DE3716200A1 - Steuer- und regeleinrichtung fuer ein hydrostatisches antriebsaggregat und verfahren zum betreiben eines solchen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuer- und Regeleinrichtung für ein hydrostatisches Antriebsaggregat gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 und betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Steuer- und Regeleinrichtung.

Eine bekannte Steuer- und Regeleinrichtung der genannten Gattung weist als Geschwindigkeitssollwertgeber für jeden Verbraucher ein in Zwischenstellungen drosselndes Wege­ ventil auf, wobei die den einzelnen Verbrauchern zugeord­ neten Wegeventile vorzugsweise in Form eines Blockventiles zusammengeschaltet sind, wobei durch das Druckgefälle an der Drosselstelle dieses Wegeventiles das Einstellorgan der Pumpe im Sinne einer Bedarfsstromregelung gesteuert wird. Um dann, wenn mehrere Verbraucher gleichzeitig angesteuert werden, wobei im Betriebszustand an den einzelnen Verbrauchern immer unterschiedliche Drücke anstehen werden, zu erzielen, daß jeder Verbraucher sich lastunabhängig mit der gewünschten Geschwindigkeit bewegt, ist jedem Verbraucher eine hydraulisch gesteuerte Lastausgleich­ parallelschaltungsdrosselstelle zugeordnet, die von einem Steuerdruck beaufschlagt wird, dessen Höhe von dem Druck des mit dem höchsten Druck arbeitenden Verbrauchers be­ stimmt ist (Europäische Patentschrift 0 053 323).

Mit derartigen Antriebsfunktionen lassen sich sehr gute Ergebnisse und Funktionen erzielen. Nachteile sind jedoch einerseits, daß zwangsläufig der Hauptarbeitsstrom eine Drosselstelle durchfließen muß, in der ein Teil der Energie vernichtet wird, und zum Zweiten, daß die erforderlichen hydraulischen Steuerdruckleitungen einen großen Aufwand erfordern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuer- und Regeleinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen zu schaffen, mit der bzw. dem mit geringerem Energie­ verlust gearbeitet wird, die bzw. das mit geringerem Herstell­ aufwand hergestellt werden kann und darüberhinaus weitere vorteilhafte Weiterausgestaltungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Steuer- und Regeleinrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst und wird durch ein Verfahren gemäß dem kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 5 gelöst. Wesentlich ist dabei die Anwendung einer elektronischen Steuerung, der die elektrischen Signale zugeführt werden. Für den Geschwindigkeitsistwertgeber ergeben sich unterschiedliche Ausgestaltungsmöglichkeiten. Es ist ebenso möglich, den dem einzelnen Verbraucher zufließenden hydraulischen Strom mit üblichen hydraulischen Strommessern, beispielsweise umlaufenden und Impulse abgebenden Flügelrädern, wie sie in Zapfsäulen verwendet werden, zu messen, wie auch möglich ist, die jeweilige Lage der Kolbenstange zu messen und aus der Änderung der Lage der Kolbenstange die Bewegungs­ geschwindigkeit des Kolbens zu errechnen. Derartige Geber, die ein von der Lage des Kolbens im Zylinder abhängiges Signal abgeben, sind ebenfalls an sich bekannt (DE-OS 33 24 584; DE-OS 18 07 174). Die Arbeitsweise ist folgende: Wird ein einzelner Verbraucher, beispielsweise ein Zylinder eines Baggers, beaufschlagt, so wird mit dem Geschwindigkeitssollwertgeber eine bestimmte Bewegungs­ geschwindigkeit vorgegeben. In der elektronischen Steuer­ einrichtung wird der sich einstellende Geschwindigkeits­ istwert mit dem vorgegebenen Geschwindigkeitssollwert verglichen und über die elektronische Steuereinrichtung das Einstellorgan der Pumpe derart eingestellt, daß der Pumpenförderstrom genau so groß ist, daß sich am Verbraucher die gewünschte Geschwindigkeit einstellt, das heißt, der Geschwindigkeitsistwert dem Geschwindigkeitssollwert entspricht. Das Drosselventil ist dabei voll geöffnet, so daß an diesem keine Energieverluste entstehen.

Wird nunmehr ein zweiter Verbraucher zugeschaltet, bei­ spielsweise neben einem ersten Zylinder ein zweiter Arbeits­ zylinder zugeschaltet, so wird die Kraft an der Kolbenstange und der im Arbeitszylinder erforderliche Druck nicht zufällig in den beiden Zylindern gleich sein. Das hat die Folge, daß der von der Pumpe geförderte Strom zunächst in den Zylinder strömt, in dem eine Kolbenverschiebung schon mit geringerem Druck möglich ist, mit der Folge, daß sich in diesem Zylinder ein hoher Geschwindigkeits­ istwert ergibt. Dieses hohe Geschwindigkeitsistwertsignal wird dann in der elektrischen Steuereinrichtung ausgewertet und abhängig von diesem Signal das diesem Verbraucher zugeordnete elektromagnetische Drosselventil in eine drosselnde Stellung angesteuert, mit der Folge, daß einer­ seits diesem Arbeitszylinder ein geringerer Strom zufließt und folglich dem anderen Arbeitszylinder wieder ein größerer Strom zufließt, so daß sich an beiden Zylindern der jeweils gewünschte Geschwindigkeitsistwert einstellt. Durch die Drosselung in dem angesteuerten Drosselventil des mit dem geringeren Druck arbeitenden Verbrauchers wird vor diesem Drosselventil ein Druck angestaut, der dem Druck entspricht, mit dem der mit höheren Druck arbeitende Verbraucher arbeiten muß. Das jeweils dem mit höherem Druck arbeitenden Verbraucher zugeordnete elektromag­ netische Drosselventil bleibt jedoch voll geöffnet.

Durch Wahl der Zylinderdurchmesser und der Hebelarmlängen, an dem die Kolbenstangen angreifen, kann konstruktiv vorbestimmt werden, in welchem Zylinder bei welchen be­ stimmten Betriebszuständen der höhere und in welchem der niedrigere Druck erforderlich sein wird, so daß es möglich sein wird, dort, wo am häufigsten ein hoher Strom fließt, die geringsten Drosselverluste zu erzielen. Insgesamt wirkt die elektronische Steuereinrichtung mit den Drosselmagnet­ ventilen als eine Lastenverteileinrichtung.

Zu dieser Grundanordnung ergeben sich zahlreiche Weiter­ ausgestaltungen. Beispielsweise ist möglich, dann, wenn mehrere Pumpen, die jeweils einem Hydraulikkreis zugeordnet sind, gemeinsam von einer Brennkraftmaschine aus angetrieben werden, festzustellen, ob in einem der Kreise Leistung vom Verbraucher zur Pumpe zurückfließt, so daß diese Leistung über ein gemeinsame Vorgelegegetriebe direkt der anderen Pumpe zugeführt werden kann, so daß die Brenn­ kraftmaschine auf eine entsprechend kleinere Leistungsabgabe eingeregelt werden kann. Auch können Bremsschaltungen erzielt werden, durch die beim Erzielen einer zu hohen Geschwindigkeit im Bremszustand durch Drosseln in der Abflußleitung des Verbrauchers ein Staudruck bewirkt wird, der bremsend wirkt. Bewegungsrichtung des Verbrauchers und Druck in der Leitung und damit Energieaufnahme kann für jeden Verbraucher ermittelt werden. Ist die Summe der Geschwindigkeitsistwerte kleiner als die Summe der Geschwindigkeitssollwerte, wird zunächst die Pumpe auf größeres Fördervolumen pro Umdrehung eingestellt, sodann die Brennkraftmaschine auf höhere Drehzahl eingestellt. Sind zwei Pumpen vorhanden und bleibt in den Kreisen der einen Pumpe die Summe der Geschwindigkeitsistwerte kleiner als die Summe der Geschwindigkeitssollwerte, obwohl die Pumpe ihre Maximalförderlage erreicht hat und die Primär­ energiequelle die Maximalnenndrehzahl erreicht hat, so kann durch die Steuereinrichtung automatisch die Förder­ leitung der zweiten Pumpe mit der Förderleitung der ersten Pumpe verbunden werden, sofern die zweite Pumpe nicht ihrerseits ausgelastet ist. Die erste Pumpe bleibt dann voll ausgeschwenkt und das Hubvolumen pro Umdrehung der zweiten Pumpe wird abhängig von der Größe der Summe der Sollwerte bzw. vom Ergebnis des Sollwert-Istwert-Vergleiches gesteuert. Denkbar wäre auch, die Steuerung der ersten Pumpe beizubehalten und nur wie im Normalbetrieb die erste Pumpe zu steuern, dabei kann es schwieriger sein, einen stetigen Übergang beim Zuschalten zu erzielen. Denkbar, aber schwieriger wäre, beide Pumpen gleichzeitig zu steuern.

Im Grundprinzip ist bei der Steuer- und Regeleinrichtung für ein Antriebssystem gemäß der Erfindung, insbesondere für ein Antriebssystem für einen Bagger, ein geschlossenes Regelsystem vom Geschwindigkeitssollwertgeber zum Verbraucher gegeben. Das heißt, die beispielsweise vom Baggerführer am als Geschwindigkeitssollwertgeber dienenden Kommandohebel angesteuerte Bewegung des Endverbrauchers wird vom Geschwin­ digkeitsistwertgeber des Verbrauchers zurückgemeldet und die zum Einstellen der Pumpe auf den erforderlichen Förder­ strom benötigten Einstellwerte der Zwischenglieder zwischen Primärenergiequelle und Verbraucher, nämlich Stellzylinder der Pumpe, Drosselventil, Richtungsventil werden von der elektronischen Steuereinrichtung angesteuert. Das gilt nicht nur wenn nur ein Verbraucher angesteuert ist, sondern gilt auch bei Ansteuern meherer Verbraucher gleichzeitig bzw. bei Zuschalten eines weiteren Ver­ brauchers. In jedem Fall wird das Summensignal aller Verbrauchergeschwindigkeiten, sowohl die Summe der Soll­ geschwindigkeiten wie die Summe der Istgeschwindigkeiten, so geregelt, daß der Mengenstrombedarf und damit der Förderstrom der Pumpe exakt dem Bedarf der Verbraucher angepasst wird, wobei Drosselverluste in Drosselstellen minimiert sind. Die Verbraucherdrosselventile sind in ihrer Konstruktion derart ausgestaltet, daß sie sowohl die Zulaufleitungen zu den einzelnen Verbrauchern, als auch deren Rücklaufleitungen androsseln können, bzw. ist sowohl in der Zulaufleitung zum Verbraucher wie auch in der Rücklaufleitung je eine Drosselstelle angeordnet, wobei diese gemeinsam oder einzeln angesteuert werden können.

Bei Betrieb mit nur einem Verbraucher wird vom Bagger­ führer durch Betätigung des Kommandohebels eine Bewegung dieses Endverbrauchers angesteuert. In diesem Fall wird durch die elektronische Steuereinrichtung das zugehörige Richtungsventil angesteuert. Danach wird der Förderstrom der einstellbaren Pumpe derart angesteuert, wie es dem am Kommandohebel vorgegebenen Geschwindigkeitssollwert entspricht und die zugehörigen Stellglieder, nämlich Drosselventil und Richtungsventil werden voll geöffnet. Gleichzeitig wird am Verbraucher der Geschwindigkeitsist­ wert ermittelt und mit dem Sollwert des Kommandohebels in der elektronischen Steuereinrichtung verglichen. Bei einer auftretenden Differenz zwischen Istwert und Sollwert wird das Pumpenhubvolumen pro Umdrehung so lange nachge­ führt, bis die Differenz zwischen Geschwindigkeitssollwert und Geschwindigkeitsistwert gleich Null ist. Da die übrigen Verstellglieder, nämlich Drosselventil, Richtungsventil voll geschlossen sind, entstehen an ihnen keinerlei zu­ sätzliche Drosselverluste.

Wird vom Baggerführer ein weiterer Kommandohebel betätigt, um gleichzeitig zwei Verbraucher zu beaufschlagen, so werden für den zusätzlich zugeschalteten Verbraucher auch zuerst Richtungsventil und Verbraucherdrosselventil ge­ öffnet. Gleichzeitig wird die Pumpe durch das Summensignal der geforderten Mengenströme von erstem und zweitem Ver­ braucher angesteuert. Da im Regelfall die einzelnen Ver­ braucher unterschiedlichen Druckbedarf haben, wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers mit dem niedrigeren Druckbedarf höher sein als seine Sollgeschwin­ digkeit. Das hat zur Folge, daß die Zulaufmenge zu diesem mit niedrigerem Druck arbeitenden Verbraucher mittels des Verbraucherdrosselventiles angedrosselt werden muß, bis an diesem Verbraucher der Geschwindigkeitsistwert dem Geschwindigkeitssollwert entspricht. Gleichzeitig wird der Verbraucher mit dem höheren Druckbedarf einen zu niedrigen Geschwindigkeitsistwert aufweisen. Dieser Verbraucher wird nunmehr signaltechnisch bezüglich der Steuereinheit als Führungsverbraucher definiert, das heißt sein Verbraucherdrosselventil bleibt voll geöffnet und seine Geschwindigkeitsregelabweichung wird zur Nachsteuerung der Pumpe verwendet. Dies bewirkt, daß dieser Verbraucher ohne Leistungsverluste betrieben wird, während der Mengen­ bedarf des zweiten Verbrauchers über das Verbraucherdrossel­ ventil geregelt wird.

Wird nunmehr ein dritter Verbraucher zugeschaltet, so ergibt sich zunächst in bezug auf diesen dritten Verbraucher die gleiche Wirkung wie in bezug auf den zweiten Verbraucher. Es kann jedoch der Fall auftreten, daß die Geschwindigkeits­ istwerte von zwei Verbrauchern beide kleiner sind als die Sollwerte. In diesem Fall werden dann die Verbraucher­ drosselventile dieser beiden Verbraucher voll aufgesteuert und die Pumpe weiter auf größeres Fördervolumen pro Um­ drehung eingestellt. Nach einiger Zeit wird einer dieser beiden Verbraucher dann einen zu hohen Geschwindigkeits­ istwert aufweisen, so daß das Verbraucherdrosselventil an diesem Verbraucher angesteuert wird und den Strom, der zu diesem Verbraucher fließt, androsselt. Dann wird automatisch der Geschwindigkeitssollwertgeber des Ver­ brauchers, dessen Geschwindigkeit sich dann noch als zu niedrig erweist, zum Führungssignalgeber, der die Aus­ schwenklage der Pumpe steuert, da er gemäß vorgenannten Definition den höchsten Druck besitzt. Das diesem Verbraucher zugeordnete Drosselventil wird daher voll geöffnet.

Ist in einem solchen Antriebssystem ein ausgeglichener Betriebszustand erreicht worden, in dem alle Verbraucher­ istwerte den zugeordneten Sollwerten entsprechen, und wird dann durch irgendwelche Störgrößen bewirkt, daß an einem oder mehreren Verbrauchern eine zu hohe Geschwindig­ keit auftritt, so wird die Pumpe so lange auf kleineres Hub­ volumen pro Umdrehung zurückgeregelt, bis einer der Ver­ braucher eine zu niedrige Geschwindigkeit aufweist. Der Geschwindigkeitsistwertgeber dieses Verbrauchers wird dann der Führungsgrößensignalgeber, das heißt, er übernimmt die Funktion der Pumpenfeinregelung, während die übrigen Ver­ braucher über die Verbraucherdrosselventile gesteuert werden.

Dabei kann eine von einigen möglichen Extremlagen auftreten. Führt zum Beispiel einer der Verbraucher in seine Endlage auf Anschlag, so ergeben sich an diesem die beiden folgenden Bedingungen: Der Geschwindigkeitsistwert ist gleich Null, während der Geschwindigkeitssollwert ungleich Null ist. Durch den zu niedrigen Geschwindigkeitsistwert wird automatisch dieser Verbraucher zu dem die Führung übernehmenden Ver­ braucher. Bleibt die Geschwindigkeit Null, so wird die Pumpe auf einen berechneten reduzierten Förderstrom eingestellt, der außer dem Summensignal der anderen zugeschalteten Verbraucher für diesen Verbraucher nunmehr das Lecköl und seine vorgegebene Reserve deckt. Die darüberhinaus vom Sollwert geforderte Menge wird dadurch nicht unnötigerweise über die Überdruckventile unter Drosselung abgelassen, da dieses Abströmen unter Drosseln einen Energieverlust bedeuten würde.

Wird zusätzlich an dem Verbraucher ein Drucksensor verwendet, so kann der vorausberechnete Einstellwert der Pumpe durch die Ausbildung eines Druckregelbereiches weiter so reduziert werden, daß durch die Pumpe gerade der erforderliche Leckölstrombedarf gedeckt wird.

Die Einrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung sind ebenso anwendbar bei hydraulischen Verbrauchern mit linearer Bewegung (Zylinder-Kolben-Aggregaten) wie auch bei Verbrauchern hydraulischer Energie mit rotierender Welle, wobei bei mehreren Verbrauchern beliebig viele derselben lineare Verbraucher sein können und jeweils der Rest Verbraucher mit rotierender Welle.

Ein Verbraucher kann auch ein Fahrmotor, beispielsweise eines Baggers, sein, bei dem im Betrieb ein Bremszustand auftreten kann, in dem der Hydromotor an der Welle mechanische Energie aufnimmt, die in dem Hydromotor in hydraulische Energie umgesetzt wird. Bei Bergabfahrt ergibt sich das Problem, daß der Hydromotor im Bremszu­ stand in die Ablaufleitung zum Tank fördert, wobei andererseits in der Leitung zwischen Pumpe und Hydromotor ein Unterdruck entstehen kann mit der Folge einer Kavita­ tionsgefahr und somit Gefahr der Zerstörung der hydrau­ lischen Einheiten, da dann der von der Pumpe geförderte Strom nicht mehr ausreicht. Übersteigt die Drehzahl des Hydromotors den vorgegebenen Sollwert, das heißt, das Fahrzeug geht in den Schiebebetrieb über, so wird diese Tatsache vom Drehzahlistwertgeber erfasst. Daraufhin wird die Pumpe auf einen bestimmten Wert des Hubvolumens pro Umdrehung eingestellt, um den von dem Hydromotor aufge­ nommenen Ölstrom zu liefern. Ist in der Ablaufleitung des Hydromotors gemäß einem weiteren Schritt der Erfindung eine steuerbare Drosselmöglichkeit, beispielsweise ein steuerbares Druckbegrenzungsventil, angeordnet, so wird dieses durch die elektronische Steuereinrichtung ange­ steuert und dadurch der Druck in der Ablaufleitung des Hydromotors erhöht und zwar derart erhöht, daß der tat­ sächliche Geschwindigkeitsistwert, der als Drehzahl der Hydromotorwelle erfasst wird, dem vorgegebenen Sollwert entspricht. Diese Kontrolle und Steuerung wird dabei vom gleichen Geschwindigkeitsregler übernommen, der in der Beschleunigungssphase auf das Drosselventil in der Zulaufleitung eingewirkt hat.

Gemäß einer weiteren Weiterausgestaltung ist zusätzlich in der Zulaufleitung des Hydromotors ein Druckschalter eingebaut, der bei einem sehr schnellen Abbau des Druckes in der Zulaufleitung des Hydromotors ein Signal abgibt, wenn ein bestimmter, vorgegebener Druckwert unterschritten wird. Dieser Druckschalter schaltet dann sofort ebenfalls das Druckbegrenzungsventil in der Rücklaufleitung des Hydromotors zu und läßt die Pumpe ausschwenken und oder das Drosselventil öffnen, auch wenn vom Drehzahlistwert­ geber noch keine oder nur eine geringe Geschwindigkeits­ erhöhung gemeldet wird. Somit soll bei einem schnellen Umschlagen vom Fahrantriebbetrieb in den Bremsbetrieb die Gefahr der Kavitation vermieden werden. Druckschalter an den einzelnen Leitungen können auch benutzt werden, um zusammen mit einem Signal für die Bewegungsrichtung des Verbrauchers festzustellen, ob dieser im Bremsbetrieb arbeitet.

Grenzlastregelung sind an sich bekannt, das heißt bei einem Antriebssystem aus einer Primärenergiequelle und einem hydrostatischen Getriebe Regelungen, bei denen dann, wenn die Drehzahl der Primärenergiequelle infolge eines zu hohen, an der Abtriebswelle der Primärenergiequelle abgegebenen Drehmomentes absinkt, die Pumpe des hydro­ statischen Getriebes auf kleineres Hubvolumen pro Umdrehung und damit auf kleineres Drehmoment an der Pumpenantriebs­ welle eingestellt wird. Diese sind auch in der Ausge­ staltung als elektronische Regelung bekannt. Dem vorge­ nannten erfindungsgemäßen System der Verbraucherregelung ist eine solche Grenzlastregelung überlagert. Wird die Antriebsmaschine bei einem hohen Leistungsbedarf der Verbraucher überlastet, so wird sie unter ihren von der Einstellung des Leistungsregelorganes vorgegebenen Drehzahl­ nennwert gedrückt. Diese Drückung wird durch einen Vergleich zwischen Sollwert und Istwert der Primärenergiequellen­ drehzahl erfasst. Unterschreitet die Istdrehzahl einen vom Sollwertgeber vorgegebenen Wert, so werden die einzelnen Endverbraucher in ihrem Leistungsbedarf so weit zurückgeregelt, daß die Primärenergiequelle die Summe der aufgenommenen Leistungen liefern kann. Der Wert, wie weit die Drehzahl der Antriebsmaschine gedrückt werden kann, das heißt die Grenzdrehzahl, wird vorgegeben, das heißt, der Grenzlastregler steuert sowohl die Pumpe als auch die Drosselventile.

Ist eine elektronische Grenzlastregelung vorhanden und greift diese bei Drücken der Drehzahl der antreibenden Brennkraftmaschine ein oder ist das Pumpensummensignal durch viele zugeschaltete Verbraucher zu groß, so werden unabhängig von der momentanen Stellung der einzelnen Soll­ wertgeber-Kommandoverstellhebel die von diesen gelieferten Sollwerte in einem frei festzulegenden Maß so weit zurück­ genommen, daß kein fehlerhaftes Verhalten des Baggers entsteht. Ein solcher Steuereingriff kann derart ausge­ staltet sein, daß alle Geschwindigkeitsistwerte im gleichen Verhältnis zurückgesteuert werden, das heißt, daß bei einer angesteuerten überlagerten Bewegung die resultierende Bewegung die gleiche bleibt, lediglich verlangsamt wird, das heißt, die Koordinierung der Bewegungen bleibt er­ halten. Bei einer anderen Auslegung ist es aber auch mög­ lich, die Geschwindigkeitsreduzierungen gewollt in anderer Weise zu verteilen, so daß beispielsweise ein bestimmter Verbraucher in einem stärkeren Maß zurückgeregelt wird als ein anderer.

Weiterhin kann eine elektronische Druck- bzw. Druckbe­ grenzungsregelung durch Einbau von Drucksensoren in den einzelnen Verbraucherleitungen erzielt werden und kann Verrechnung der Meßwerte mit den einzelnen Positionen der Verbraucher erreicht werden, so daß kritische Situationen, wie sie zum Beispiel bei Drehen eines Baggeroberteiles mit zu hoher Last auftreten können, vermieden werden, da durch die Drucksensoren dann eine Ermittlung der Lastverhältnisse erfolgt und daraus in der elektronischen Steuereinrichtung eine Reduzierung zum Beispiel der Drehgeschwindigkeit erfolgen kann derart, daß kritische Situationen oder Überlastungen nicht ein­ treten können.

Im Folgenden ist die Erfindung und ihre Wirkungsweise anhand eines durch ein Schaltschema dargestellten Aus­ führungsbeispieles erläutert.

Die einstellbare Pumpe 1 wird über die Welle 2 durch die Primärenergiequelle 3 angetrieben, deren Leistungsregel­ organ mittels eines Einstellhebels 4 eingestellt werden kann, wobei dieser Einstellhebel 4 mit einem Geschwindig­ keitssollwertpotentiometer 5 verbunden ist. Die Welle der Primärenergiequelle 3 ist weiterhin mit einem Ge­ schwindigkeitsistwertgeber 6 verbunden. Von dem Geschwin­ digkeitssollwertgeber 5 geht eine Leitung 7 aus und von dem Geschwindigkeitsistwertgeber 6 geht eine Leitung 8 aus, wobei die beiden Leitungen 7 und 8 mit einer elektronischen Steuereinrichtung 9 verbunden sind.

An die Pumpe 1 ist eine Pumpenförderleitung 10 angeschlossen, von der eine Zweigleitung 11 zu einem Verbraucher 12 führt. Weiterhin ist an die Pumpenförderleitung 10 eine weitere Zweigleitung 13 angeschlossen, die zu einem Verbraucher 14 führt und ist eine dritte Zweigleitung 15 angeschlossen, die zu einem Hydromotor 16 führt.

In der Zweigleitung 11 ist ein elektromagnetisch einstell­ bares Drosselventil 17 angeordnet und zwischen diesem und dem Verbraucher 12 ein elektrisch steuerbares Richtungsumschaltventil 18, an das eine zu einem Behälter 19 führende Ablaufleitung 20 angeschlossen ist, in den ein zweites elektromagnetisches Drosselventil 21 angeordnet ist. Die elektromagnetischen Drosselventile 17, 18 und 21 sind Proportionalventile.

In gleicher Weise ist in der Zweigleitung 13 ein elektro­ magnetisches Drosselventil 23 angeordnet und zwischen diesem und dem Verbraucher 14 ein Richtungsumschalt­ ventil 24, wobei in der Ablaufleitung 25 ein zweites elektromagnetisches Drosselventil 26 angeordnet ist.

In der Zweigleitung 15 ist eine elektromagnetische Drossel­ stelle 27 angeordnet und ein Richtungsumschaltventil 28. Die von dem Richtungsumschaltventil 28 ausgehende Ablauf­ leitung 29 führt zu einem Druckbegrenzungsventil 30, welches elektromagnetisch steuerbar ist.

Die elektromagnetischen Drosselventile 17 und 21 werden über eine elektrische Steuerleitung 31 angesteuert und das Richtungsumschaltventil 18 wird über eine elektrische Steuerleitung 32 angesteuert. Ebenso werden die elektro­ magnetischen Drosselventile 23 und 26 über eine elektrische Steuerleitung 33 angesteuert und wird das Richtungsumschalt­ ventil 24 durch eine elektrische Steuerleitung 34 angesteuert.

An die Zweigleitung 15 ist zwischen der elektromagnetischen Drosselstelle 27 und dem Richtungsumschaltventil 28 ein Druckschalter 35 angeschlossen, von dem eine elektrische Signalleitung 36 ausgeht. Die elektromagnetische Drossel­ stelle 27 wird über eine elektrische Signalleitung 37 angesteuert und das Druckbegrenzungsventil 30 wird über eine elektrische Steuerleitung 38 angesteuert, wobei alle elektrischen Steuerleitungen 31, 32, 33, 34, 36, 37 und 38 an die elektronische Steuereinrichtung 9 ange­ schlossen sind.

Der Verbraucher 12 ist mit einem Geschwindigkeitsistwert­ geber 40 versehen und der Verbraucher 14 ist mit einem Geschwindigkeitsistwertgeber 41 versehen und der Hydro­ motor 16 ist mit einem Drehzahlgeber 42 versehen, wobei von dem Geschwindigkeitsistwertgeber 40 eine elektrische Signalleitung 43 ausgeht und von dem Geschwindigkeitsist­ wertgeber 41 eine elektrische Signalleitung 44 ausgeht und von dem Drehzahlgeber 42 eine elektrische Signal­ leitung 45 ausgeht, wobei die Signalleitungen 43, 44 und 45 ebenfalls an die elektronische Steuereinrichtung 9 angeschlossen sind.

Das Stellglied 46 der Pumpe 1 ist mit einer elektrischen Stelleinrichtung 47 verbunden, die an eine elektrische Steuerleitung 48 angeschlossen ist, die ebenfalls an die elektronische Steuereinrichtung 9 angeschlossen ist.

Der Kommandohebel 50 dient als Geschwindigkeitssollwert­ geber für den Verbraucher 12 und ist über eine elektrische Steuerleitung 54 an die elektronische Steuereinrichtung 9 angeschlossen.

Der Kommandohebel 51 dient als Geschwindigkeitssollwert­ geber für den Verbraucher 14 und ist über eine elektrische Steuerleitung 55 an die elektronische Steuereinrichtung 9 angeschlossen.

Der Kommandohebel 53 dient als Sollwertgeber für den Hydro­ motor 16 und ist über eine elektrische Steuerleitung 56 an die elektronische Steuereinrichtung 9 angeschlossen.

Wird beispielsweise der Kommandohebel-Geschwindigkeits­ sollwertgeber 50 willkürlich angesteuert, so wird das Richtungsumschaltventil 18 in eine bestimmte geöffnete Stellung gebracht. Gleichzeitig sind die magnetischen Drosselventile 17 und 21 voll geöffnet und wird die Pumpe derart ausgeschwenkt, daß der von dem Geschwindigkeitsist­ wertgeber 40 gemeldete Geschwindigkeitsistwert dem an dem Kommandohebel 50 vorgegebenen Sollwert entspricht. Wird nunmehr zusätzlich der Geschwindigkeitssollwerthebel 51 betätigt, so wird auch das Richtungsumschaltventil 24 in eine seiner geöffneten Endstellungen gefahren und die Geschwindigkeit am Geschwindigkeitsistwertgeber 41 über­ wacht. Ist die Kraft an der Kolbenstange des Verbrauchers 14 bezogen auf die Kolbenfläche kleiner als die Kraft an der Kolbenstange des Verbrauchers 12, so wird sich der Kolben in dem Zylinder 14 schneller fortbewegen als es dem an dem Hebel 51 vorgegebenen Sollwert entspricht, während umgekehrt der Kolben in dem Zylinder 12 eine kleinere Istgeschwindigkeit aufweist als an dem Kommando­ hebel 50 vorgegeben. In diesem Fall wird durch die elektronische Steuerung 9 über die Leitung 33 ein Signal gegeben, durch welches die beiden elektromagnetischen Drosselventile 23 und 26 in eine Drosselstellung gefahren werden, so daß vor diesen in der Zweigleitung 13 ein Druck aufgestaut wird, der dem Druck entspricht, der in dem Zylinder 12 erforderlich ist, wobei gleichzeitig durch dieses Druckaufstauen der die Drosselstelle 23 durch­ fließende Strom derartig klein wird, daß der Geschwindig­ keitsistwert dem Sollwert entspricht.

Ist über den Kommandohebel 53 der Hydromotor 16 angesteuert, so ergibt sich sinngemäß die gleiche Regelwirkung. Kommt jedoch der Hydromotor 16 in den Bremsbetrieb und tritt infolge dessen in der Zweigleitung 15 ein Unterdruck auf, so spricht der Druckschalter 35 an, wenn ein vorgegebener Grenzwert des Druckes unterschritten wird. Aufgrund des Signales des Druckschalters 35 erfolgt ein Regeleingriff, der den Förderstrom der Pumpe 1 so vergrößert, daß nicht durch Unterdruck in der Zulaufleitung zu dem Hydromotor 16 an diesem Kavitationsschäden entstehen können. Wird gleich­ zeitig im Bremsbetrieb die Drehzahl des Hydromotors 16, das heißt das am Drehzahlsignalgeber 42 gemessene Drehzahl­ signal, größer als das Sollwertsignal, welches durch den Hebel 53 vorgegeben ist, so wird das Druckbegrenzungsventil 30 auf höheren Druck eingestellt, so daß in der Ablauf­ leitung 29 ein Druck angestaut wird. Sind zwei Verbraucher 12 und 14 oder 12 und 16 oder 14 und 16 gleichzeitig ange­ steuert oder werden alle drei Verbraucher 12, 14 und 16 gleichzeitig angesteuert und ist die Summe der Geschwindig­ keitssollwerte größer als die Summe der Geschwindigkeits­ istwerte, so wird zunächst dem Einstellorgan 47 der Pumpe 1 ein Signal gegeben, durch das die Pumpe auf größeres Hub­ volumen pro Umdrehung eingestellt wird.

Kann auch auf diesem Wege noch nicht ein Angleichen der Geschwindigkeitsistwerte an die Geschwindigkeitssollwerte erzielt werden, wird durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Zusatzeinrichtung automatisch der Betätigungs­ hebel 4 derart verstellt, daß die Primärenergiequelle 3 auf höhere Drehzahl eingestellt wird.

Claims (12)

1. Steuer- und Regeleinrichtung für ein hydrostatisches Antriebsaggregat mit einer einstellbaren Pumpe, die von einer Primärenergiequelle angetrieben wird und von der mehrere Verbraucher hydrostatischer Energie beaufschlagt werden, wobei für jeden Verbraucher ein Geschwindigkeitssollwertgeber vorgesehen ist und jedem Verbraucher eine einstellbare Drosselstelle zugeordnet ist, vorzugsweise Steuer- und Regeleinrichtung für einen hydrostatischen Antrieb für einen Bagger, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeitssollwert­ geber (50 bzw. 51 bzw. 53) ein ein elektrisches Signal abgebender Geber ist und daß das Signal des Geschwindig­ keitssollwertgebers (50 bzw. 51 bzw. 53) einer elektro­ nischen Steuereinrichtung (9) zugeführt wird und daß jedem Verbraucher (12, 14, 16) ein Geschwindigkeitsist­ wertgeber zugeordnet ist, dessen Signal ebenfalls der elektronischen Steuereinrichtung (9) zugeführt wird, und daß die jeweils einem Verbraucher (12 bzw. 14 bzw. 16) zugeordnete Drosselstelle (17, 23, 27) ein von der elektronischen Steuereinrichtung (9) gesteuertes elektromagnetisches Drosselventil (17 bzw. 23, bzw. 27) ist.

2. Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 1 für ein hydrostatisches Antriebsaggregat, bei dem jeder Verbraucher in beide Bewegungsrichtungen betreibbar ist und mit einem Richtungsumschaltventil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Verbraucher­ anschlußleitungen je ein von der elektronischen Steuer­ einrichtung (9) steuerbares elektromagnetisches Drossel­ ventil (17 und 21 bzw. 23 und 26) angeordnet ist.

3. Steuer- und Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit einem im Bremsbetrieb betreibbaren Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufleitung des Verbrauchers an ein von der elektronischen Steuerein­ richtung (9) gesteuertes Druckbegrenzungsventil (30) angeschlossen ist.

4. Steuer- und Regeleinrichtung nach einem der vorange­ gangenen Ansprüche mit einem Verbraucher mit rotierender Welle, dadurch gekennzeichnet, daß an die Pumpenförder­ zweigleitung (15) zwischen dem diesem Verbraucher (16) zugeordneten Drosselventil (27) und dem Verbraucher (16) ein elektrischer, an die elektronische Steuerein­ richtung (9) angeschlossener, ein Mindestdrucksignal gebender Druckschalter (35) angeschlossen ist.

5. Verfahren zum Betreiben einer Regel- und Steuerein­ richtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweils demjenigen Verbraucher (12 bzw. 14 bzw. 16), dessen Geschwindigkeitsistwertsignal zu hoch ist, zugeordnete elektromagnetische Drosselventil (17 bzw. 23 bzw. 27) in eine Drosselstellung angesteuert wird, bis die Differenz zwischen Geschwindigkeitssoll­ wert und Geschwindigkeitsistwert an diesem Verbraucher gleich Null ist, wobei das elektromagnetische Drossel­ ventil (17 bzw. 23 bzw. 27) des Verbrauchers (12 bzw. 14 bzw. 16), dessen Geschwindigkeitsistwert den zugeord­ neten Geschwindigkeitssollwert höchstens um einen kleinen Wert unterschreitet, voll geöffnet bleibt und das Geschwin­ digkeitsistwertsignal dieses Verbrauchers (12 bzw. 14 bzw. 16) als Führungssignal für die Einstellung des Einstellorganes (47) der Pumpe (1) von der elektro­ nischen Steuereinrichtung (9) ausgewertet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergleich der Summen der Geschwindigkeitssoll­ werte und der Geschwindigkeitsistwerte vorgenommen wird und die Lage des Pumpeneinstellorganes (46) fest­ gestellt wird, wobei dann, wenn die Summe der Geschwin­ digkeitsistwerte kleiner ist als die Summe der Geschwin­ digkeitssollwerte und das Pumpeneinstellorgan die Endlage erreicht hat, die Primärenergiequelle (1) auf höhere Drehzahl angesteuert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6 für ein Antriebssystem mit mehreren Pumpen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen der Endlage des Einstellorganes der Pumpe (1) und gegebenenfalls Erreichen der maximalen Nenndrehzahl der Primärenergiequelle (3) und bei unbelasteter zweiter Pumpe die Förderleitung dieser zweiten Pumpe über ein elektrisches, von der elektrischen Steuereinrichtung (9) angesteuertes Zusammenschaltventil mit der Förderleitung der ersten Pumpe (1) verbunden wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5 zum Betreiben einer Antriebs­ einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4 für ein Antriebsaggregat mit einem im Bremsbetrieb betreib­ baren Verbraucher, vorzugsweise Fahrmotor, dadurch gekennzeichnet, daß im Bremsbetrieb das in der Ablauf­ leitung des Verbrauchers (16) angeordnete Druckbe­ grenzungsventil (30) in eine Drosselstelle einge­ steuert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5 oder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen an der zum Verbraucher führenden Förderzweigleitung angeordneten Drucksensor bei Unterschreiten eines Grenzwertes des Druckes ein Signal an die elektronische Steuereinrichtung (9) gegeben wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen an einer zu einem Verbraucher führenden Förderzweigleitung angeordneten Drucksensor bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes des Druckes ein Signal an die elektronische Steuereinrichtung (9) gegeben wird und daß dieses Signal in der elektronischen Steuereinrichtung (9) zusammen mit den Signalen über die Änderung des Geschwin­ digkeitssollwertes oder des Geschwindigkeitsistwertes im Sinne einer Beschleunigungsbegrenzungssteuerung und / oder einer Geschwindigkeitsbegrenzungssteuerung verarbeitet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10 zum Betreiben einer Steuereinrichtung mit einer Drückungsgrenzlast­ regelung, dadurch gekennzeichnet, daß bei Drücken der Primärenergiequellendrehzahl unter einen vorbestimmten Grenzwert alle Geschwindigkeitssollwerte in einem vorbestimmten Verhältnis vermindert werden, vorzugsweise alle im gleichen Verhältnis vermindert werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Sollwertvorgabe, durch die die Pumpe mehr als die maximale Fördermenge liefern müsste, alle Sollwerte für die Geschwindigkeits­ regelung in einem vorbestimmten Verhältnis vermindert werden, vorzugsweise alle im gleichen Verhältnis ver­ mindert werden.