DE3515089C2

DE3515089C2 -

Info

Publication number: DE3515089C2
Application number: DE3515089A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. 4708 Kamen De Ziplies; Rolf-Dieter Dipl.-Ing. 4600 Dortmund De Hauberg
Original assignee: O&K Orenstein and Koppel GmbH
Current assignee: CNH Industrial Baumaschinen GmbH
Priority date: 1985-04-26
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1988-10-20
Also published as: IT8647844A0; FR2581134B1; FR2581134A1; IT1190255B; DE3515089A1; JPS61250390A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Arbeitsverfahren nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Bekannt ist bereits aus der DE-OS 30 44 143 ein Arbeitsverfahren zum Betrieb einer Primärenergiequelle bestimmter Leistung zum An trieb einer Mehrzahl von Hydraulikpumpen mit ggf. größerer Nennleistung in einem Hydraulikkreislauf einer mobilen Bau maschine. Dabei erfolgt die Regelung der Leistung der An triebsmaschine durch Stellen der Ölfördermenge mindestens einer Hydraulikpumpe, insbesondere wird die Leistungsauf nahme einer Brennkraftmaschine als primäre Energiequelle begrenzt.

Der Nachteil eines derartigen Arbeitsverfahrens, dem einer Regelung über die mechanische Ausgangsleistung der Primärenergiequelle zugrunde liegt, besteht darin, daß sie nur relativ langsam durchführbar ist. Die Ver änderung, insbesondere der Istwerte, erfolgt mit großer Trägheit, und ihre genaue Erfassung erfordert hohen Auf wand.

Die Aufgabe der Erfindung bei einem Arbeitsverfahren zum Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine als Primär energiequelle auf einer Baumaschine besteht darin, eine schnellstmögliche Regelung durchzuführen und insbesondere sicherzustellen, daß die auf der Lastseite abgenommene Leistung in keinem Fall größer wird als die Nennleistung der elektrischen Antriebsmaschine.

Die vorstehende Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

In den Unteransprüchen wird eine Vorrichtung zur Durch führung des Arbeitsverfahrens beschrieben, und es werden Weiterbildungen erläutert.

Der Vorteil des Anmeldungsgegenstandes besteht darin, daß nur eine einzige Meßwerterfassung der Antriebsmaschine durchzuführen ist, und damit nicht nur der Istwert der Re gelung, sondern auch seine Veränderung festgestellt werden können, um für die Regelung ausgewertet zu werden.

Aufwandgering kann damit sichergestellt werden, daß die abgenommene hydraulische Leistung einer Mehrzahl von Hy draulikpumpen einen wählbar vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet. Es ist dann die Installierung einer Primär energiequelle kleinerer Typenleistung möglich ohne die Be triebssicherheit zu gefährden, wodurch die Wirtschaftlich keit der Gesamtanlage verbessert ist.

Es ist in dieser Folge sogar der Einsatz robuster, völlig wartungsfreier Asynchronmotoren als elektrische Antriebs maschine möglich, deren Wartungskosten vorteilhafterweise gering sind.

Werden von einer elektrischen Antriebsmaschine mehrere Hydraulikpumpen angetrieben, so besteht grundsätzlich die Möglichkeit, alle Verbraucher gleichartig in Teilbereichen oder aber nur einen Verbraucher über einen erweiterten Bereich zu steuern. Die erfindungsgemäße Lösung benutzt die letzte der vorgenannten Möglichkeiten und vermeidet vorteilhafterweise die Gefahr, daß Beeinflussungen der einzelnen Verbraucher untereinander entstehen, die zu schwingungsähnlichen unterschiedlichen Lastaufnahmen der einzelnen Verbraucher führen können. Es wird also die Last aufnahme der einzelnen Hydraulikpumpen nacheinander gestellt, d. h. stetig zurückgenommen, bis sich ein Gleichgewichts zustand in der Größe der Nennleistung der elektrischen Ma schine einstellt. In der Praxis reicht es aus, wenn nur die Lastaufnahme einer einzigen Pumpe dieser Regelung unterzogen wird.

In an sich bekannter Weise wird die Wirkleistung der elek trischen Antriebsmaschine mit einem Umformer, der das augen blickliche Produkt aus Strom und Spannung bildet, gemessen. Als Sollwert wird die Nennleistung der Maschine vorgegeben, und in ebenfalls an sich bekannter Weise wird mit einem PID- Regler eine Regelabweichung gebildet. Der Ausgang des Reg lers, die Regelabweichung, steuert direkt in bekannter Weise nach einem Pulsbreiten-Modulationsverfahren ein hydrau lisches Proportionalventil. Dabei beseitigt der Integralan teil des Reglers die durch den Proportionalanteil bedingte gleichbleibende Regelabweichung innerhalb Bruchteile einer Sekunde restlos.

Der Differentialanteil ist in der Lage, bei schnellen, sprungartigen Laständerungen schon vor Erreichen des Sollwertes die Tendenz zu erkennen und rechtzeitig ein zugreifen. Unterhalb des Sollwertes fördert die gestellte Hydraulikpumpe ihre Maximalmenge, d. h., der PID-Regler ist inaktiv. Die nichtgestellten Verbraucher, Hydraulik pumpen, liefern bei Anforderung unbeeinflußt von dem Vor stehenden eine konstante ggfs. maximale Fördermenge.

Anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles wird im folgenden die Erfindung näher beschrieben.

Die elektrische Antriebsmaschine 1 treibt über ein Ge triebe 2 hydraulische Steuerpumpen 3 a, 3 b, 3 c und 3 d sowie Servopumpen 4 a und 4 b an. Die Arbeitsflüssigkeit der Steuerpumpen wird über eine Pumpenverteilerleiste 5 in die Verbraucherleitungen 6 a und 6 b eingespeist. Die einen Hilfssteuerdruck erzeugenden Servopumpen 4 a und 4 b speisen die Servoleitung 7.

Über eine Meßleitung 8 werden einem Umformer 9 die elek trischen Kenngrößen, Strom und Spannung, des elektrischen Antriebes 1 zugeführt, der daraus ein Signal entsprechend der Wirkleistung des elektrischen Antriebes bildet und dieses als Istwert dem PID-Regler 10 zuführt. Dem vor genannten PID-Regler 10 wird weiterhin als Sollwert die elektrische Nennleistung des elektrischen Antriebes 1 aufgegeben. Eine zwischen Soll- und Istwert entstehende Regelabweichung wird über eine Leitung 11 einem Druck proportionalventil 12, z. B. einem Monsunventil, zuge führt, dessen Ausgangsleitung 13 eine der Steuerpumpen, z. B. die Steuerpumpe 3 a, stellt. Die weiteren Steuer pumpen 3 b, 3 c, 3 d sind nach Maßgabe einer Nebenausgangs leitung 14 des Druckproportionalventils 12 über Hydraulik ventile 15 ggfs. ansteuerbar.

Mit dem beschriebenen Arbeitsverfahren einer prozessor gesteuerten Wirkleistungsregelung ist ein System ent wickelt worden, das erlaubt, bei mobilen Baumaschinen, insbesondere Elektrobaggern, elektrische Antriebe zu verwenden, deren Nennleistung geringer ist als die hy draulische Leistung aller Pumpen einschließlich der Neben leistungen. Dies gestattet eine optimalere Leistungsaus nutzung des Antriebsaggregates, insbesondere kann ein kosten günstigeres, kleineres Aggregat vorgesehen werden.

Das neue wirkleistungsgeregelte Antriebssystem ist weiter führend in der Lage, das Proportionalventil direkt, ohne Zwischen elektronik anzusteuern, woraus sich eine Anwendungsmöglich keit in der Handhebelsteuerung ergibt. So können teuere Funktionspotentiometer durch mechanisch gleichwertige, wesent lich billigere lineare Potentiometer ersetzt werden. Die not wendigen Funktionskurven erzeugt ein Prozessor. Hierbei könnten sogar für die einzelnen Arbeitsbewegungen unterschiedliche und speziell für diese Bewegungen notwendigen Kennlinien vor gegeben werden.

Bezeichnung der Bezugsziffern 1 Elektrische Antriebsmaschine
2 Getriebe
3 a Steuerpumpe
3 b Steuerpumpe
3 c Steuerpumpe
3 d Steuerpumpe
4 a Servopumpe
4 b Servopumpe
5 Pumpenverteilerleiste
6 a Verbraucherleitung
6 b Verbraucherleitung
7 Servoleitung
8 Meßleitung
9 Umformer
10 PID-Regler
11 Leitung
12 Druckproportionalventil
13 Ausgangsleitung
14 Nebenausgangsleitung
15 Hydraulikventile

Claims

1. Arbeitsverfahren zum Betrieb einer Antriebsmaschine bestimmter Nennleistung zum Antrieb einer Mehrzahl von Hydraulikpumpen, insgesamt größerer Nennleistung, in einem Hydraulikkreislauf einer mobilen Baumaschine, bei dem die Regelung der Leistung der Antriebsmaschine durch Stellen der Ölfördermenge, mindestens einer Hy draulikpumpe, erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Regelung einer elektrischen Maschine als Antriebs maschine, abhängig von der Regelabweichung zwischen der aufgenommenen elektrischen Wirkleistung als Ist- und der vorgegebenen elektrischen Nennleistung als Sollwert und zusätzlich von der elektrischen Wirkleistungsanstiegs geschwindigkeit oberhalb eines wählbar vorgegebenen elektrischen Wirkleistungswertes, die Ölfördermenge ge stellt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung eines Arbeitsverfahrens nach Anspruch 1 mit einer elektrischen Maschine bestimmter Nennleistung zum Antrieb einer Mehrzahl von Hydraulikpumpen insgesamt größerer Nennleistung in einem Hydraulik kreislauf einer mobilen Baumaschine, dadurch gekenn zeichnet, daß ein PID-Regler (10) vorgesehen ist, dem über einen Wirkleistungsumformer (9) die aufgenommene Wirkleistung als Istwert und die Nennleistung der elek trischen Maschine als Sollwert zugeführt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im PID-Regler (10) ein Ausgang dargestellt ist, der sowohl abhängig von der Regelabweichung zwischen Soll- und Istwert und zusätzlich von der Wirkleistungsanstiegs geschwindigkeit oberhalb eines wählbar vorgegebenen Wirk leistungswertes ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelausgang des PID-Reglers (10) einem elektrisch gesteuerten Hydraulikventil (12) zugeführt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Steuerstrom des Hydraulikventils (12) dem Steuereingang der stellbaren Hydraulikpumpe (3 a) zuge führt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikventil (12) eine druckproportionale Steuer kennlinie als Funktion des PID-Reglerausganges (10) auf weist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölfördermenge durch die Hydraulikpumpe in Abhängig keit vom Steuereingangsdruck stellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (1) durch einen Asynchronmotor dargestellt ist.