DE69628529T2

DE69628529T2 - Hydraulische steuerung

Info

Publication number: DE69628529T2
Application number: DE69628529T
Authority: DE
Inventors: Genroku Inashiki-gun Sugiyama; Toichi Ushiku-shi Hirata
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1995-03-03
Filing date: 1996-03-01
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2016-03-02
Also published as: EP0773370A1; US5758499A; EP0773370B1; KR0167428B1; CN1072778C; CN1147847A; DE69628529D1; EP0773370A4; WO1996027741A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Steuersystem, mit dem Baumaschinen, wie z. B. hydraulische Bagger und Kräne, ausgestattet werden, und insbesondere ein hydraulisches Steuersystem mit einem Pumpenregler zur Steuerung der Verdrängung einer hydraulischen Pumpe gemäß einer Zustandsgröße des hydraulischen Antriebssystems.
Ein bekanntes hydraulisches Steuersystem, das mit einem Pumpenregler zur Steuerung der Verdrängung einer hydraulischen Pumpe gemäß einer Zustandsgröße eines hydraulischen Antriebssystems ausgestattet ist, umfasst einen Signaldruckgenerator zur Erzeugung eines Drucks als ein erstes hydraulisches Signal, der von einer Zustandsgröße des hydraulischen Antriebssystems abhängt, einen Druckdetektor zur Erfassung des ersten hydraulischen Signals des Signaldruckgenerators und zur Umwandlung des erfassten Signals in ein erstes elektrisches Signal, eine Steuereinheit zur Ausführung einer arithmetischen Operation anhand des ersten elektrischen Signals des Druckdetektors und zum Ausgeben eines zweiten elektrischen Signals, und einen Pumpenregler zur Steuerung der Verdrängung einer hydraulischen Pumpe, der in Abhängigkeit des zweiten elektrischen Signals von der Steuereinheit angetrieben wird. Ein Beispiel eines derartigen hydraulischen Steuersystems wird in der JP U 5-64506 beschrieben. Bei diesem System des Standes der Technik wird ein Stromventil vom Center-Bypass-Typ als ein Stromventil verwendet, das in dem hydraulischen Antriebssystem vorhanden ist, und eine Drossel ist als Signaldruckgenerator in einer Cen ter-Bypass-Leitung auf der stromabwärtigen Seite angeordnet und ein so genannter Negativ-Steuerungsdruck, der von der Drossel erzeugt wird, wird als erstes hydraulisches Signal durch den Druckdetektor erfasst. Außerdem ist ein Magnetproportionalventil zur Umwandlung eines Pilotdrucks in ein zweites hydraulisches Signal in Abhängigkeit des zweiten elektrischen Signals zwischen der Steuereinheit und dem Pumpenregler angeordnet und der Pumpenregler wird durch das zweite hydraulische Signal des Magnetproportionalventils angetrieben.
JP-A-6213205 beschreibt entsprechend ein hydraulisches System, bei dem ein Pumpenregler von einer elektrischen Steuerung hin zu einer hydraulischen Steuerung geschaltet werden kann, falls Störungen in einem elektrischen System auftreten. Es werden jedoch keine weiteren Hinweise gegeben, wie der Pumpenregler, das Steuergerät und die Druckumwandlungseinheit im Verhältnis zu dem Signaldruckerzeugungsgerät eingestellt werden sollen.
Die oben beschriebenen Systeme des Standes der Technik sind dahingehend vorteilhaft, dass eine Funktion zur Kompensation des Effekts der Fluidtemperatur in einfacher Weise hinzugefügt werden kann, da die Verdrängung der hydraulischen Pumpe gemäß einer Zustandsgröße des hydraulischen Antriebssystems durch Verwendung der Steuereinheit auf elektrische Weise gesteuert werden kann. Bei der elektrischen Steuerung unter Verwendung der Steuereinheit wird jedoch das Verfahren nach dem Schritt des Erfassens des ersten hydraulischen Signals durch den Druckdetektor bis hin zu dem Schritt des Antriebs des Magnetproportionalventils durch das zweite elektrische Signal vollständig unter Verwendung elektri scher Signale durchgeführt. Wenn dabei Störungen in dem elektrischen System auftreten, wie z. B. ein Fehlkontakt der Kabel und Störungen der Steuereinheit, arbeitet der Pumpenregler nicht länger in normaler Weise, was zu dem Problem führt, dass die hydraulische Pumpe immer eine maximale Strömungsrate liefert, wodurch eine übermäßige Last auf den hydraulischen Schaltkreis ausgeübt wird, oder die hydraulische Pumpe durchgängig eine minimale Strömungsrate liefert, was zu Schwierigkeiten beim Arbeitsbetrieb führt. Derartige Fehlbedingungen können nicht abgestellt werden, bis das elektrische System repariert ist. Außerdem ist es, wie allgemein bekannt, schwieriger, eine Fehlersuche bei einem elektrischen System durchzuführen, als bei einem mechanischen System.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein hydraulisches Steuersystem bereitzustellen, das in einfacher Weise gegen eine Störung absichern kann, die in dem elektrischen System auftritt, unter gleichzeitiger Verwendung einer Steuereinheit zur Ausnutzung des Vorteils einer elektrischen Steuerung, wenn die Verdrängung einer hydraulischen Pumpe gemäß einer Zustandsgröße eines hydraulischen Antriebssystems gesteuert wird.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wurde die vorliegende Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 konstruiert. Bei einem hydraulischen Steuersystem, das ein hydraulisches Antriebssystem mit einer hydraulischen Verstellpumpe, einem durch ein von der hydraulischen Pumpe geliefertes hydraulisches Fluid angetriebenen hydraulischen Aktuator, ein Stromventil zur Steuerung einer Strömung des von der hydraulischen Pumpe zu dem hydraulischen Aktuator gelieferten Fluids, und Manipulationsmittel zum Betreiben des Stromventils, Mittel zur Erzeugung eines ersten Signaldrucks zur Erzeugung eines Drucks, der von einer Zustandsgröße des hydraulischen Antriebssystems abhängt, als ein erstes hydraulisches Signal, und ein Pumpensteuergerät aufweist, das Druckerfassungsmittel zum Erfassen des von dem Mittel zur Erzeugung eines ersten Signaldrucks erzeugten ersten hydraulischen Signals und Umwandeln des erfassten ersten hydraulischen Signals in ein erstes elektrisches Signal, eine Steuereinheit zum Empfang des ersten elektrischen Signals von dem Druckerfassungsmittel, Ausführen bestimmter arithmetischer Operationen und Ausgeben eines zweiten elektrischen Signals und einen Pumpenregler beinhaltet, der gemäß dem zweiten elektrischen Signal von der Steuereinheit zur Steuerung der Verdrängung der hydraulischen Pumpe angetrieben wird, weist das Pumpensteuergerät außerdem ein Mittel zur Erzeugung eines zweiten Signaldrucks zur Erzeugung eines zweiten hydraulischen Signals auf, das von einem zweiten elektrischen Signal der Steuereinheit abhängt, und zum Antreiben des Pumpenreglers durch die zweiten hydraulischen Signale, und ein Kennwert des Pumpenreglers wird derart festgelegt, dass der Pumpenregler durch das von dem Mittel zur Erzeugung eines ersten hydraulischen Signals erzeugte erste hydraulische Signal betrieben wird und Kennwerte der Steuereinheit und das Mittel zur Erzeugung eines zweiten Signaldrucks derart eingestellt sind, dass der Arbeitsbereich des von dem Mittel zur Erzeugung eines zweiten Signaldrucks erzeugten zweiten hydraulischen Signals im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau liegt wie der Arbeitsbereich des von dem Mittel zur Erzeugung eines ersten hydraulischen Signal erzeugten ersten hydraulischen Signals.
Der Pumpenregler umfasst einen Aktuator zum Betrieb eines Mechanismus zur Verstellung der Verdrängung der hydraulischen Pumpe und ein Steuerschaltventil zur Steuerung des Betriebs des Aktuators, und das Steuerschaltventil umfasst eine Steuerspule, einen Druckempfangsabschnitt, der an einem Ende der Steuerspule zum Empfang des zweiten hydraulischen Signals angeordnet ist und am anderen Ende der Steuerspule gegenüber dem Druckempfangsabschnitt angeordnete Vorspannungsmittel, wobei ein Kennwert des Vorspannungsmittels derart eingestellt ist, dass das Steuerschaltventil durch von dem Mittel zur Erzeugung des ersten hydraulischen Signals erzeugte erste hydraulische Signal betrieben wird, und der Pumpenregler kann den Mechanismus zur Veränderung der Verdrängung der hydraulischen Pumpe in einem Arbeitsbereich des ersten hydraulischen Signals betreiben.
Die Steuereinheit berechnet anhand des ersten elektrischen Signals von dem Druckerfassungsmittel einen Wert, der angepasst ist, den Arbeitsbereich des von dem Mittel zur Erzeugung eines zweiten Signaldrucks erzeugten zweiten hydraulischen Signals auf das gleiche Niveau wie einen Arbeitsbereich des von dem Mittel zur Erzeugung eines ersten Signaldrucks erzeugten ersten hydraulischen Signals einzustellen, und bestimmt das zweite elektrische Signal mit einem Wert, der einen Zielwert des von dem Mittel zur Erzeugung eines zweiten Signaldrucks erzeugten zweiten hydraulischen Signals darstellt, gefolgt vom Ausgeben an das Mittel zur Erzeugung eines zweiten Signaldrucks.
Vorzugsweise weist das Pumpensteuergerät außerdem eine Hilfsleitung auf, die sich von einem Abzweigungsabschnitt zwischen dem Mittel zur Erzeugung eines zweiten Signaldrucks und dem Druckerfassungsmittel bis hin zu einer Position nahe des Pumpenreglers zum Einleiten des ersten hydraulischen Signals dort hindurch erstreckt.
Vorzugsweise umfasst der Pumpenregler außerdem ein Mittel zur Erfassung des Auftretens von Störungen in irgendeiner der folgenden Komponenten: Mittel zur Druckerfassung, Steuereinheit und Magnetproportionalventil, sowie Schaltmittel, dem das erste und das zweite hydraulische Signal zugeführt werden, zur Auswahl, dass das zweite hydraulische Signal auf den Pumpenregler wirkt, wenn keine Störung durch die Mittel zur Erfassung von Störungen erfasst wird, und zum Auswählen, dass das erste hydraulische Signal auf den Pumpenregler wirkt, wenn irgendeine Störung durch das Mittel zur Erfassung von Störungen erfasst wird. In diesem Fall umfasst das Mittel zum Erfassen von Störungen beispielsweise Mittel zum Erfassen einer Verdrängung der hydraulischen Pumpe und Mittel zum Vergleich einer Zielverdrängung, die durch die Steuereinheit anhand der durch die Erfassungsmittel erfassten Verdrängung berechnet wird, und zur Ermittlung des Auftretens einer Störung aus dem Ergebnis des Vergleichs.
Außerdem weist das Mittel zur Erzeugung eines ersten Signaldrucks beispielsweise Durchflusswiderstandsmittel auf, zur Erzeugung eines negativen Steuerdrucks, der von einer Center-Bypass-Strömungsrate in dem hydraulischen Antriebssystem abhängt, als ein erstes hydraulisches Signal.
Außerdem kann das Mittel zur Erzeugung eines ersten Signaldrucks eine Leitung zum Einleiten eines Förderdrucks der hydraulischen Pumpe dort hindurch und eine Leitung zum Einleiten eines maximalen Lastdrucks in das hydraulische Antriebssystem dort hindurch aufweisen, und ein Differenzialdruck zwischen dem Förderdruck der hydraulischen Pumpe und dem maximalen Lastdruck in dem hydraulischen Antriebssystem wird als erstes hydraulisches Signal durch diese beiden Leitungen erfasst.
Die Einrichtung zur Erzeugung eines zweiten Signaldrucks umfasst vorzugsweise ein Magnetproportionalventil.
Bei der wie vorstehend beschrieben ausgeführten Erfindung ist eine Steuereinheit vorgesehen zur Steuerung des Pumpenreglers, und ein Kennwert des Pumpenreglers wird derart eingestellt, dass der Pumpenregler durch das durch die Einrichtung zur Erzeugung eines ersten Signalsdrucks erzeugte erste hydraulische Signal betrieben werden kann, und Kennwerte der Steuereinheit und des Mittels zur Erzeugung des zweiten Signaldrucks sind derart festgelegt, dass der Arbeitsbereich des von dem Mittel zur Erzeugung des zweiten Signaldrucks erzeugten zweiten hydraulischen Signals im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau liegt wie der Arbeitsbereich des von dem Mittel zur Erzeugung eines ersten Signaldrucks erzeugten ersten hydraulischen Signals. Daher kann im Normalbetrieb die Pumpenförderrate durch die Steuereinheit elektrisch gesteuert werden. Im Falle des Auftretens von Störungen des elektrischen Systems kann durch Zuführen des von dem Mittel zur Erzeugung eines ersten Signaldrucks erzeugten ersten hydraulischen Signals zu dem Pumpenregler anstelle des von dem Mittel zur Erzeugung eines zweiten Sig naldrucks erzeugten zweiten hydraulischen Signals der Pumpenregler durch das erste hydraulische Signal in ähnlicher Weise betrieben werden wie vor dem Auftritt der Störungen. Daher ist es in einfacher Weise möglich, die Störungen hydraulisch abzusichern und hierdurch die Ausfallzeiten einer Maschine im Vergleich zum Stand der Technik zu verkürzen.
Durch das Bereitstellen einer Hilfsleitung, die sich von einem Abzweigungsbereich zwischen dem Mittel zur Erzeugung eines zweiten Signaldrucks und dem Druckerfassungsmittel bis hin zu einer Position nahe des Pumpenreglers zum Einleiten des ersten hydraulischen Signals dort hindurch erstreckt, kann das erste hydraulische Signal dem Pumpenregler in kürzerer Zeit zugeführt werden, und durch Verbindung der Hilfsleitung mit dem Pumpenregler im Falle des Auftretens jeglicher Störungen kann die Ausfallzeit weiter verkürzt werden.
Durch Bereitstellung eines Schaltmittels zum Auswählen des ersten hydraulischen Signals derart, dass es auf den Pumpenregler wirkt, falls Störungen durch das Mittel zur Erfassung von Störungen erfasst werden, kann das erste hydraulische Signal automatisch dem Pumpenregler zugeführt werden, falls Störungen auftreten und daher kann die Ausfallzeit weiter verkürzt werden.
Durch Konstruktion des Mittels zur Erzeugung eines ersten Signaldrucks derart, dass es Strömungswiderstandsmittel beinhaltet, zur Erzeugung eines negativen Steuerdrucks, der von einer Center-Bypass-Strömungsrate in dem hydraulischen Antriebssystem abhängt, als ein erstes hydraulisches Signal, können ähnliche Vorteile wie oben beschrieben erzielt werden, wenn die vorliegende Erfindung bei einem hydraulischen Antriebssystem angewandt wird, dass ein Stromventil und ein Pumpensteuergerät beinhaltet, das mit Negativsteuerung betrieben wird.
Durch Konstruktion des Mittels zur Erzeugung eines ersten Signaldrucks von einer Leitung zum Einleiten eines Förderdrucks der hydraulischen Pumpe und einer Leitung zur Einleitung eines maximalen Lastdrucks in das hydraulische System dort hindurch und durch Erfassen eines Differenzialdrucks zwischen dem Förderdruck der hydraulischen Pumpe und dem maximalen Lastdruck in dem hydraulischen Antriebssystem als ein erstes hydraulisches Signal werden ähnliche Vorteile wie oben beschrieben erzielt, wenn die vorliegende Erfindung bei einem hydraulischen Schaltkreis angewandet wird, der ein Stromventil des Center-closed-Typs beinhaltet und ein Pumpensteuergerät, das unter Lasterfassungsbetrieb betrieben wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Darstellung der Systemkonfiguration eines hydraulischen Steuersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen einer Center-Bypass-Strömungsrate und einem negativen Steuerdruck (erstes hydraulisches Signal) bei dem in 1 gezeigten hydraulischen Steuersystem zeigt.
3 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen einem Hub eines Stromventils und dem negativen Steuerdruck (erstes hydraulisches Signal) bei dem in 1 gezeigten hydraulischen Steuersystem zeigt.
4 ist eine Schaltungsdarstellung, die Details eines Pumpensteuergeräts und einer Pilotschaltung des in 1 gezeigten hydraulischen Steuersystems zeigt.
5 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen dem zweiten hydraulischen Signal und einem Pumpenverstellbetrag des in 4 gezeigten Pumpensteuergeräts zeigt.
6 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Steuereinheit des in 1 gezeigten hydraulischen Steuersystems zeigt.
7 ist ein Blockschaltbild, das die Inhalte arithmetischer Operationen veranschaulicht, die durch die Steuereinheit des in 1 gezeigten hydraulischen Steuersystems aufgeführt werden.
8 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen einem Hub des Stromventils und des zweiten hydraulischen Signals bei einem in 1 gezeigten Magnetproportionalventil zeigt.
9 ist eine Ansicht, die Details eines Endabschnitts einer Hilfsleitung und Details einer Leitung zeigt, die die Abschnitte zwischen dem Magnetproportionalventil und einem Regler verbindet.
10 ist eine Darstellung, die einen Zustand zeigt, bei dem das in 1 gezeigte hydraulische Steuersystem während des Betriebs eine Fehlfunktion aufweist.
11 ist eine Darstellung, die einen Zustand zeigt, bei dem das in 4 gezeigte Pumpensteuergerät während des Betriebs einen Störzustand aufweist.
12 ist eine Darstellung, die Details der Verbindungsabschnitte zwischen der Hilfsleitung und dem Regler zeigt.
13 ist eine Darstellung der Systemkonfiguration eines hydraulischen Steuersystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
14 ist ein Schaltdiagramm, das Details eines Pumpensteuergeräts und einer Pilotschaltung des in 13 gezeigten hydraulischen Steuersystems zeigt.
15 ist ein Blockschaltbild, das die Inhalte arithmetischer Operationen zeigt, die von einer Steuereinheit des in 13 gezeigten hydraulischen Steuersystems ausgeführt werden.
16 ist eine Darstellung einer Systemkonfiguration eines hydraulischen Steuersystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
17 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen einer Pumpenförderrate und eines Differenzialdrucks (erstes hydraulisches Signal) bei dem in 16 gezeigten hydraulischen Steuersystem zeigt.
18 ist ein Schaltplan, der Details eines Pumpensteuergeräts und einer Pilotschaltung des in 16 gezeigten hydraulischen Steuersystems zeigt.
19 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem zweiten hydraulischen Signal und einem Inkrement des Pumpenverstellbetrags der in 18 gezeigten Pumpensteuergeräts zeigt.
20 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Steuereinheit des in 16 gezeigten hydraulischen Steuersystems zeigt.
21 ist ein Blockschaltbild, das die Inhalte arithmetischer Operationen zeigt, die von einer Steuereinheit des in 16 gezeigten hydraulischen Steuersystems ausgeführt werden.
22 ist eine Darstellung, die Einzelheiten von Leitungsverbindungsabschnitten zwischen einem Magnetproportionalventil und einem Regler und Einzelheiten von Verbindungsabschnitten zwischen einem Differenzialdrucksensor und einer Differenzialdruckerfassungsleitung zeigt.
23 ist eine Darstellung, die einen Zustand zeigt, bei dem das in 16 gezeigte hydraulische Steuersystem während des Betriebs einen Störungszustand aufweist.
24 ist eine Darstellung, die einen Zustand zeigt, bei dem das in 18 gezeigte Pumpensteuergerät während des Betriebs einen Störungszustand aufweist.
25 ist eine Darstellung, die Einzelheiten von Verbindungsabschnitten zwischen der Differenzialdruckerfassungsleitung und dem Regler zeigt.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 10 beschrieben.
Ein in 1 gezeigtes erfindungsgemäßes hydraulisches Steuersystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein hydraulisches Antriebssystem mit einer hydraulischen Verstellpumpe 1 mit einem Mechanismus zum Ändern der Verdrängung (im Nachfolgenden durch eine Schrägscheibe dargestellt) 1a, einen hydraulischen Aktuator, z. B. einen hydraulischen Zylinder 2, der durch ein hydraulisches Fluid betrieben wird, das von der hydraulischen Pumpe 1 geliefert wird, ein Stromventil 3 des Center-Bypass-Typs zur Steuerung eines Flusses des von der hydraulischen Pumpe geförderten hydraulischen Fluids hin zu dem hydraulischen Zylinder 2, eine Center-Bypass-Leitung 4, die die Mitte des Stromventils 3 durchdringt, und einen Steuerhebel 3a zum Betrieb des Stromventils 3. Die Center-Bypass-Leitung 4 ist auf einer stromaufwärtigen Seite mit der hydraulischen Pumpe 1 verbunden und auf einer stromabwärtigen Seite mit einem Reservoir. Das Stromventil 3 wird in eine Position geschaltet, die der Position und dem Betrag entspricht, durch die der Steuerhebel 3a betrieben ist. Es wird darauf hingewiesen, dass das hydraulische Steuersystem dieses Ausführungsbeispiels an einer Baumaschine, wie z. B. einem hydraulischen Bagger installiert ist, und das hydraulische Antriebssystem umfasst eine Mehrzahl hydraulischer Aktuatoren und Stromventile zur Steuerung einer Vielzahl von Arbeitsgliedern. 1 veranschaulicht zur Vereinfachung jedoch lediglich einen hydraulischen Aktuator und ein Stromventil.
Das hydraulische Steuersystem dieses Ausführungsbeispiel beinhaltet auch einen Pumpenregler 50 mit einer festgelegten Drossel 10, die in der Center-Bypass-Leitung 4 auf der stromabwärtigen Seite angeordnet ist zur Erzeugung eines negativen Steuerdrucks P_CO als ein erstes hydraulisches Signal, wenn das Hydraulikfluid, das durch die Center-Bypass-Leitung 4 mit einer Center-Bypass-Strömungsrate Qt die festgelegte Drossel 10 durchfließt, einen Drucksensor 11 zum Erfassen des negativen Steuerdrucks P_CO und Umwandeln des negativen Steuerdrucks P_CO in ein erstes elektrisches Signal, einem Fluidtemperatursensor 12 zum Erfassen der Temperatur des hydraulischen Fluids in dem hydraulischen System, eine Steuereinheit 13 zum Empfang des ersten elektrischen Signals von dem Drucksensor 11 und eines elektrischen Signals von dem Fluidtemperatursensor 12, Auslösen bestimmter arithmetischer Operationen und Ausgeben eines zweiten elektrischen Signals, einen Pilotschaltkreis 14 zur Erzeugung eines Pilotdrucks, ein Magnetproportionalventil 15, das durch das zweite elektrische Signal von der Steuereinheit 13 zur Umwandlung des Pilotdrucks in ein zweites hydraulisches Signal P_C in Abhängigkeit des zweiten elektrischen Signals betrieben wird, und einen Pumpenregler 16, der durch das zweite hydraulische Signal betrieben wird, das diesem über eine Leitung 50 von dem Magnetproportionalventil 15 zugeführt wird.
Wenn sich das Stromventil 3 in seiner neutralen Stellung befindet, ist der Durchgang, der die Center-Bypass-Leitung 4 definiert, vollständig geöffnet und die Strömungsrate Qt, die durch die Center-Bypass-Leitung 4 strömt, nimmt einen Maximalwert an. Wenn das Stromventil 3 durch den Steuerhebel 3a derart betrieben wird, dass es sich von der neutralen Position weg entfernt, wird der Abschnitt, der die Center-Bypass-Leitung 4 definiert, begrenzt und die Center-Bypass-Strömungsrate Qt wird entsprechend verringert. Wenn sich das Stromventil 3 in seiner vollständigen Hubposition befindet, wird der die Center-Bypass-Leitung 4 definierende Durchgang vollständig geschlossen und die Center-Bypass-Strömungsrate Qt wird gleich Null. Andererseits wird, wie in 2 gezeigt, der negative Steuerdruck P_CO als das hydraulische Signal, das bei Durchfluss der Center-Bypass-Strömungsrate Qt durch die festgelegte Drossel 10 erzeugt wird mit einem Anstieg der Strömungsrate Qt erhöht. Wie in 3 gezeigt, nimmt daher der durch die festgelegte Drossel 10 erzeugte negative Steuerdruck P_CO einen Maximalwert an, wenn das Stromventil 3 sich in der neutralen Position befindet und verringert sich, wenn das Stromventil 3 derart betrieben wird, dass es sich von der neutralen Position entfernt, und nimmt einen Minimalwert an, wenn das Stromventil auf die volle Hubposition geschaltet wird. Daher variiert der negative Steuerdruck P_CO in Abhängigkeit des Hubes des Stromventils 3 (d. h. der angeforderten Strömungsrate) als einer Zustandsgröße des hydraulischen Antriebssystems. Bei diesem Ausführungsbeispiel steuert der Pumpenregler die Förderrate der hydraulischen Pumpe 1 unter Verwendung des negativen Steuerdrucks.
Bei dem oben beschriebenen Pumpenregler hat die festgelegte Drossel 10 eine temperaturabhängige Drosselcharakteristik, wie in 2 gezeigt. Genauer gesagt nimmt der negative Steuerdruck P_CO aufgrund des Effektes der Viskosität bei geringen Temperaturen zu und nimmt bei hohen Temperaturen ab.
Außerdem weist, wie in 4 gezeigt, der Pumpenregler 16 einen Aktuator 17 zum Betreiben der Schrägscheibe 1a und ein Steuerschaltventil 18 zur Steuerung des Betriebs des Aktuators 17 auf, das mit dem Aktuator 17 durch die Leitungen 20a, 20b verbunden ist. Der Aktuator 17 ist im Betrieb mit der Schrägscheibe 1a gekoppelt und umfasst einen Servokolben 17a mit entgegengesetzten Enden, die unterschiedliche Druckaufnahmeflächen aufweisen, eine Seitenkammer 17b mit geringem Durchmesser zur Aufnahme des seitlichen Endes des Servokolbens 17a mit geringem Durchmesser und einer Seitenkammer 17c zur Aufnahme des seitlichen Endes des Servokolbens 17a mit großem Durchmesser. Die Seitenkammer 17b mit geringem Durchmesser ist mit der Leitung 20a verbunden und die Seitenkammer l7b mit dem großen Durchmesser ist mit der Leitung 20b verbunden. Das Steuerschaltventil umfasst eine Steuerspule 18a, Druckaufnahmesektoren 18b, 18c, die an entgegengesetzten Enden der Steuerspule 18a angeordnet sind, eine Feder 18d, die an dem Ende der Steuerspule 18a vorgesehen ist, auf der gleichen Seite wie der Druckaufnahmesektor 18c, und eine Rückkopp lungshülse 18e, die verschiebbar an einen äußeren Umfang der Steuerspule 18a angepasst ist. Das zweite hydraulische Signal P_C, das von dem Magnetproportionalventil ausgegeben wird, wird dem Druckempfangssektor 18b zugeführt, während der Druckempfangssektor 18c mit dem Reservoir verbunden ist. Die Rückführungshülse 18e ist mit dem Servokolben 17a durch eine Verbindung 19 verbunden und wird in fester Verbindung mit dem Servokolben 17a bewegt.
Der Pilotschaltkreis 14 umfasst eine Pilotpumpe 14a und ein Pilotüberdruckventil 14b und erzeugt einen Pilotdruck gemäß der Einstellung des Pilotüberdruckventils 14b.
5 zeigt Kennwerte des Kippwinkels θ der Schrägscheibe 1a in Bezug auf das zweite hydraulische Signal P_C, die sich ergeben, wenn die hydraulische Pumpe 1 durch den Pumpenregler 16 gesteuert wird. Genauer gesagt wir dann, wenn ein gewisser Druck des zweiten hydraulischen Signals P_C von dem Magnetproportionalventil 15 ausgegeben wird, die Position der Steuerspule 18a durch den Ausgleich zwischen der hydraulischen Kraft, die in dem Druckempfangssektor 18b nach Eingang des zweiten hydraulischen Signals P_C erzeugt wird, und der Vorspannungskraft der Feder 18d, die gegen die hydraulische Kraft wirkt, bestimmt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Steuerspule 18a, wenn der Druck des zweiten hydraulischen Signals P_C geringer wird als der vorhergehende Druck, in die linke Position verschoben, wie in 4 gezeigt, relativ zu der Hülse 18e, woraufhin der Pilotdruck in dem Pilotschaltkreis 14 in die Seitenkammer 17b mit geringem Durchmesser durch die Leitung 20a eingebracht wird, und die Seitenkammer 17c ist mit dem Reservoir durch die Leitung 20b verbunden. Der Servokolben 17a wird hier durch nach links bewegt, wie in 4 gezeigt, in einer Richtung zur Erhöhung des Kippbetrags der Schrägscheibe 1a. Umgekehrt wird dann, wenn der Druck des zweiten hydraulischen Signals P_C größer wird als der zuvor herrschende Druck, die Steuerspule in die rechte Position bewegt, wie in 4 gezeigt, relativ zu der Hülse 18e, woraufhin der gleiche Pilotdruck in den Pilotschaltkreis 13 eingebracht wird, hin zu der Seitenkammer 17b mit geringem Durchmesser und der Seitenkammer 17c mit großem Durchmesser durch die Leitung 20a bzw. 20b. Aufgrund des Unterschieds zwischen den Druckaufnahmeflächen der beiden Kammern wird der Servokolben 17a nach rechts bewegt, wie in 4 gezeigt, in die Richtung zur Verringerung des Kippbetrags der Schrägscheibe 1a. Außerdem wird dann, wenn der Servokolben 17a entsprechend zu der Richtung, in der die Steuerspule 18a von der Hülse 18e abweicht, die Hülse 18e ebenfalls zusammen mit dem Servokolben 17a durch die Verbindung 19 in die Richtung zur Beseitigung dieser Abweichung verschoben. Die Hülse 18e wird dann in der Position gestoppt, in der die Steuerspule 18a abgeglichen ist und gleichzeitig wird der Kippbetrag der Schrägplatte 1a der hydraulischen Pumpe bestimmt. Im Ergebnis ist das Verhältnis zwischen dem zweiten hydraulischen Signal P_C und dem Kippbetrag θ der Schrägscheibe 1a derart, dass der Kippbetrag θ der Schrägscheibe 1a mit einer Abnahme des Drucks des zweiten hydraulischen Signals P_C zunimmt, wie in 5 gezeigt.
Die Steuereinheit 13 besteht aus einem Mikrocomputer und umfasst, wie in 6 gezeigt, einen A/D-Wandler 13a zum Empfang des ersten elektrischen Signals, das von dem Drucksensor 11 ausgegeben wird und des elektrischen Signals, das von dem Fluidtemperatursensor 12 ausgegeben wird, und zur Umwandlung dieser Signale in digitale Signale, eine CPU 13b, ein ROM (Read Only Memory) 13c zum Speichern des Programms der Steuerschritte, ein RAM (Random Access Memory) 13d zum zeitweisen Speichern von numerischen Werten in dem Prozess arithmetischer Operationen, ein I/O-Interface 13e zum Ausgeben eines Signals und einen Verstärker 13g, der mit dem Magnetproportionalventil 15 verbunden ist.
Die von der zentralen Verarbeitungseinheit CPU 13b der Steuereinheit 13 ausgeführten Verarbeitungsfunktion ist in dem Blockschaltbild der 7 dargestellt. Bezug nehmend auf 7 empfängt die CPU 13b im Block 100 das elektrische Signal von dem Fluidtemperatursensor und berechnet einen Kompensationswert ΔP_CO des negativen Steuerdrucks, entsprechend einer Fluidtemperatur T durch Verwendung einer Temperaturkompensationstabelle, wie gezeigt. Die Temperaturkompensationstabelle ist derart angelegt, dass die Kompensationswerte ΔP_CO gleich Null sind, wenn die Fluidtemperatur in dem hydraulischen Antriebssystem 50°C beträgt, wie grundsätzlich während des Betriebs einer hydraulischen Maschine und wird berechnet als ein negativer Wert in dem Temperaturbereich geringer als 50°C und als ein positiver Wert in dem Temperaturbereich höher als 50°C. Eine Additionsschaltung 101 addiert den erhaltenen Kompensationswert ΔP_CO zu dem negativen Steuerdruck P_CO, der durch das erste elektrische Signal von dem Drucksensor 11 dargestellt wird, wodurch der negative Steuerdruck in Abhängigkeit der Temperatur modifiziert wird. In einem Block 102 wird ein zweites elektrisches Signal E bestimmt, das dem Wert P_C1 entspricht, mit dem modifizierten negativen Steuerdruck P_C1 als Zielwert des zweiten hydraulischen Signals P_C für das Magnetproportionalventil 15 und wird dann an das Magnetproportionalventil 15 ausgegeben.
8 zeigt eine Beziehung zwischen dem Hub des Stromventils 3 und dem zweiten hydraulischen Signal P_C, das von dem Magnetproportionalventil ausgegeben wird, wie es resultiert, wenn das Magnetproportionalventil 15 durch das zweite elektrische Signal E betrieben wird. Das zweite hydraulische Signal P_C, das von dem Magnetproportionalventil 15 ausgegeben wird, nimmt, wie mit der in 3 gezeigten Charakteristik der festgelegten Drossel, einen Maximalwert an, wenn das Stromventil 3 sich in der neutralen Position befindet. Das zweite hydraulische Signal verringert sich, wenn das Stromventil 3 von der neutralen Position weg bewegt wird und nimmt einen Minimumwert an, wenn das Stromventil 3 auf die volle Hubposition geschaltet wird.
Bei der oben angegebenen Anordnung wird eine Charakteristik des Pumpenreglers derart festgelegt, dass der Pumpenregler durch das erste hydraulische Signal, das von der festgelegten Drossel 10, d. h. dem negativen Steuerdruck P_CO erzeugt wird, betrieben und die Charakteristiken der Steuereinheit 13 und des Magnetproportionalventils 15 werden derart festgelegt, dass der Arbeitsbereich des zweiten hydraulischen Signals P_C, das von dem Magnetproportionalventil 15 erzeugt wird, im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau liegt wie der Arbeitsbereich des negativen Steuerdrucks P_CO, der durch die festgelegte Drossel 10 erzeugt wird.
Der Pumpenregler 16 ist derart konstruiert, dass, wie oben erwähnt, der Kippbetrag θ der Schrägscheibe 1a mit einer Verringerung des Drucks des zweiten hydraulischen Signals P_C (vgl. 5) zunimmt und der negative Steuerdruck P_CO abnimmt, wenn das Stromventil 3 so betrieben wird, dass es sich von der neutralen Position wegbewegt, wie in 3 gezeigt. Dementsprechend entsprechen sich die Änderungen des in dem Pumpenregler 16 eingegebenen Signals (d. h. des zweiten hydraulischen Signals P_C) und die Änderung des negativen Steuerdrucks P_CO, wenn die Pumpenförderrate erhöht und verringert wird. Das bedeutet, dass es die Struktur des Pumpenreglers 16 erlaubt, den negativen Steuerdruck P_CO anstelle des zweiten hydraulischen Signals P_C zu verwenden, wenn beide Druckniveaus derart eingestellt sind, dass sie einander entsprechen. Zunächst wird daher eine Charakteristik der Feder 18d des Steuerschaltventils 18 in dem Pumpenregler 16 derart eingestellt, dass das Steuerschaltventil 18 mit einem durch die festgelegte Drossel 10 erzeugten negativen Steuerdruck P_CO betrieben werden kann und der Pumpenregler weist die in 5 gezeigte Kennlinie im Arbeitsbereich des negativen Steuerdrucks P_CO auf, wenn die Fluidtemperatur des hydraulischen Antriebssystems 50°C beträgt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Kennwerte beispielsweise auf die folgenden Werte eingestellt. Der Pilotdruck des Pilotschaltkreises 14 wird beispielsweise auf 50 kg/cm² eingestellt, wie üblich. Zum Betrieb des Pumpenreglers 16 mit dem zweiten hydraulischen Signal P_C, das von dem Magnetproportionalventil unter Verwendung eines solchen Pilotdrucks erzeugt wird, beträgt ein Drosselgrad (Öffnungsfläche) der festgelegten Drossel 10 einen geringfügig höheren Wert als üblich und wird so eingestellt, dass das erste hydraulische Signal (negativer Steuerdruck) P_CO erzeugt werden kann mit einem Arbeitsbereich von ungefähr 0 bis 50 kg/cm² in Abhängigkeit der Center-Bypass-Strömungsrate Qt. Ebenso wird in dem Pumpenregler 16 eine Charakteristik der Feder 18d derart ein gestellt, dass der Pumpenregler 16 eine Kennlinie aufweist, wie in 5 gezeigt, mit dem hydraulischen Signal im Arbeitsbereich von 0 bis 50 kg/cm².
Als Nächstes gibt, wie oben erwähnt, die Steuereinheit 13 das zweite elektrische Signal E aus, das dem Wert P_C1 in dem Block 102 entspricht mit dem modifizierten negativen Steuerdruck P_C1 als einem Zielwert des zweiten hydraulischen Signals P_C für das Magnetproportionalventil 15, und das Magnetproportionalventil 15 wird durch das zweite elektrische Signal E betrieben. Bei dieser Gelegenheit berechnet die Steuereinheit 13 als Zielwert des zweiten hydraulischen Signals P_C einen Wert mit einem Arbeitsbereich ungefähr auf dem gleichen Niveau wie das erste hydraulische Signal P_CO, das durch die festgelegte Drossel 10 erzeugt wird. In entsprechender Weise erzeugt das Magnetproportionalventil 15 das zweite hydraulische Signal P_C mit einem Arbeitsbereich im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau wie P_CO.
Aus praktischer Sicht erzeugt das Magnetproportionalventil 15 bei dem soeben beschriebenen Beispiel das zweite hydraulische Signal P_C mit einem Arbeitsbereich von 0 bis 50 kg/cm² unter Verwendung eines Pilotdrucks von 50 kg/cm².
Nebenbei bemerkt kann die festgelegte Drossel 10 in herkömmlicher Weise eingestellt sein, während eine Kennlinie der Feder 18d in dem Pumpenregler 16 und die Kennwerte der Steuereinheit 13 und des Magnetproportionalventils 15 modifiziert sein können, um für die Einstellung der festgelegten. Drossel 10 angepasst zu sein. In diesem Fall ist es erforderlich, die Einstellung des Pilotschaltkreises 14 der art zu modifizieren, dass der Pilotschaltkreis 14 den für die Einstellung der festgelegten Drossel 10 geeigneten Pilotdruck erzeugt, da ein Druckniveau des zweiten hydraulischen Signals, das von dem Magnetproportionalventil 15 ausgegeben wird, mit der Kennlinie der festgelegten Drossel in Einklang stehen muss. Alternativ können beide Einstellungen, die der festgelegten Drossel und die Einstellung der Kennlinien des Pumpenreglers, der Steuereinheit und des Magnetproportionalventils 15 modifiziert werden.
Zurückkehrend zur 1 ist ein Verzweigungsabschnitt 21 zwischen der festgelegten Drossel 10 und dem Drucksensor 11 vorgesehen und eine Hilfsleitung 22 zur Zufuhr des negativen Steuerdrucks P_CO dort hindurch erstreckt sich von dem Abzweigungsbereich 21 hin zu einer Position nahe des Pumpenreglers 16.
9 zeigt Einzelheiten eines Endabschnitts der Hilfsleitung 22 und Einzelheiten einer Leitung, die die Abschnitte zwischen dem Magnetproportionalventil 15 und dem Regler 16 verbindet. Ein Ansatzstück 60 mit einer Öffnung, die auf ihrer Innenseite mit einem Innengewinde versehen ist, und ein Mutterabschnitt 60a auf der Außenseite sind an dem Ende der Hilfsleitung 22 angebracht. Das Ende der Hilfsleitung 22 ist durch Eindrehen eines Stopfens 61 in die Öffnung des Ansatzstücks 60 verschlossen. Der Stopfen 61 hat einen Mutterabschnitt 61a und einen Einsatzabschnitt 61b, der mit Außengewinden versehen ist. Der Stopfen wird in das Ansatzstück 60 durch Einfügen des Einsatzabschnitts 61b in die Öffnung des Ansatzstücks 60 eingeschraubt mit anschließendem Drehen des Mutterabschnitts 60a oder 61a.
Ein Adapter 65 ist zur Verbindung des Abschnitts des Reglers 16, an dem der Regler mit der Leitung 50 verbunden ist, angebracht. Wie der Stopfen 61 weist der Adapter 65 einen Mutterabschnitt 65a und einen Einfügeabschnitt 65b auf, der mit einem Schraubengewinde versehen ist. Andererseits ist das Ansatzstück 67 in ähnlicher Weise wie das Ansatzstück 60 an dem entsprechenden Ende der Leitung 50 befestigt. Das Ansatzstück 67 hat eine Öffnung, die auf ihrer Innenseite mit einem Innengewinde versehen ist und einen Schraubmutterabschnitt 67a auf der äußeren Umfangsfläche. Das Ansatzstück 67 wird mit dem Adapter 65 durch Einfügen der Öffnung des Ansatzstücks 67 über den Einsatzabschnitt 65b des Adapters 65 und durch Drehen des Schraubenmutterabschnitts 67a eingeschraubt. Die Verbindungsabschnitte zwischen dem Magnetproportionalventil und der Leitung 50 sind in ähnlicher Weise konstruiert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird, wie aus den in den 3, 5 und 8 gezeigten Beziehungen ersichtlich ist, dann, wenn das Stromventil 3 sich in der neutralen Position befindet und die Center-Bypass-Strömungsrate Qt groß ist, die Verdrängung der hydraulischen Pumpe auf einen kleinen Wert eingestellt, und dann, wenn das Stromventil 3 derart betrieben wird, dass es sich von der neutralen Position wegbewegt, und die Center-Bypass-Strömungsrate Qt verringert wird, wird die Verdrängung der hydraulischen Pumpe 1 erhöht. Die Förderrate der hydraulischen Pumpe 1 wird daher gemäß der erforderlichen Strömungsrate gesteuert.
Außerdem wird, wie oben unter Bezugnahme auf 2 erwähnt, dann, wenn die Fluidtemperatur in dem hydraulischen Antriebssys tem geringer ist als 50°C, der negative Steuerdruck P_CO erhöht und, wenn sie mehr als 50°C beträgt, wird der negative Steuerdruck P_CO verringert. Daher kann die Förderrate der hydraulischen Pumpe nicht präzise gesteuert werden, solange nicht eine Temperaturkompensation des negativen Steuerdrucks vorgenommen wird. Da die Fluidtemperatur bei dem hydraulischen Antriebssystem erfasst und der negative Steuerdruck P_CO in der Steuereinheit 13 in Abhängigkeit der Temperatur wie oben beschrieben modifiziert wird, ist es bei diesem Ausführungsbeispiel möglich, den Effekt der Fluidtemperatur in dem hydraulischen Antriebssystem zu kompensieren und die Förderrate der hydraulischen Pumpe 1 präzise zu steuern.
Falls Störungen in dem elektrischen System auftreten, wie z. B. ein fehlerhafter Betrieb des Drucksensors 11, der Steuereinheit 13 und des Magnetproportionalventils 15 oder ein fehlerhafter Kontakt der Anschlussdrähte, wird das Magnetproportionalventil 14 von dem Steuerschaltventil 18 des Pumpenreglers 16 getrennt und die Hilfsleitung 22 wird mit dem Steuerschaltventil 18 verbunden, wie in den 10 und 11 gezeigt, sodass der negative Steuerdruck P_CO, der durch die festgelegte Drossel 10 erzeugt wird, direkt in das Steuerschaltventil 18 eingeleitet wird. Mit dieser Umordnung kann der Pumpenregler 18 durch den negativen Steuerdruck P_CO in ähnlicher Weise betrieben werden, wie vor dem Auftritt der Störung bei den Fluidtemperaturbedingungen während des normalen Betriebs, da die Kennwerte des Pumpenreglers 16 und die Kennwerte der Steuereinheit 13 und des Magnetproportionalventils 15 wie oben beschrieben festgelegt werden.
12 zeigt Einzelheiten des Verbindungsabschnitts zwischen der Hilfsleitung 22 und dem Regler 16. Wenn die Hilfsleitung 22 mit dem Regler 16 verbunden wird, wird der das Ansatzstück 60 am Ende der Hilfsleitung 22 schließende Stopfen entfernt und das Ansatzstück 67 der Leitung 50 wird von dem Adapter 65 des Reglers 16 entfernt. Danach wird das Ansatzstück 60 der Hilfsleitung 22 mit dem Adapter 65 verbunden. Diese Verbindung wird durch Einpassen der Öffnung des Ansatzstücks 60 an den Einsatzabschnitt 65b des Adapters 65 und nachfolgendes Drehen des Schraubenmutterabschnitts 60a hergestellt, sodass das Ansatzstück 60 auf den Adapter 65 aufgeschraubt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist vorzugsweise ein Stopfen 61a ähnlich dem Stopfen 61 eingefügt und an das Ansatzstück 67 der Leitung 50 nahe der Öffnung des Ansatzstücks 67 angeschraubt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird es, wie oben beschrieben, wenn die Verdrängung der Pumpe gemäß einer Statusgröße des hydraulischen Antriebssystems gesteuert wird, möglich, dass die Hydraulik in einfacher Weise einen Störzustand des elektrischen Systems behebt, während die Steuereinheit zur Ausnutzung des Vorteils der elektrischen Steuerung verwendet wird, und auf diese Weise kann die Ausfallzeit der Maschine im Vergleich zum Stand der Technik verkürzt werden. Außerdem kann der Pumpenregler unter den Bedingungen der Fluidtemperatur bei normalem Betrieb, d. h. mit ähnlicher Leistung betrieben werden, wie vor dem Auftritt der Störung.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die 13 bis 15 beschrieben. Bei diesen Figu ren werden ähnliche Teile und Funktionen wie die in den 1, 4 und 7 gezeigten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Bei einem hydraulischen Steuersystem dieses Ausführungsbeispiels beinhaltet ein Pumpensteuergerät 50A, wie in 13 und 14 gezeigt, zusätzlich zu der Anordnung des ersten Ausführungsbeispiels einen Kipppositionssensor 30 zur Erfassung der Kippposition θ der Schrägscheibe 1a der hydraulischen Pumpe 1 und ein Magnetproportionalventil 31, das zwischen dem Magnetproportionalventil 15 und der Hilfsleitung 22 bzw. dem Pumpenregler 16 verbunden ist. Wie in 14 gezeigt, ist das Magnetproportionalventil 31 konstruiert, um selektiv entweder das zweite hydraulische Signal P_C von dem Magnetproportionalventil 15 oder das erste hydraulische Signal P_CO, das durch die festgelegte Drossel 10 erzeugt und durch die Hilfsleitung 22 eingeleitet wurde, dem Druckempfangssektor 18b des Steuerschaltventils 18 in dem Pumpenregler 16 zuzuführen.
Wie in 15 gezeigt, berechnet die Steuereinheit 13A in einem Block 110 einen Zielpumpenkippbetrag θr entsprechend dem negativen Steuerdruck P_C1, der in Abhängigkeit der Temperatur modifiziert ist, und bestimmt in einer Subtrahiereinrichtung 111 eine Differenz Δθ (θr – θ) zwischen der Zielkippposition θr und der tatsächlichen Kippposition θ anhand eines elektrischen Signals des Kipppositionssensors 30. Dann beurteilt die Steuereinheit 13A in einem Block 112, ob das elektrische System sich in normalem Zustand befindet und gibt kein Schaltsignal an das Magnetproportionalventil 31 aus, wenn der Unterschied Δθ innerhalb eines vorbestimmten Bereichs des Wertes liegt und beurteilt, dass sich das elektrische System in einem Störzustand befindet und gibt ein Schaltsignal an das Mag netproportionalventil 31 aus, wenn der Unterschied Δθ. größer ist als der vorbestimmte Wert. Wenn kein Schaltsignal ausgegeben wird, wird das Magnetproportionalventil 31 in seiner normalen Position gehalten, wie gezeigt, um das zweite hydraulische Signal P_C von dem Magnetproportionalventil dem Steuerschaltventil 18 zuzuführen. Wenn ein Schaltsignal von der Steuereinheit 13 ausgegeben wird, wird das Magnetproportionalventil 14 von der veranschaulichten Position weggeschaltet, um den negativen Steuerdruck P_CO, der durch die festgelegte Drossel 10 erzeugt wurde, direkt dem Steuerschaltventil 18 zuzuführen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird der negative Steuerdruck P_CO automatisch dem Pumpenregler 16 zugeführt, wenn eine Störung im elektrischen System auftritt, und daher kann die Ausfallzeit weiter verkürzt werden.
Ein drittes Beispiel der vorliegenden Erfindung wird nun in Bezug auf die 16 bis 25 beschrieben. Bei diesen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen ähnliche Teile wie die in den 1, 4, 6, 9 und 11 gezeigten. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die vorliegende Erfindung bei einem hydraulischen Steuergerät angewandt, das eine Funktion zur Lasterfassungssteuerung aufweist.
Bezug nehmend auf 16 umfasst ein hydraulisches Steuersystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine hydraulische Verstellpumpe 1, einen hydraulischen Zylinder 2, ein hydraulisches Steuerventil 3B vom Typ eines Bypass-Ventils mit geschlossener Mitte zur Steuerung eines Durchflusses des von der hydraulischen Pumpe 1 geförderten hydraulischen Fluids hin zu dem hydraulischen Zylinder 2, ein Druckkompensationsventil 37, das zwischen der hydraulischen Pumpe 1 und dem Stromventil 3B angeordnet ist, um einen Differenzialdruck über das Stromventil 3B zu gewährleisten, ein Entlastungsventil zur Begrenzung eines Differenzialdrucks zwischen einem Differenzialdruck Pd der hydraulischen Pumpe und einem maximalen Lastdruck P1 innerhalb eines vorbestimmten Werts (maximaler Differenzialdruck) ΔPmax und ein Steuerhebel 3a zum Betrieb des Stromventils 3B. Mit dem hydraulischen Antriebssystem sind eine oder mehrere andere hydraulische Aktuatoren (nicht gezeigt) verbunden, ebenso wie eines oder mehrere entsprechende Stromventile und Druckkompensationsventile.
Das hydraulische Steuersystem dieses Ausführungsbeispiel beinhaltet auch ein Pumpensteuergerät 50B mit einer Leitung 39a für die Zufuhr eines Lastdrucks des hydraulischen Zylinders dort hindurch, ein Wechselventil 40, das mit einer Leitung 39a und ähnlichen Leitungen die mit den anderen Aktuatoren zur Auswahl des maximalen Lastdrucks des hydraulischen Antriebssystems verbunden sind, verbunden ist, eine Leitung 41 zum Durchführen eines maximalen Lastdrucks P1, der von dem Wechselventil 40 ausgewählt wird, dort hindurch, und eine Leitung 42 zum Einleiten des Förderdrucks Pd der hydraulischen Pumpe dort hindurch, einen Differenzialdrucksensor 43 zum Erfassen, als ein erstes hydraulisches Signal, ein Differenzialdruck ΔP zwischen dem maximalen Lastdruck, der durch die Leitung 41 zugeführt wird und dem Pumpenförderdruck, der durch die Leitung 42 zugeführt wird und zur Umwandlung des ersten hydraulischen Signals in ein erstes hydraulisches Signal, einen Fluidtemperatursensor 12 zum Erfassen der Fluidtemperatur in dem hydraulischen System und zum Umwandeln der erfassten Temperatur in ein zweites elektrisches Signal, einen Kipppositionssensor zum Erfassen der Kippposition θ der Schrägscheibe 1a der hydraulischen Pumpe 1, eine Steuereinheit 13B zur Aufnahme des ersten elektrischen Signals von dem Differenzialdrucksensor 43 und elektrischer Signale von dem Fluidtemperatursensor 12 und dem Kipppositionssensor 30, zum Auslösen gewisser arithmetischer Operationen und zum Ausgeben eines zweiten elektrischen Signals, einen Pilotschaltkreis 14 zum Erzeugen eines Pilotdrucks zur Steuerung, ein Magnetproportionalventil 15, das durch das zweite elektrische Signal von der Steuereinheit 13B betrieben wird zum Umwandeln des Pilotdrucks in ein zweites hydraulisches Signal P_C in Abhängigkeit des zweiten elektrischen Signals und einen Pumpenregler 16B, der durch das zweite hydraulische Signal von dem Magnetproportionalventil 15 angetrieben wird.
Wenn das Stromventil 3B sich in seiner neutralen Position befindet und geschlossen ist, wird ein Reservoirdruck der Leitung 39a zugeführt. Angenommen, dass andere Aktuatoren nicht betrieben werden, ist der durch das Wechselventil 41 ausgewählte maximale Lastdruck auch gleich dem Reservoirdruck, und der Differenzialdruck ΔP zwischen dem Förderdruck der hydraulischen Pumpe und dem maximalen Lastdruck nimmt einen Maximalwert an. Wenn das Stromventil 3B betrieben wird, wird ein hydraulisches Fluid dem hydraulischen Zylinder 2 bei einer Strömungsrate zugeführt, die von dem Hub des Stromventils 3B (von der erforderlichen Strömungsrate) abhängig ist. Wenn die Förderrate der hydraulischen Pumpe kleiner ist als die erforderliche Strömungsrate nimmt der Förderdruck der hydraulischen Pumpe ab und der Differenzialdruck ΔP wird reduziert. Andererseits nimmt der Förderdruck der hydrauli schen Pumpe zu und der Differenzialdruck ΔP steigt an, wenn die Pumpenförderrate größer wird als die erforderliche Strömungsrate mit Zunahme des Förderdrucks in der hydraulischen Pumpe. Daher wird der Differenzialdruck ΔP zwischen dem maximalen Lastdruck und dem Pumpenförderdruck in Abhängigkeit des Hubs des Stromventils 3B variiert, als eine Zustandsgröße des hydraulischen Antriebssystems. Das Pumpensteuergerät bei diesem Ausführungsbeispiel steuert die Förderrate der hydraulischen Pumpe 1 durch Verwendung eines Differenzialdrucks ΔP. Hier stellen die Leitung 41 und die Leitung 42 eine erste Signaldruckerzeugungseinrichtung dar zur Erzeugung, als ein erstes hydraulisches Signal, eines Drucks (Differenzialdrucks), der von einer Statusgröße des hydraulischen Antriebssystems abhängt.
Bei dem oben beschriebenen Pumpensteuergerät wird die in 17 gezeigte Temperaturcharakteristik erzielt, wenn die Fördenate Qp der hydraulischen Pumpe 1 mit dem Differenzialdruck ΔP gesteuert wird. Genauer gesagt nimmt der Differenzialdruck ΔP aufgrund eines Viskositätseffekts. in Bezug auf die gleiche Fördenate Qp der hydraulischen Pumpe bei geringerer Temperatur zu und wird bei hohen Temperaturen reduziert.
Außerdem umfasst der Pumpenregler 16B, wie in 18 gezeigt, einen Aktuator 17 zum Betrieb der Schrägscheibe 1a und ein Steuerschaltventil 18B, das mit dem Aktuator durch die Leitung 20a, 20b zur Steuerung des Betriebs des Aktuators 17 verbunden ist. Der Aktuator 17 weist die gleiche Konstruktion auf wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Das Steuerschaltventil 18 umfasst eine Steuerspule 18a, Druckempfangssektoren 18b, 18c, die an entgegengesetzten Enden der Steuerspule 18a vorgesehen sind und eine Feder 18d, die an einem Ende der Steuerspule 18a auf der gleichen Seite wie der Druckempfangssektor 18c vorgesehen ist, zur Einstellung einer Kennlinie des Pumpenreglers 16B. Das zweite hydraulische Signal Pz, das von dem Magnetproportionalventil 15 ausgegeben wird, wird dem Druckempfangssektor 18b zugeführt, wohingegen der Druckempfangssektor 18c mit dem Reservoir verbunden ist.
19 zeigt die Kennlinie eines Inkrements Δθ des Kippbetrags 8 der Schrägscheibe 1a in Bezug auf das zweite hydraulische Signal P_C, das sich ergibt, wenn die hydraulische Pumpe 1 durch den Pumpenregler 16B gesteuert wird. Genauer gesagt wird dann, wenn ein bestimmter Druck des zweiten hydraulischen Signals P_C von dem Magnetproportionalventil 15 ausgegeben und dieser Druck des zweiten hydraulischen Signals P_C geringer ist als ein Sollwert ΔPs der Feder 18d, die Steuerspule 18a in die linke Position geschaltet, wie in 18 gezeigt, woraufhin der Pilotdruck in dem Pilotschaltkreis 13 der Seitenkammer mit geringem Durchmesser 17b durch die Leitung 20a zugeführt wird, und die Seitenkammer 17c mit großem Durchmesser steht mit dem Reservoir durch die Leitung 20b in Verbindung. Der Servokolben 17a wird hierdurch nach links bewegt, wie in 18 gezeigt, in die Richtung zur Erhöhung des Kippbetrags der Schrägscheibe 1a. Umgekehrt wird dann, wenn der Druck des zweiten hydraulischen Signals P_C größer ist als der Sollwert ΔPs der Feder 18d, wie in 18 gezeigt, der gleiche Pilotdruck dem Pilotschaltkreis 14 zugeführt wird, hin zu der Seitenkammer 17b mit geringem Durchmesser und der Seitenkammer 17c mit großem Durchmesser durch die Leitungen 20a bzw. 20b. Aufgrund des Unterschieds zwischen den Druckaufnahmeflächen der beiden Kam mern wird der Servokolben 17a nach rechts bewegt, wie in 18 gezeigt, in die Richtung zur Verringerung des Kippbetrags der Schrägscheibe 1a. Wenn der Druck des zweiten hydraulischen Signals gleich dem Sollwert ΔPs der Feder 18d ist, verbleibt die Steuerspule 18a in der dargestellten Position, sodass der Servokolben 17a in der gezeigten Position gehalten wird, um den Kippbetrag der Schrägscheibe 1a zu diesem Zeitpunkt aufrechtzuerhalten. Aus diesem Grund ist das Verhältnis zwischen dem zweiten hydraulischen Signal P_C und dem Inkrement Δθ des Kippbetrags θ der Schrägscheibe derart, dass mit dem Sollwert ΔPs der Feder 18d als einer Grenze das Inkrement Δθ in die positive Richtung erhöht wird, wenn der Druck des zweiten hydraulischen Signals P_C kleiner wird als der Sollwert ΔPs der Feder 18d und wird in die negative Richtung verringert, wenn der Druck des zweiten hydraulischen Signals P_C größer wird als der Sollwert ΔPs der Feder 18d, wie in 19 gezeigt.
Die Steuereinheit 13B wird durch einen Mikrocomputer gebildet und umfasst, wie in 20 gezeigt, einen A/D-Wandler 13a zum Empfang des ersten hydraulischen Signals, das von dem Differenzialdrucksensor 43 ausgegeben wird, und der elektrischen Signals, die von dem Fluidtemperatursensor 12 und dem Kipppositionssensor 30 ausgegeben werden, und Umwandeln dieser Signals in digitale Signale, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 13b, einen Read-Only-Speicher (ROM 13c) zum Speichern des Programms, das die Steuerschritte beinhaltet, einen Leseschreibspeicher (Random Access Memory, RAM) 13d zum zeitweisen Speichern numerischer Werte bei dem Prozess arithmetischer Operationen, ein I/O-Interface zum Ausgeben eines Signals und einen Verstärker 13e, der mit dem Magnetproportionalventil 15 verbunden ist.
Die von der CPU 13b der Steuereinheit 13B ausgeführte Verarbeitungsfunktion wird in dem Blockschaltbild der 21 gezeigt. Bezug nehmend auf die 21 empfängt die CPU 13b in einem Block 200 das elektrische Signal von dem Fluidtemperatursensor und berechnet einen ersten Differenzialdruck ΔPo entsprechend einer Fluidtemperatur T unter Verwendung einer Temperaturkompensationstabelle, wie gezeigt. Die Temperaturkompensationstabelle ist derart festgelegt, dass der Zieldifferenzialdruck ΔPo mit dem Sollwert ΔPs der Feder 18d in dem Pumpenregler 16B übereinstimmt, wenn die Fluidtemperatur des hydraulischen Antriebssystems 50°C beträgt, wie es grundsätzlich der Fall ist während des Betriebs der hydraulischen Maschine, und wird derart berechnet, in dem Temperaturbereich unterhalb 50°C größer als ΔPs zu sein und in dem Temperaturbereich oberhalb 50°C kleiner als ΔPs zu sein. In einer Subtrahiereinrichtung 201 wird zur Bestimmung einer Differenzialdruckabweichung Δ(ΔP) der Differenzialdruck ΔP, der durch das erste elektrische Signal von dem Differenzialdrucksensor 43 dargestellt wird, von dem Zieldifferenzialdruck ΔPo abgezogen, der in dem Block 200 erhalten wird. Außerdem wird in einem Block 205 und in einer Addiereinrichtung 206 eine Zielkippposition θo der hydraulischen Pumpe 1 durch integrale Steuerung berechnet. Eine Subtrahiereinrichtung 207 vergleicht dann die Zielkippposition θo und die tatsächliche Kippposition θ, die durch den Kipppositionssensor 30 erfasst wird, zur Bestimmung einer Abweichung Z zwischen diesen beiden. In einem Block 208 wird ein Zielwert Pz1 des zweiten hydraulischen Signals P_C für das Magnetproportionalventil 15 entsprechend der Abweichung Z unter Verwendung der gezeigten Tabelle bestimmt. Ein zweites elektrisches Signal E entsprechend dem Ziel wert Pz1 wird in einem Block 209 bestimmt und dann an das Magnetproportionalventil 15 ausgegeben. Zusätzlich gibt ein Block 203 einen ganzzahligen Koeffizienten Ki für den Integralsteuerbetrieb aus, und ein Block 205 multipliziert die Differenzialdruckabweichung Δ(ΔP) mit dem ganzzahligen Koeffizienten zur Bestimmung eines Inkrements der Zielkippposition und ein Block 206 fügt das Inkrement zu der in einem vorhergehenden Zyklus berechneten Zielposition θo der Schrägscheibe hinzu, wodurch eine Zielposition der Schrägscheibe für den gegenwärtigen Zyklus bestimmt wird.
Bei der obigen Anordnung wird eine Kennlinie des Pumpenreglers 16B derart eingestellt, dass der Pumpenregler 16B durch das erste hydraulische Signal betrieben werden kann, das durch die Leitungen 41, 42 erzeugt wird, die das Mittel zur Erzeugung eines ersten hydraulischen Signals darstellen, d. h. den Differenzialdruck ΔP zwischen dem maximalen Lastdruck P1 und dem Pumpenförderdruck Pd, und Kennwerte der Steuereinheit 13B und des Magnetproportionalventils 15 werden derart eingestellt, dass der Arbeitsbereich des zweiten hydraulischen Signals P_C, das durch das Magnetproportionalventil 15 erzeugt wird, im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau liegt wie der Arbeitsbereich des Differenzialdrucks ΔP.
Genauer gesagt ist der Pumpenregler 16B, wie oben geschildert, derart aufgebaut, dass der Kippbetrag der Schrägscheibe 1a erhöht wird, wenn der Druck des zweiten hydraulischen Signals P_C kleiner ist als der Sollwert ΔPs der Feder 18d und im Gegensatz hierzu wird er reduziert, wenn der Druck des zweiten hydraulischen Signals P_C größer ist als der Sollwert ΔPs der Feder 18d. Andererseits nimmt der Differenzialdruck ΔP ab, wenn die Pumpenförderrate kleiner ist als die erforderliche Strömungsrate und nimmt zu, wenn die Pumpenförderrate größer ist als die erforderliche Strömungsrate. Dementsprechend entspricht eine Änderung des in den Pumpenregler 16B eingegebenen Signals (d. h. des zweiten hydraulischen Signals P_C), die erzeugt wird, wenn eine Pumpenförderrate erhöht und verringert wird, der Änderung des Differenzialdrucks ΔP, wenn die Förderrate der Pumpe erhöht und verringert wird. Das heißt, dass die Struktur des Pumpenreglers 16B es ermöglicht, dass der Differenzialdruck ΔP anstelle des zweiten hydraulischen Signals verwendet wird, wenn beide Druckniveaus derart eingestellt sind, dass sie übereinstimmen. Zuerst wird daher ein Kennwert der Feder 18d des Steuerschaltventils 18 in dem Pumpenregler 16B derart eingestellt, dass das Steuerschaltventil 18B mit dem Differenzialdruck ΔP betrieben werden kann, und der Pumpenregler 16B kann die in 19 gezeigte Kennlinie in dem Arbeitsbereich des Differenzialdrucks ΔP aufweisen, wenn die Fluidtemperatur des hydraulischen Antriebssystems 50°C beträgt. Dabei stellt der Sollwert ΔPs einen Zieldifferenzialdruck für die Lasterfassungssteuerung dar.
Angenommen, dass beispielsweise das Entlastungsventil 38 derart eingestellt ist, einen Differenzialdruck von 0 bis 30 kg/cm² in den Leitungen 41, 42 zu erzeugen, ist eine Kennlinie der Feder 18d in dem Pumpenregler 16B derart eingestellt, dass die Feder eine Kraft entsprechend 20 kg/cm² bei der anfänglichen Einstellung erzeugen kann und der Pumpenregler 16B kann die in 19 gezeigte Kennlinie aufweisen, wobei der Differenzialdruck ΔP einen Arbeitsbereich von 0 bis 30 kg/cm² aufweist.
Als Nächstes berechnet die Steuereinheit 13B, wie oben beschrieben, den Zielwert Pz1 des zweiten hydraulischen Signals P_C entsprechend der Abweichung Z unter Verwendung der Tabelle in Block 208, wie gezeigt, und gibt dann das zweite elektrische Signal E aus, das dem Zielwert Pz1 entspricht. Die in Block 208 verwendete Tabelle ist derart festgelegt, dass der Zielwert Pz1 des zweiten hydraulischen Signals gleich dem Sollwert ΔPs der Feder 18d des Steuerschaltventils in dem Pumpenregler 16B ist (d. h. der Zieldifferenzialdruck ΔPo, der in dem Block 200 bei einer Fluidtemperatur von 50°C festgelegt wird), wenn die Abweichung Z = 0 beträgt, d. h. wenn keine Differenz zwischen der Zielkippposition θo und der tatsächlichen Kippposition θ vorliegt, und ist kleiner als der Sollwert ΔPs der Feder 18d, wenn Z > 0 gilt, d. h. wenn die Zielkippposition θo kleiner ist als die tatsächliche Kippposition θ, und ist größer als der Sollwert ΔPs der Feder 18d, wenn Z > 0 gilt, d. h. wenn die Zielkippposition θo größer ist als die tatsächliche Kippposition θ. Auch ist das Magnetproportionalventil 15 so eingestellt, dass das zweite hydraulische Signal P_C, das von diesem ausgegeben wird, gleich dem Sollwert ΔPs der Feder 18d bei Z = 0 beträgt, und geringer als der Sollwert ΔPs der Feder 18d bei Z > 0, und größer als der Sollwert ΔPs der Feder 18d bei Z < 0 ist. Anhand der obigen Einstellung hält der Pumpenregler 16B die Kippposition der Schrägscheibe 1a bei Z = 0, erhöht den Kippbetrag der Schrägscheibe 1a bei Z > 0 und verringert den Kippbetrag der Schrägscheibe 1a bei Z < 0 gemäß der in 19 gezeigten Kennlinie.
Daher wird das zweite hydraulische Signal P_C, das von dem Magnetproportionalventil 15 erzeugt wird, derart eingestellt, dass es um den Sollwert ΔPs der Feder 18d (d. h. der Zieldifferenzialdruck ΔPo, der in dem Block 200 bei einer Fluidtemperatur von 50°C eingestellt wird) variiert, und, wie oben beschrieben, wird eine Kennlinie der Feder 18d derart festgelegt, dass der Pumpenregler 16B die in 19 gezeigte Kennlinie im Arbeitsbereich des Differenzialdrucks ΔP aufweist, wenn die Fluidtemperatur in dem hydraulischen Antriebssystem 50°C beträgt. Daher ist der Arbeitsbereich des zweiten hydraulischen Signals P_C im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau wie der Arbeitsbereich des Differenzialdrucks ΔP.
Bei dem beschriebenen Beispiel gestattet es die Festlegung der Tabelle in Block 208, dass das Magnetproportionalventil 15 das zweite hydraulische Signal P_C mit einem Arbeitsbereich von 0 bis 30 kg/cm² erzeugt.
22 zeigt Einzelheiten von Leitungsverbindungsabschnitten zwischen dem Magnetproportionalventil 15 und dem Regler 16B und Einzelheiten von Verbindungsabschnitten zwischen dem Differenzialdrucksensor 43 und den Leitungen 41, 42. Verbindungsabschnitte zwischen dem Magnetproportionalventil 15 und dem Regler 16B und der Leitung 50 weisen die gleiche Struktur auf wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das in 9 gezeigt wurde. Ein Verbindungsabschnitt des Reglers 16B mit einer Leitung 80 auf einer Reservoirseite ist ebenfalls in ähnlicher Weise aufgebaut. Genauer gesagt ist ein Adapter 65A an dem Verbindungsabschnitt des Reglers 16B befestigt und ein Ansatzstück 57A ist an dem Ende der Leitung befestigt, die sich zu dem Reservoir erstreckt, und der Adapter und das Ansatzstück sind miteinander verschraubt.
Inzwischen werden die Adapter 70, 71 an die Verbindungsabschnitte des Differenzialdrucksensors 43 angebracht, an denen der Sensor mit den Leitungen 41 und 42 verbunden ist. Wie der in 9 gezeigte Adapter 65 weisen die Adapter 70 und 71 Schraubmutterabschnitte 70a und 71a und einen Satz Abschnitte 70b und 71b auf, die mit Schraubgewinden versehen sind. Darüber hinaus sind die Ansatzstücke 72 und 73 ähnlich wie das in 9 gezeigte Ansatzstück 60 an den entsprechenden Enden der Leitungen 41, 42 befestigt. Die Ansatzstücke 72, 73 weisen Öffnungen, die auf ihrer Innenseite mit Innengewinden versehen sind und Schraubenmutterabschnitte 72a, 73a auf der Außenseite auf. Die Ansatzstücke 72, 73 werden jeweils mit den Adaptern 70, 71 durch Zusammenfügen der Öffnungen der Ansatzstücke 72, 73 mit den Einsatzabschnitten 70b, 71b der Adapter 70, 71 und nachfolgendes Drehen der Schraubenmutterabschnitte 72a, 73a verschraubt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, ist daher, wenn das Stromventil 3B sich in seiner neutralen Position befindet und geschlossen ist, die Verdrängung der hydraulischen Pumpe auf ein Minimum reduziert. Indem das Stromventil 3B derart betrieben wird, dass es sich von seiner neutralen Position wegbewegt, wird der Differenzialdruck ΔP verringert und die Verdrängung der hydraulischen Pumpe steigt an. Die Förderrate der hydraulischen Pumpe 1 wird daher gemäß der erforderlichen Strömungsrate gesteuert.
Außerdem wird, wie oben mit Bezug auf 17 erwähnt, der Differenzialdruck ΔP erhöht, wenn die Fluidtemperatur in dem hydraulischen Antriebssystem geringer ist als 50°C, und der Differenzial druck ΔP wird verringert, wenn die Fluidtemperatur in dem hydraulischen Antriebssystem höher ist als 50°C. Daher kann die Förderrate der hydraulischen Pumpe nicht präzise gesteuert werden, solange keine Temperaturkompensation des Differenzialdrucks durchgeführt wurde. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, den Einfluss der Fluidtemperatur in dem hydraulischen Antriebssystem zu kompensieren und die Förderrate der hydraulischen Pumpe 1 präzise zu steuern, da die Fluidtemperatur in dem hydraulischen Antriebssystem erfasst und der Zieldifferenzialdruck ΔPo in der Steuereinheit 13B in Abhängigkeit von der Temperatur, wie oben beschrieben, kompensiert wird.
Im Falle des Auftretens von Störungen in dem elektrischen System, wie z. B. ein unregelmäßiger Betrieb des Differenzialdrucksensors 43, der Steuereinheit 13B oder des Magnetproportionalventils 15 oder im Falle eines fehlerhaften Kontaktes der Anschlussdrähte, wird das Steuerschaltventil 18 des Pumpenreglers 16B von dem Magnetproportionalventil 15 und dem Reservoir getrennt, der Differenzialdrucksensor 43 wird von den Leitungen 41, 42 getrennt, und die Leitung 41 wird mit dem Druckaufnahmesektor 18c des Steuerschaltventils 18 verbunden, und die Leitung 42 wird mit dem Druckaufnahmesektor 18b des Steuerschaltventils 18 verbunden, wie in den 23 und 24 gezeigt. Mit dieser Umordnung kann der Pumpenregler 16B durch den Differenzialdruck ΔP in ähnlicher Weise wie vor dem Auftreten der Störung unter einer Fluidtemperaturbedingung während des normalen Betriebs betrieben werden, da eine Kennlinie des Pumpenreglers 16B und Kennlinien der Steuereinheit 13B und des Magnetproportionalventils 15 wie oben beschrieben eingestellt werden.
25 zeigt Einzelheiten der Verbindungsabschnitte zwischen den Leitungen 41, 42 und dem Regler 16B. Wenn die Leitungen 41, 42 mit dem Regler 16B verbunden werden, werden die Ansatzstücke 72, 73 der Leitung 41, 42 von den jeweiligen Adaptern 70, 71 des Differenzialdrucksensors 43 entfernt und die Ansatzstücke 67, 67a de Leitungen 50, 80 werden jeweils von den Adaptern 65, 65A des Reglers 16B entfernt. Danach werden die Ansatzstücke 72, 73 der Leitungen 41, 42 mit den Adaptern 65, 65A entsprechend dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel verbunden. Zu diesem Zeitpunkt werden die Adapter 70, 71 vorzugsweise von dem Differenzialdrucksensor 43 entfernt und die Öffnungen der Ansatzstücke des Differenzialdrucksensors 43 werden durch die Stopfen 74, 75 verschlossen. Was die Seite des Magnetproportionalventils 15 anbetrifft, kann die Öffnung des Ansatzstücks des Magnetproportionalventils 15 durch einen Stopfen 76 verschlossen werden, nachdem die Leitung 50 und der Adapter entfernt wurden, anstelle des Verschließens des Ansatzstücks 67 der Leitung 50 durch einen Stopfen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es, wie oben beschrieben, auch möglich, in einfacher Weise eine Störung in dem elektrischen System durch hydraulische Maßnahmen zu beheben, während die Steuereinheit zur Ausnutzung des Vorteils einer elektrischen Steuerung verwendet wird, indem die Verdrängung der hydraulischen Pumpe gemäß einer Statusgröße des hydraulischen Antriebssystems gesteuert wird, und daher ist es möglich, die Ausfallzeit der Maschine im Vergleich zum Stand der Technik zu verringern. Außerdem kann unter Fluidtemperaturbedingungen des normalen Arbeitsbe triebs der Pumpenregler mit nahezu gleicher Leistung wie vor dem Auftreten der Störung betrieben werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der negative Steuerdruck (Ausführungsbeispiel der 1) oder der Differenzialdruck zwischen dem Pumpenförderdruck und dem maximalen Lastdruck (Ausführungsbeispiel der 16) als der Druck verwendet (erstes hydraulisches Signal), der von einer Statusgröße des hydraulischen Antriebssystems abhängt. Bei einem hydraulischen Antriebssystem, bei dem ein Pumpenregler mit einem Pilotdruck angetrieben wird, der durch eine Manipulationseinrichtung zur Steuerung der Pumpenfördenate erzeugt wird, kann jedoch der Pilotdruck als der Druck (erstes hydraulisches Signal) in Abhängigkeit einer Statusgröße des hydraulischen Antriebssystems genutzt werden. In diesem Fall können ähnliche Vorteile durch Einstellung des Systems in entsprechender Weise erzielt werden.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen in dem elektrischen System auftretenden Störzustand durch hydraulische Maßnahmen zu beheben, während eine Steuereinheit zur Ausnutzung des Vorteils einer elektrischen Steuerung verwendet wird, indem eine hydraulische Pumpe gemäß einer Statusgröße eines hydraulischen Systems gesteuert wird. Daher ist es möglich, die Ausfallzeiten einer Maschine im Vergleich zum Stand der Technik zu verkürzen. Zusätzlich kann ein Pumpenregler unter Fluidtemperaturbedingungen des normalen Betriebs mit nahezu gleicher Leistung wie vor dem Auftreten der Störung betrieben werden.

Claims

Hydraulisches Steuersystem, das ein hydraulisches Antriebssystem mit einer hydraulischen Verstellpumpe (1), einem durch ein von der hydraulischen Pumpe (1) geliefertes hydraulisches Fluid angetriebenen hydraulischen Aktuator (2), einem Stromventil (3) zur Steuerung einer Strömung des von der hydraulischen Pumpe (1) zu dem hydraulischen Aktuator (2) gelieferten Fluids, und einem Manipulationsmittel (3a) zum Betreiben des Stromventils; Mittel zur Erzeugung eines ersten Signaldrucks (10; 41, 42) zur Erzeugung eines Drucks, der von einer Zustandsgröße des hydraulischen Antriebssystems abhängt, als ein erstes hydraulisches Signal, und ein Pumpensteuergerät (50; 50A; 50B) aufweist, das Druckerfassungsmittel (11; 43) zum Erfassen des von dem Mittel zur Erzeugung eines ersten Signaldrucks erzeugten ersten hydraulischen Signals und Umwandeln des erfassten ersten hydraulischen Signals in ein erstes elektrisches Signal, eine Steuereinheit (13; 13A; 13B) zum Empfang des ersten elektrischen Signals von dem Druckerfassungsmittel, Ausführen bestimmter arithmetischer Operationen und Ausgeben eines zweiten elektrischen Signals, und einen Pumpenregler (16; 16B) beinhaltet, der gemäß dem zweiten elektrischen Signal von der Steuereinheit zur Steuerung der Verstellung der hydraulischen Pumpe angetrieben wird, wobei das Pumpensteuergerät (50; 50A; 50B) außerdem Mittel zur Erzeugung eines zweiten Signaldrucks zur Erzeugung eines zweiten hydraulischen Signals aufweist, das von dem zweiten e lektrischen Signal von der Steuereinheit (13; 13A; 13B) abhängt und Antreiben des Pumpenreglers (16; 16B) durch die zweiten hydraulischen Signale; und wobei das Mittel zur Erzeugung des zweiten Signaldrucks ein Magnetproportionalventil (15) zur Erzeugung des zweiten hydraulischen Signals durch Reduzierung eines von einer Pilotpumpe (14a) gelieferten Pilotdrucks aufweist, und das Mittel zur Erzeugung des ersten Signaldrucks zum Erzeugen des ersten hydraulischen Signals mit einem innerhalb des von der Pilotpumpe gelieferten Pilotdrucks liegenden Bereichs konfiguriert ist; und wobei der Pumpenregler (16; 16B) einen Aktuator umfasst zum Betreiben eines Verstellvariationsmechanismus (1a) der hydraulischen Pumpe (1) und ein Steuerschaltventil (18; 18B) zum Steuern des Betriebs des Aktuators, und das Steuerschaltventil eine Steuerspule (18a), einen Druckempfangssektor (18b), der an einem Ende der Steuerspule (18a) zum Empfang des von dem Magnetproportionalventil erzeugten zweiten hydraulischen Signals angeordnet ist und ein Vorspannmittel (18d) umfasst, das an dem anderen Ende der Steuerspule entgegengesetzt zu dem Druckempfangssektor (18b) vorgesehen ist, wobei ein Kennwert des Vorspannmittels derart eingestellt ist, dass das Steuerschaltventil (18; 18B) durch das von der Einrichtung zur Erzeugung des ersten Signaldrucks (10; 41, 42) erzeugte erste hydraulische Signal betrieben werden kann und der Pumpenregler (16; 16B) kann den Verstellvariationsmechanismus (1a) der hydraulischen Pumpe (1) in dem Arbeitsbereich des ersten hydraulischen Signals betreiben, wodurch ein Kennwert des Pumpenreglers (16; 16B) derart festgelegt wird, dass der Pumpenregler durch das von dem Mittel zur Erzeugung des ersten Signaldrucks (10; 41, 42) erzeugte hydraulische Signal betrieben werden kann; und wobei die Steuereinheit (13; 13A; 13B) anhand des ersten elektrischen Signals von der Druckerfassungseinrichtung (11; 43) einen Wert berechnet, der angepasst ist, um den Arbeitsbereich des durch das Magnetproportionalventil (15) erzeugten zweiten hydraulischen Signals im Wesentlichen auf das gleiche Niveau wie den Arbeitsbereich der durch das Mittel zur Erzeugung eines ersten Signaldrucks erzeugten ersten hydraulischen Signals einzustellen, und das zweite elektrische Signal bestimmt, wobei der Wert einen Zielwert des durch das Magnetproportionalventil (15) erzeugten zweiten hydraulischen Signals darstellt, gefolgt von Ausgeben an das Magnetproportionalventil wodurch Kennwerte der Steuereinheit (13; 13A; 13B) und des zweiten Magnetproportionalventils (15) derart eingestellt werden, dass der Arbeitsbereich des durch das Magnetproportionalventil erzeugten zweiten hydraulischen Signals im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau liegt wie der Arbeitsbereich des durch das Mittel zur Erzeugung eines ersten Signaldrucks erzeugten ersten hydraulischen Signals.
Hydraulisches Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Mittel zur Erzeugung eines ersten Signaldrucks (10; 41, 42) derart ausgebildet ist, ein erstes hydraulisches Signal mit einem Bereich von 0 bis 50 kg/cm² zu erzeugen.
Hydraulisches Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Pumpensteuergerät (50) außerdem eine Hilfsleitung (22) aufweist, die sich von einem Abzweigungsbereich zwischen dem Mittel zur Erzeugung eines zweiten Signaldrucks (15) und dem Dru ckerfassungsmittel (11) bis hin zu einer Position nahe des Pumpenreglers (16) zum Einleiten des ersten hydraulischen Signals dort hindurch erstreckt.
Hydraulisches Steuersystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Pumpenregler (50A) außerdem ein Mittel zur Erfassung von Störungen (30, 110, 111, 112) zum Erfassen des Auftretens von Störungen in irgendeiner der folgenden Komponenten Mittel zur Druckerfassung (11), Steuereinheit (13A) und Magnetproportionalventil (15), sowie Schaltmittel (31), dem das erste und das zweite hydraulische Signal zugeführt werden zur Auswahl, dass das zweite hydraulische Signal auf den Pumpenregler (16) wirkt, wenn keine Störung durch die Störungserfassungseinrichtung erfasst wird und zum Auswählen, dass das erste hydraulische Signal auf den Pumpenregler wirkt, wenn irgendeine Störung durch die Störungserfassungseinrichtung erfasst wird.
Hydraulisches Steuersystem nach Anspruch 4, wobei die Störungserfassungseinrichtung Mittel (30, 110) zum Erfassen einer Verdrängung der hydraulischen Pumpe und Mittel (111, 112) zum Vergleich einer Zielverdrängung umfasst, die durch die Steuereinheit anhand der durch die Erfassungsmittel erfassten Verdrängung berechnet wird und zur Bestimmung des Auftretens einer Störung aus dem Ergebnis des Vergleichs.
Hydraulisches Steuersystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Mittel zur Erzeugung eines ersten Signaldrucks Durchflusswiderstandsmittel (10) beinhaltet zur Erzeugung eines negativen Steuerdrucks, der von einer Center-Bypass-Strömungsrate in dem hydraulischen Antriebssystem abhängt, als ein erstes hydraulisches Signal.
Hydraulisches Steuersystem nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Mittel zur Erzeugung eines ersten Signaldrucks eine Leitung (42) zum Einleiten eines Förderdrucks der hydraulischen Pumpe (1) dort hindurch und eine Leitung zum Einleiten eines maximalen Lastdrucks in das hydraulische Antriebssystem dort hindurch und ein Differentialdruck zwischen dem Förderdruck der hydraulischen Pumpe (1) und dem maximalen Lastdruck in dem hydraulischen Antriebssystem wird als erstes hydraulisches Signal durch diese beiden Leitungen erfasst.