DE4325772C2 - Antriebssystem mit einem Signalgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit einem durch Muskelkraft betätigbaren, hydraulische pneumatische oder elektrische Hilfsenergie nutzenden Signalgeber für eine in Zwischenstellung betreibbare Vorrichtung, durch die der Ölstrom von einer Druckquelle zu mindestens einem hydraulischen Verbraucher beeinflußbar ist, wobei eine durch belastungsabhängige Signale des Antriebssystems steuerbare Rückstell­ kraft der betätigenden Muskelkraft entgegengerichtet wirksam ist.

Heutige Baggersteuerungen erlauben es dem Baggerfahrer, mehrere Bewegungen des Baggers weitgehend unabhängig voneinander auszuführen. Möglich ist dies durch den Einsatz von Verstellpumpen sowie von Druckwaagen in den Ventilen, die einen zu hohen Pumpendruck auf das vom jeweiligen Verbraucher benötigte Niveau drosseln (bekannt beispielsweise aus der DE 31 46 540 C2). So ist es möglich, mit einer Pumpe alle fünf Verbraucher eines Baggers lastunabhängig zu versorgen.

Nachteilig an den bekannten Systemen ist die Tatsache, daß der Baggerfahrer keine direkte Information darüber bekommt, wie wirtschaftlich bzw. unwirtschaftlich er den Bagger betreibt. So wird z. B. die Drehzahldrückung eines die Verbraucher antreiben­ den Dieselmotors als Zeichen guter Bedienung mißverstanden ("der Dieselmotor und somit der Bagger arbeitet schwer, das muß ja gut sein"). Auch wird die Möglichkeit, mehrere Verbraucher gleichzeitig betätigen zu können, genutzt, ohne sich über die an den Druckwaagen auftretenden Druckverluste im klaren zu sein. Wird z. B. ein Ver­ braucher mit sehr hohem Druck betrieben, so muß die Pumpe ja diesen Druck zur Verfügung stellen; wird nun ein zweiter Verbraucher mit deutlich geringerem Druck betätigt, so fällt die Druckdifferenz an der Druckwaage ab, d. h. hydraulische Leistung wird in Wärme umgesetzt.

Angesteuert werden die Ventile durch hydraulische Signalgeber, die vom Fahrer von Hand, beispielsweise mit Hilfe eines Hebels bedient werden. Diese Signalgeber erzeu­ gen einen Steuerdruck, mit dem die Ventilkolben der Ventile beaufschlagt werden.

Um eine wirtschaftliche Arbeitsweise zu erreichen, wird bei den Baggern des Standes der Technik oftmals mehr als eine Pumpe verwendet (2-Pumpen-System oder 3-Pum­ pen-System) oder durch eine übergeordnete Steuerung die Leistung des Dieselmotors begrenzt ("mode-Steuerung"). Derartige Steuerungen sind aufwendig und entziehen der Bedienperson, also dem Baggerfahrer teilweise die Kontrolle, indem die gegebenen Kommandos verfälscht werden.

Aus der WO 88/06242 ist bereits ein Antriebssystem bekannt, bei dem der dem einzi­ gen Verbraucher zugeordnete Signalgeber in Abhängigkeit von der Belastung des Ver­ brauchers mit einer Rückstellkraft beaufschlagt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Möglichkeit zu schaffen, ein Antriebssystem der eingangs genannten Art mit mehreren Verbrauchern wirtschaftlich zu bedienen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere Signalgeber vorge­ sehen sind und bei gleichzeitiger Betätigung mehrerer Signalgeber die der Muskelkraft entgegenwirkende Kraft, die dem Signalgeber des Verbrauchers mit dem niedrigsten Lastdruck zugeordnet ist, auf den Wert Null herabgesetzt ist und für alle anderen Ver­ braucher abhängig ist von dem Produkt aus dem dem jeweiligen Verbraucher individu­ ell zufließenden Ölstrom und dem Ergebnis der Differenzbildung zwischen dem indivi­ duellen Lastdruck und dem niedrigsten Lastdruck aller betätigten Verbraucher. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei gleichzeitiger Betätigung mehrerer Verbraucher eine Rückkoppelung der Verlustleistung der einzelnen Verbraucher dem Fahrer eine wirt­ schaftliche Arbeitsweise ermöglicht. Der Fahrer kann somit ein Gefühl entwickeln, ver­ lustarm zu arbeiten (geringer Widerstand am Hebel gegen Verstellen). Eine Beeinflus­ sung seiner Kommandos erfolgt nicht.

Verschiedene zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Un­ teransprüchen. Es ist besonders vorteilhaft, das Antriebssystem in einer Baumaschine vorzusehen, weil diese einerseits einen erheblichen Energiebedarf aufweist und ande­ rerseits mit einer Vielzahl von Verbrauchern ausgestattet ist.

Einzelheiten der Erfindung werden anhand mehrerer, in den Figuren schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 den Schaltplan eines hydraulischen Rotationsantriebs,

Fig. 2 ein hydraulisches Antriebssystem mit mehreren Verbrauchern und

Fig. 3 ein weiteres hydraulisches Antriebssystem mit drei Motoren.

Sowohl das Aufbringen der Kraft als auch das Detektieren einer verlustbehafteten Arbeitsweise kann auf verschiedene Arten erfolgen.

Fig. 1 zeigt eine rein hydraulische Lösung für einen rotatorischen Antrieb. Dargestellt ist die Erfindung nur für eine Drehrichtung; sie ist bei zwei Drehrichtungen analog zu erweitern.

Betätigt der Fahrer den Hebel 1, so steuert er über einen als Druckminderventil ausgebildeten Signalgeber 2 einen Druck, der das Ventil 3 so auslenkt, daß von der als bedarfsstromgeregelte Pumpe ausgebildeten Druckquelle 4 Öl zum Motor 5 fließt. Übersteigt der Druck am Motor den vom Überdruckventil 6 vorgegebenen Wert, so fließt Öl durch das Ventil 6 und die Blende 7 zum Tank. Die Druckdifferenz über der Blende 7 öffnet das Ventil 8, so daß Öl von der Pumpe 9 in den Zylinder 10 fließen kann und sich dort ein Druck aufbaut, der über die Stange auf den Hebel 1 wirkt. Der Fahrer erhält folglich eine Rückmeldung, daß er unwirtschaftlich arbeitet, da ein Teil der Pumpenmenge über das Überdruckventil fließt. Je größer dieser Strom ist, desto größer ist der Druckabfall an der Blende 7, je weiter wird das Ventil 8 geöffnet. Der Druck im Zylinder 10, und somit die Rückstellkraft, nimmt folglich zu, je mehr Öl durch das Überdruckventil 6 fließt, je unwirtschaftlicher also gearbeitet wird.

Fig. 2 zeigt den allgemeinen Fall, daß mehrere Verbraucher (gezeichnet sind der Übersichtlichkeit halber nur zwei, und jeweils auch nur eine Bewegungsrichtung des Zylinders) von einer Pumpe mit Druck versorgt werden. In diesem Fall bestimmt der Verbraucher mit dem höchsten Lastdruck den Pumpendruck. Der Verbraucher mit dem niedrigeren Lastdruck arbeitet immer unwirtschaftlich, da in dem dazugehörigen Ventil die Differenz zwischen den beiden Lastdrücken abgebaut werden muß.

Betätigt der Fahrer den Hebel 1, so steuert er über den Signalgeber 2 einen Steuerdruck, der das Ventil 3 so auslenkt, daß von der als bedarfsstromgeregelten Pumpe Öl zum Verbraucher 5a fließt. Über die Wechselventile 6a, 7a und 8a wird der höchste Lastdruck ausgewählt und der Pumpe 4 als Sollwert zugeführt. Sobald ein Steuerdruck vorhanden ist, wird das Ventil 9a durchgeschaltet. Sobald Öl von der Pumpe 4 zum Ventil 3 fließt, wird das Ventil 10a (in Abhängigkeit der Durchflußmenge) geöffnet. Mit dem Ventil 11 wird festgestellt, welcher der zwei gezeichneten Verbraucher den höheren Lastdruck besitzt. Ist dies der Zylinder 12 und wird der Hebel 1 betätigt, so fließt von der Pumpe 13 über die Ventile 11, 10a und 9a Öl in den Zylinder 14, so daß sich dort ein Druck aufbaut, der eine der Betätigung entgegengesetzte Kraft bewirkt; der Fahrer erhält eine Rückkopplung über die im Ventil 3 anfallenden Drosselverluste. Da es sich bei den Ventilen 11 und 10a um stetig arbeitende Ventile handelt, ist die Größe der rückwirkenden Kraft sowohl von der Lastdruckdifferenz als auch von der Menge abhängig, also von der im Ventil anfallenden Verlustleistung.

Die Erfindung kann aber auch gerätetechnisch anders realisiert werden. So kann statt der in Fig. 1 gezeigten hydraulischen Mengenmessung auch aus dem z. B. elektrisch erfaßten Schwenkwinkel der Pumpe und der Pumpendrehzahl sowie der Motordrehzahl die Differenzmenge, die über das Überdruckventil fließt, ermittelt werden. Sofern die Sollwertvorgabe dann nicht mittels eines hydraulischen Gebers, sondern durch ein elektrisches Potentiometer erfolgt, wäre ein Aufbringen der Rückstellkraft durch einen Elektromagneten (anstelle des Hydraulikzylinders) sinnvoll.

Auch für die in Fig. 2 gezeigte Lösung, die bei mehreren Verbrauchern eine Rückkopplung der Verlustleistung auf hydraulischem Wege realisiert, ist eine gerätetechnische Variation möglich. So wird in der Literatur ein elektrohydraulisches "Loadsensing" beschrieben [Zähe, Schmitz, Eschweiler; o+p 34, 1990, Nr. 8, S 548 bis 553], bei dem mittels eines elektronischen Reglers die Druckdifferenz über jedem elektrisch angesteuerten Ventil auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird. Für dieses Regelkonzept ist das Messen des Druckabfalls über dem Ventil erforderlich. Ebenso ist im Rechner eine Information über die momentane Pumpenfördermenge sowie die Motordrehzahlen vorhanden. Dieses System ist in Fig. 3 als 3-Motoren-System dargestellt.

Erfindungsgemäß wird nun bei mehr als einem betätigten Verbraucher für jeden Verbraucher, dessen Lastdruck unter dem maximalen Lastdruck liegt, die Verlustleistung als Funktion (Produkt) aus Druckdifferenz über dem Ventil und Volumenstrom gebildet und dem Bediener als Rückstellkraft seines Hebels mitgeteilt, aufgebracht z. B. durch einen Elektromagneten.

Claims (3)

1. Antriebssystem mit einem durch Muskelkraft betätigbaren, hydraulische pneumatische oder elektrische Hilfsenergie nutzenden Signalgeber für eine in Zwischenstellung betreibbare Vorrichtung, durch die der Ölstrom von einer Druckquelle zumindest einem hydraulischen Verbraucher beeinflußbar ist, wobei eine durch belastungsabhängige Signale des Antriebssystems steuerbare Rückstellkraft der betätigenden Muskelkraft entgegengerichtet wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Signalgeber (2) vorgesehen sind und bei gleichzeitiger Betätigung mehrerer Signalgeber (2) die der Muskelkraft entgegenwirkende Kraft, die dem Signalgeber (2) des Verbrauchers (5a, 12) mit dem niedrigsten Lastdruck zugeordnet ist, auf den Wert Null herabgesetzt ist und für alle anderen Verbraucher (5a, 12) abhängig ist von dem Produkt aus dem dem jeweiligen Verbraucher (5a, 12) individuell zufließenden Ölstrom und dem Ergebnis der Differenzbildung zwischen dem individuellen Lastdruck und dem niedrigsten Lastdruck aller betätigten Verbraucher (5a, 12).

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Signalgeber (2) verbundene Vorrichtung (3) als Ventil oder als Fördervolumen­ verstelleinrichtung einer Pumpe bzw. als Schluckvolumenverstelleinrichtung eines Motors ausgebildet ist.

3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebs­ system in einer Baumaschine vorgesehen ist, wobei die Verbraucher als Zylinder und/oder Motoren ausgebildet sind.