mit der Durchflussleitung 20 verbunden und eine Pumpen-Ableitung 30 ist mit einem Drehmomentsteuerventil 32 verbunden, das mit einer Schrägscheibe 34 der Pumpe 14 verbunden ist und deren Verdrängung steuert. Mit der Schrägscheibe 34 ist ein Schrägscheibenwinkelsensor 36 verbunden, wobei mit dem Motor 12 ist ein Antriebsmotordrehzahlsensor 38 verbunden. Sowohl der Winkelsensor 36 als auch der Drehzahlsensor 38 sind mit einem Computer 40 verbunden, der eine Software 42 aufweist. Der Computer 40 ist mit dem Druckbegrenzungsventil 22 verbunden und steuert dieses.
Im Betrieb, wenn Widerstand im Kreislauf auftritt, der die Kraft auf den Zylinder 19 erhöht und einen daraus resultierenden Druck in dem Kreislauf und an der Pumpe 14 erzeugt, liefert der Schrägscheibensensor 36 ein Signal an den Computer 40, das Informationen über den Winkel der Schrägscheibe 34 bereitstellt. Die Software 42 berechnet einen Maximaldruck, der zu einem Drehmomentwert führen würde, den der Antriebsmotor bei der vorgegebenen Verdrängung in der Lage ist zu erzeugen. Der Computer sendet dann ein Signal an das Druckbegrenzungsventil 22, das den zutreffenden Strom am Druckbegrenzungsventil 22 bereitstellt, um den Maximaldruck zu erreichen. Das Druckbegrenzungsventil 22 ist eingestellt, um den LS-Druck zu begrenzen.
Der Hochdruck auf der Pumpenseite des Drehmomentsteuerventils 32 schwenkt die Pumpe 14 zurück. Mit Zurückschwenken verringert die Software 42 den Strombefehl an das Druckbegrenzungsventil 22, was den LS-Druck erhöht. Die Pumpe 14 schwenkt weiter zurück und der LS-Druck steigt weiter an, solange bis basierend auf dem Winkel der Schrägscheibe 34, eine gewünschte Differenz zwischen Pumpenausgang und dem LS-Druck erreicht ist. Dies ermöglicht dem System 10, für eine vorgegebene Verdrängung Maximaldruck zu liefern ohne den Antriebsmotor abzuwürgen.
Basis-ETL-Kreislaufbetrieb
Zum Beispiel übersteigt bei lastabhängigen offenen Kreislaufsystemen häufig das vom Antriebsmotor geforderte, zu liefernde Drehmoment die Möglichkeiten des Antriebsmotors. Wenn dies geschieht, wird der Bediener aufgefordert seine Vorgabe zu verringern, um die Maschine zu verlangsamen, was einen wirtschaftlichen Betrieb erschweren kann. Alternativ wird der Antriebsmotor einfach abgewürgt, was den Bediener zwingt, die Maschine neu zu starten.
Ausgehend von der Antriebsmotordrehmomentberechnung von Beispiel 1.
Beispiel 1: Pumpendrehmomentberechnung
Angenommen, dass der Bediener der Maschine hat diese Operation vorgegeben und ist dann einigem Widerstand im Kreislauf begegnet, der die Kraft auf den Zylinder und den resultierenden Druck im Kreislauf auf 300 bar (320 bar an der Pumpe) ansteigen lässt. Ohne Änderung der Ventilvorgabe wird die Pumpe versuchen, denselben Ausgangsvolumenstrom bei dem neuen, höheren Druck aufrecht zu erhalten. Die resultierende neue Drehmomentanforderung an den Antriebsmotor ist in Beispiel 2 gezeigt.
Beispiel 2: Pumpendrehmoment mit Zusatzlast
Wenn der Antriebsmotor der Maschine nur 150 Nm Ausgangsdrehmoment leisten kann, würde diese neue Last und die aufrechterhaltene Volumenstromvorgabe den Antriebsmotor überfordern und zu einer Abwürgevoraussetzung führen, falls der Bediener mit der Vorgabe fortfährt. Mit dem Basis ETL kann das System 10 den Hub der Pumpe 14 durch Steuern des LS-Drucks in dem Druckbegrenzungsventil 22 steuern, was wiederum einen Drehmomentwert an oder unter dem Maximaldrehmoment, das der Antriebsmotor liefern kann, aufrechterhält und ein Abwürgen des Antriebsmotors vermeidet.
Wie in 3 beispielhaft gezeigt ist, gibt es einen großen Bereich, in dem die Pumpe 14 betrieben werden kann, der zu einem Abwürgen des Antriebsmotors führen würde. Die Linie 44 zeigt den maximalen Drehmomentwert, den der Antriebsmotor für die Pumpe 12 zur Verfügung stellen kann. Die Linie 46 zeigt die konstante Maximaldruckgrenze, die üblicherweise in einem herkömmlichen Lasterfassungssystem eingesetzt wird.
Während des Maschinenbetriebs überwacht die Software 42 kontinuierlich den Winkel der Schrägscheibe in der Pumpe 14. Die Software 42 verwendet den Schrägscheibenwinkel zum Berechnen eines Maximaldrucks, der zu einem Drehmomentwert führen würde, den der Antriebsmotor bei der vorgegebenen Verdrängung erzeugen könnte, und sendet den zutreffenden Strom an das Proportional-Druckbegrenzungsventil 22 in der Pumpensteuerung, um den Maximaldruck zu erreichen. In 4 ist gezeigt, dass mit zunehmendem Schrägscheibenwinkel der Strom zum Druckbegrenzungsventil 22 zunimmt (dessen Einstellwert herabsetzend), um den Drehmomentbetrag zu begrenzen, den die Pumpe 14 übernehmen kann.
Unter Verwendung dieser Steuerlogik ist die elektronische Drehmomentbegrenzung in der Lage, den Bereich 48 in 3 abzuschneiden, der zum Abwürgen des Antriebsmotor führt, und ermöglicht es stattdessen dem hydraulischen System 10 immer den maximal möglichen Druck bei einer vorgegebenen Verdrängung zu liefern, ohne den Antriebsmotor abzuwürgen.
Nochmalige Betrachtung des Beispiels, diesmal mit aktiver ETL;

1.) Der Bediener gibt einen Volumenstrom und eine Verdrängung gleich denen unseres ersten Beispiels vor: 45 cm³ und 200 bar.
2.) Die Maschine erfährt eine Last, die den Systemdruck auf 320 bar anhebt.
3.) ETL ist ständig aktiv und die Pumpe 14 schwenkt schnell auf einen Winkel zurück, der es erlaubt, die Last ohne Abwürgen des Antriebsmotors anzuheben.

ETL-Betrieb aus mechanischer Sicht

1.) Der Bediener gibt einen Volumenstrom und eine Verdrängung gleich denen unseres ersten Beispiels vor: 45 cm³ und 200 bar.
2.) Die Maschine erfährt eine Last, die den Systemdruck auf 300 bar anhebt (an der Pumpe liegen 320 bar an).
3.) Der Bediener behält die Vorgabe bei. 300 bar Lastdruck werden über die LS-Leitung 20 an das elektronische Proportional-Druckbegrenzungsventil 22 übertragen. 320 bar Druck werden durch die variable Blende an die Pumpe 14 und an die Pumpensteuerung 32 übertragen.
4.) Der LS-Druck wird auf einen Einstellwert begrenzt, der von dem Mikrocontroller 40 auf der Grundlage des Winkels der Schrägscheibe 34 berechnet wurde. Dies senkt den Druck auf der LS-Seite der Pumpensteuerung 32.
5.) Hochdruck auf der Pumpenseite der Pumpensteuerung 32 verschiebt die Steuerung, um Öl an den Servokolben zu leiten, wodurch die Pumpe 14 zurückgeschwenkt wird.
6.) Mit Zurückschwenken der Pumpe 14 verringert die Software 42 die Stromvorgabe an das variable LS-Begrenzungsventil 22, was an der Pumpensteuerung 32 einen LS Druck Anstieg ermöglicht.
7.) Die Pumpe 14 wird weiter zurückschwenken und der LS-Druck wird, aufgrund des Schrägscheibenwinkels weiter ansteigen, bis ein 20-bar-Delta zwischen dem Pumpenausgang und dem LS-Druck erreicht ist.

Drehmomentsteuerung mit Lasthalteventilen
Ein System, das aus einer herkömmlichen mechanischen Drehmomentsteuerung mit Mehrfachfunktionen und einem Lasthalteventil oder einem Lastabfall-Rückschlagventil besteht, kann Bedingungen ausgesetzt sein, bei denen der Pumpenauslassdruck unterhalb eines Drucks begrenzt ist, der die „Rückschlag”-Last anheben kann, und, wenn diese Funktion aktiviert ist, nicht in der Lage ist, diese zu bewegen. Die Verwendung einer elektronischen Drehmomentsteuerung zusammen mit elektronisch gesteuerten Ventilen, einem Druckwandler und einer Softwarelösung kann dieses Problem entschärfen.
Zum Beispiel ist in 8 das Ventil 22 für die Funktion 1 geöffnet und fordert einen Druck von 150 bar, um die Last anzuheben, sowie einen Volumenstrom, welche zusammen die aktuelle Drehmomentbegrenzungseinstellung der ETL-Software 42 überschreiten. Bei diesem Szenarium wird die ETL die Verdrängung der Pumpe 14 regulieren. Wenn das Ventil 22 für die Funktion 2, die einen Druck von 250 bar benötigt, um die Last anzuheben, geöffnet wird, wird das Rückschlagventil 50 die Last weiter stützen und der benötigte Druck wird nicht an die Pumpensteuerung 32 zurückkommuniziert, um der ETL zu ermöglichen, ordnungsgemäß zu funktionieren und die Last anzuheben. Um dieses Problem zu lösen, wird ein Druckwandler 52 hinzugefügt, um den Druck zu überwachen, der benötigt wird, um Funktion 2 anzuheben, wenn es vom Bediener befohlen wird. Wenn ein Befehl für die Funktion 2 ausgegeben wird, der aktuelle Drehmomentgrenzwert der Pumpe 14 es aber nicht zulässt, die Last anzuheben, wird die Software 42 den Befehl von Funktion 1 (oder mehrerer anderer Funktionen) zurücknehmen, bis die Pumpenverdrängung auf einen Wert abgenommen hat, der einen genügend hohen Druck zulässt, um die Last bei Funktion 2 anzuheben. Wenn man diese Funktion in Betracht zieht, muss man sich daran erinnern, dass die ETL-Software 42 den Schrägscheibenwinkel kontinuierlich überwacht, und die Druckbegrenzung der Pumpe 14 mit abnehmender Verdrängung erhöhen wird, um einen annehmbaren Drehmomentwert an den Antriebsmotor aufrechtzuerhalten.
Drehmomentsteuerung an druckkompensierten Pumpen
In Baggersystemen ist es üblich, eine druckkompensierte Pumpe mit einer das Drehmoment begrenzenden Pumpensteuerung und einem manuell betriebenen Ventilblock mit Ventilen mit offener Mittelstellung zu verwenden. All die zuvor in dem Kreislauf zur Lasterfassung aufgelisteten Vorteile sind weiterhin auf das druckkompensierte System anwendbar. Zusätzlich ist es, wie in 9 gezeigt, üblich, ein spezielles Ablassventil 54 zu haben, um den Einstellwert der PC-Pumpe 14 während des Anlassens des Antriebsmotors (überwiegend unter kalten Bedingungen) zu reduzieren. Die Schwierigkeit besteht darin, dass, wenn das Öl kalt ist, eine erhebliche Druckmenge benötigt wird, um das Öl durch das Ventil mit offener Mittelstellung zu drücken. Ohne irgendwelche zusätzlichen Komponenten kann das das Drehmoment begrenzende System den Druckwert der PC während des Anlassens verringern, um den Auslassdruck und die Verdrängung zu verringern, womit die Last auf den Anlasser des Antriebsmotors verringert wird.
Drehmomentsteuerung und Druckspannen-Erosion Ventil – übergreifend
In Proportionalventilgruppen, insbesondere bei kompensierten Ventilen, verlangt die Konstruktion der Ventile üblicherweise einen Minimaldruckabfall über dem Ventil (oder Druckspanne), um ordnungsgemäß zu arbeiten und den Lasterfassungsdruck geeignet zur Pumpe 14 zurück zu kommunizieren. Wie zuvor erörtert, arbeitet die Drehmomentsteuerung durch Verschieben der Druckspanne über dem Ventil zu einer Blende, die sich in der Pumpensteuerung 32 befindet. Mit weiterer Verringerung des Drehmoments durch die Drehmomentsteuerung kann die Druckspanne über dem Ventil 22 auf Niveaus fallen, bei denen es möglicherweise nicht ordnungsgemäß funktioniert. Dies kann insbesondere während des Betriebs des Antriebsmotors mit niedrigen Drehzahlen bemerkt werden, an dem das Niveau der Drehmomentreduktion ziemlich hoch ist.
10 skizziert den Pumpenauslassdruck (P_pump), den tatsächlichen Lastdruck (PLS), welcher der Druck ist, der tatsächlich auf die Last einwirkt, und den Druck, der an der lastabhängigen Steuerung der Pumpe 14 (Pctrl), welcher hinter dem Begrenzungsventil 22 und der Blende anliegt.
Die Startbedingung, die durch das X an dem Ende des Pfeils gezeigt ist, benötigt eine Verdrängung von 147 cm³, um die Druckspanne über dem Ventil 22 beizubehalten, und einen Druck von 75 bar, um die Last anzuheben. Bei dieser Bedingung wird der Punkt nicht durch die Drehmomentsteuerung beeinflusst und die gesamte Druckspanne wird durch den Abfall über dem Proportionalsteuerventil 22 erfüllt. Falls die Vorgabe an das Ventil beibehalten wird, wenn der Lastdruck zunimmt, wird er erst nach oben wandern, bis die PLS-Linie nach links abbiegt. An diesem Punkt beginnt die Drehmomentsteuerung aktiv zu werden und wird den Druck an der Steuerung begrenzen. Mit weiter zunehmendem Druck (der PLS-Linie folgend) schwenkt die Pumpe 14 weiter zurück, was den Durchfluss durch das Steuerventil 22 verringert. Wie zuvor angemerkt, erhält das Ventil 22 weiter dieselbe Vorgabe, so dass die Verringerung des Durchflusses den Druckabfall über diesem Ventil 22 absenkt. Der Gesamtdruckabfall zwischen dem Pumpenauslass (P_pump) und (P_ctrl) wird weiter durch den zunehmenden Druckabfall über der Blende in der LS-Steuerung 32 erfüllt, wodurch die benötigte Druckspanne erfüllt wird, um die Pumpe 14 davon abzuhalten, den Hub zu vergrößern. Mit weiter ansteigendem Druck erkennt man, dass sich der Druckabfall, um die Druckspannenanforderung der Pumpe 14 zu erfüllen, weiter vom Steuerventil 22 weg und hin zu der Blende an der LS-Steuerung 32 an der Pumpe 12 verschiebt. Der Punkt, an dem er die vertikale Linie erreicht, ist der Punkt, an dem die Druckspanne über dem Steuerventil 22 auf einen Punkt abgefallen ist, bei dem das möglicherweise nicht mehr richtig funktioniert. Dies ist der Punkt, an dem die Maschinenleistung beginnt kann beeinträchtigt zu werden, und eine weitere Pumpenwinkelverringerung eine schlechtere Ventilleistung verursachen kann.
Um dieses Problem zu lösen, wurde ein Verfahren zum Steuern der Gesamtventildurchflussanforderung verwendet. Der angewendete Algorithmus versucht, die Ventilöffnung zu begrenzen, so dass der Drehmomentbegrenzer nicht durch Erosion der Druckspanne beeinträchtigt wird, während vermieden wird, den Ventilausgang unnötig zu begrenzen, wenn der Drehmomentbegrenzer nicht aktiv reguliert. Durch Verwenden elektronisch gesteuerter Ventile zusammen mit dem Pumpenwinkelsensor 36 und einem Mikrocontroller 40 ist es wiederum möglich, die Verschiebung der Spanne von den Steuerventilen 22 zur Blende zu manipulieren, was ein weiteres Zurückschwenken der Pumpe 14 erlaubt, um die Last- und Ausgangsdrehmomentanforderungen zu erfüllen.
Betrachtet man noch einmal die 10, können wir einen genaueren Blick auf die vertikale Linie in der Graphik werfen, die die minimalen Anforderungen an eine Druckspanne für eine ordnungsgemäße Steuerventilfunktion (nehmen wir mal 7 bar für dieses Beispiel an) repräsentiert. Das bedeutet, dass die Differenz zwischen der mittleren Kurve (PLS) und der oberen Kurve (P_pump) an den Schnittpunkten der vertikalen Linie 7 bar beträgt. Falls der Lastdruck unter der stetigen Ventilvorgabe in diesem Beispiel beibehalten bliebe, würde die Standarddrehmomentsteuerung die Pumpe 14 weiter nach links von dieser Linie zurückschwenken und die Steuerventilleistung würde beginnen, sich zu verschlechtern. Das Erzeugen dieser Leistungslinien basiert auf den Anfangsbedingungen des Ventils 22, der Last und der Pumpe 14. Wenn wir die Öffnung des Steuerventils 22 (Durchflussanforderung) ändern müssen, ist es möglich, die Art dieser Kurven zu ändern und es der Pumpe 14, ohne weitere Erosion der Druckspanne, zu ermöglichen, weiter zurückzuschwenken.
Weiter mit dem Beispiel, falls die Anforderung an die Pumpe 14 von den vollen 147 cm³ auf 115 cm³ abgesenkt wird, werden die Charakteristiken der PLS-Kurve neugestaltet, und die oben erörterte Verschiebung der Spanne wird wiederum geändert. Die nunmehr leicht restriktivere Ventilöffnung erhöht die relative Druckspanne über sich selbst, was ein weiteres Zurückschwenken der Pumpe ermöglicht, das die zunehmenden Lastnachfragen erfüllt. Wie man in 11 sehen kann, ermöglicht ein Verringern der Ventilanforderung von 147 cm³ auf 115 cm³ für dieses Beispiel, dass der volle Systemdruck erreicht wird, bevor die Erosion der Druckspanne über dem Ventil zu einem Thema wird.

Claims

Pumpensteuersystem, das Folgendes umfasst: – einen Motor, der dafür ausgelegt ist, eine Pumpe anzutreiben; – ein Druckbegrenzungsventil, das fluidisch mit der Pumpe in Verbindung steht; – ein Drehmomentsteuerventil, das mit einer Schrägscheibe der Pumpe verbunden ist und fluidisch mit dem Druckbegrenzungsventil in Verbindung steht; – einen Schrägscheibenwinkelsensor, der mit der Schrägscheibe verbunden ist; und – einen Computer, der mit dem Schrägscheibenwinkelsensor und dem Druckbegrenzungsventil verbunden ist, wobei der Computer das Druckbegrenzungsventil auf Basis der Schrägscheibenverschwenkung steuert, um einen maximalen Systemdruck zu erreichen.
System nach Anspruch 1, wobei der Computer einen Maximaldruck berechnet, der einen Drehmomentwert ergibt, der bei einer vorgegebenen Schrägscheibenverschwenkung erzeugt wird.
System nach Anspruch 2, wobei der Computer ein Signal an das Druckbegrenzungsventil sendet, das einen Strom bereitstellt, um den Maximaldruck zu erreichen.
System nach Anspruch 1, das ferner einen Druckwandler umfasst, der einen für eine Anhebefunktion benötigten Druck überwacht.
System nach Anspruch 1, das ferner ein Ablassventil umfasst zum Verringern eines Einstellwertes für das Anlassen des Pumpenantriebsmotors.
System nach Anspruch 1, wobei der Computer einen Befehl von mindestens einer ersten Funktion zurücknimmt, wenn ein Befehl für eine zweite Funktion ausgegeben wird, und ein Drehmomenteinstellwert der Pumpe nicht erlaubt, dass eine Last angehoben werden kann, bis die Pumpenverdrängung auf einen Wert verringert wird, der einen genügend hohen Druck aufweist, um die Last an der zweiten Funktion anzuheben.
System nach Anspruch 6, wobei ein Druckwandler den für die Funktion 2 benötigten Druck überwacht.
Verfahren zum Steuern einer lastabhängigen Pumpe, das die Schritte umfasst: – Überwachen eines Winkels einer Schrägscheibe mittels eines Schrägscheibenwinkelsensors und einer Software eines Mikrocontrollers; – Berechnen eines Maximaldrucks mittels der Software, der einen Drehmomentwert ergibt, den ein Antriebsmotor bei einer vorgegebenen Verdrängung erzeugen könnte; und – Senden eines zutreffenden Stroms an ein Proportional-Druckbegrenzungsventil, um den Maximaldruck zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner den Schritt des Überwachens eines Drucks, der zum Anheben einer Last benötigt wird, mittels eines Druckwandlers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner den Schritt des Verringerns einer Pumpenverdrängung auf einen Wert umfasst, der genügend hohen Druck zum Anheben der Last bereitstellt, wenn ein Drehmomenteinstellwert nicht erlaubt, die Last anzuheben.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner den Schritt des Verringerns eines Druckeinstellwerts für die Pumpe während des Anlassens umfasst, um den Auslassdruck, die Verdängung und eine Last auf einen Anlasser des Antriebsmotors zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner den Schritt des Begrenzens der Steuerventilöffnung umfasst, so dass ein Drehmomentbegrenzer nicht durch eine Erosion der Druckspanne beeinträchtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei, während ein Hochdruck eine Pumpe zurückschwenkt, der Computer veranlasst einen LS-Druck anzuheben, bis eine gewünschte Differenz zwischen Pumpenausgang und dem LS-Druck erreicht ist.
Pumpensteuersystem, das Folgendes umfasst: – eine Pumpe mit einer Schrägscheibe; – ein Druckbegrenzungsventil in fluidischer Verbindung mit der Pumpe; – einen Schrägscheibenwinkelsensor, der mit der Schrägscheibe verbunden ist; und – einen Computer, der mit dem Druckbegrenzungsventil und dem Schrägscheibenwinkelsensor verbunden ist, der das Druckbegrenzungsventil auf Basis des Schrägscheibenwinkels steuert.