EP0515608A1 - Hydrauliksystem. - Google Patents

Hydrauliksystem.

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EP0515608A1
EP0515608A1 EP92900271A EP92900271A EP0515608A1 EP 0515608 A1 EP0515608 A1 EP 0515608A1 EP 92900271 A EP92900271 A EP 92900271A EP 92900271 A EP92900271 A EP 92900271A EP 0515608 A1 EP0515608 A1 EP 0515608A1
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EP
European Patent Office
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pump
pressure difference
pressure
control
setpoint
Prior art date
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EP92900271A
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English (en)
French (fr)
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EP0515608B1 (de
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Otwin Eich
Franz-Peter Salz
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Oerlikon Barmag AG
Original Assignee
Barmag AG
Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
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Publication date
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Publication of EP0515608B1 publication Critical patent/EP0515608B1/de
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    • F15B2211/71—Multiple output members, e.g. multiple hydraulic motors or cylinders

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic system according to the preamble of the claim.
  • the object of the invention is to design the hydraulic system so that it is not susceptible to vibration and that any weighting and adaptation of the individual consumer flows to the operating parameters of the pump is also possible.
  • the solution results from the characterizing part of claim 1.
  • the solution has the advantage that it does not affect the response range of the setpoint generator. Therefore, the individual consumers remain controllable even when consumption is high, while in the known system the speed of the individual consumers can no longer be controlled if the maximum predetermined pump current is exceeded. You also have the
  • the pressure difference not only the pressure difference, but preferably also the change in the pressure difference and the change direction of the pressure difference can be detected.
  • the reduction in consumption can already begin if a deficiency (i.e. the sum of the set consumer flows exceeds the maximum pump flow specified (maximum pump flow)) is heralded by the size and direction of the rate of change of the pressure difference.
  • the control signals of the valves are reduced.
  • the reduction of consumer currents can take place proportionally. However, a reduction according to priorities is also possible if, for. B. an individual consumer should not reduce his speed in contrast to the others.
  • the subject of this invention is only in exceptional cases, namely when the pumpable pump flow is not sufficient for the consumer flows set on the respective valves. which add up to the current production volume. In this case, the current flow rate is reduced by reducing the respective consumer flows supplied.
  • valves which are assigned to the consumers. Basically, it can be assumed that these valves are adjusted electromagnetically or hydraulically from the outside, that is, by hand or by external input parameters. According to this invention, however, an adjustment signal for reducing the actuation of the valve piston by multiplication is superimposed on these input signals (setpoint signals) when it is determined in the hydraulic system by measuring the pressure difference that the pumpable pump current has been exceeded.
  • the maximum pump current does not necessarily correspond to the maximum pump current that can be pumped. Rather, a lower limit, e.g. B. 80% of the maximum conveyable pump flow. This ensures that the hydraulic system does not fall out of its control range due to an absolute overload of the pump. The same applies to the specified minimum pressure difference.
  • the adaptation of the consumer flows to the specified pump flow that can be conveyed when the minimum limit value of the pressure difference is exceeded is basically achieved by reducing the sum of the consumer flows to the specified limit value. In the simplest case this can be done
  • An internal control loop uses the pressure difference Delta P between the pump pressure and the highest load pressure as a measured variable, the specified minimum pressure difference as a controlled variable and the
  • Control position of the control pump as a manipulated variable.
  • the superimposed outer control loop uses the currently measured pressure difference minus the minimum pressure difference in order to increase the consumer flows in the event of a deficiency (consumption exceeds the maximum pump current) and the resulting drop below the limit value of the pressure difference (minimum pressure difference)
  • the delivery capacity or the torque of the pump which is currently determined from the respective control position of the pump and the delivery pressure of the pump by multiplication, is compared with a target torque, and the output signal obtained from the difference is compared selectable function superimposed, such that only at
  • Valves assigned to consumers take place, but not below this limit. Likewise, the position and adjustability of those assigned to the individual consumers can be superimposed on the delivery pressure according to a specific function
  • Valves are affected when a certain pressure is exceeded, but not below this pressure or only with a certain percentage. As a result, the maximum external load is also taken into account when influencing the valves assigned to the consumers, in particular directional valves.
  • the influencing of the pump current supplied to each consumer and the total of the consumers takes place, for. B. electrically or hydraulically in that the entered setpoints of the valves assigned to the individual consumers are influenced as a function of the pressure difference between the highest consumer pressure and the pump pressure of the control pump.
  • a setpoint processing is expedient.
  • Setpoints are those specified manually or automatically
  • Control signals for the valves assigned to the consumers These externally entered setpoints can be fed to the system via attenuators (ramps). This specifies the rates of change at which the consumer currents can change if the setpoints entered change suddenly. It is thereby achieved that the adjustment speed of the pump or pressure differential balance is sufficient in any case to follow the change in the consumer flows over time. This means that consumers may not be under-supplied for a short time.
  • the consumer flows requested by the entered target values can be roughly adapted to the maximum flow rate that can be supplied by the pump.
  • those entered from outside Setpoints are brought into dependence on the sum of the entered setpoints and, in addition, on the specified pump flow that can be pumped or the minimum pressure difference. On the one hand, this leads to a weighting of the individual consumers and ensures that for the - z. B. for safety reasons - important consumers always have an adequate oil flow
  • given pump flow can be expected based on the input setpoint signals.
  • Figure 1 is a circuit diagram for a hydraulic system with a control pump.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram with details according to FIG. 1;
  • Fig. 3 is a circuit diagram for the setpoint conditioning.
  • control pump 1 can be adjusted hydraulically by means of a control valve 2.
  • the control valve 2 is controlled by a magnet via an amplifier 3 and has a feedback 4 to the control position of the control pump 1.
  • the individual consumers 5 ', 5'',5''' are controlled by directional valves 6 ', 6 ", 6''', which are actuated by electromagnets a1-a3, b1-b3.
  • Each directional valve 6 ', 6'',6''' is a pressure control valve 7 ', 7'',7''' upstream.
  • Each of the pressure control valves 7 ', T', 7 '''' is on the one hand with the pressure upstream of the directional control valve 6', 6 '', 6 '''and on the other hand the consumer pressure behind the directional control valve 6', 6 '', 6 '''. This means that the volume flow supplied to the consumers 5', 5 '', 5 '''is independent of the load respective Pressure regulating valves 7 ', 7'',7''' resulting pump pressure and the highest detected via a shuttle valve chain 8
  • Comparison modules 14 ', 14' ', 14' '' influence the actuators 16 ', 16 ", 16'” in such a way that the adjustment of the valves 6 ', 6' ', 6' "is adapted and reduced in this way that the maximum flow rate of pump 1 cannot be exceeded.
  • torque can also be superimposed, in that the pump pressure and, on the other hand, the already mentioned pressure drop are recorded in a multiplier 17 and the output signal of this multiplier 17 is fed to the weighting module 13 via a comparator 18.
  • FIG. 2 is a functional diagram in which the control unit 21 is shown with the functional modules contained therein.
  • Control unit 21 described for manipulated variables for the directional control valves 6.
  • the pressure difference delta P is input to a module 23 in the control unit 21.
  • a limit value Delta P min is specified for module 23. This limit value can be specified constantly if only the input of the pressure difference is connected to the control unit 21. If the pump pressure P is also connected, further processing of the value Delta P follows, which will be discussed later.
  • the measured or further processed pressure difference and the limit value Delta Pmin are weighted.
  • the output signal of the block 23 is given to the weighting block 13.
  • the pressure difference signal Delta P continues to be applied to the Delta P controller 10.
  • the setpoint value of the pressure difference is also given to the delta-P controller 10.
  • the output signal of the delta-P controller 10 leads via amplifier 3 to the control valve 2 shown in FIG. 1, by means of which the control position of the pump 1 is adjusted.
  • Control valve 2 acted upon by the output current of the amplifier 3. This results in an adjustment of the control valve 2 in the sense that the two sides of the control piston are equally loaded and the control pump 1 is adjusted in the sense of a reduction in the flow rate (pump flow, pump flow) (adjustment piston moves to the left).
  • the output signal of the delta-P controller 10 is applied to the multiplication module 17 at the same time as the pump pressure P tapped via the pressure converter 11.
  • the output signal of the multiplication module 17 represents the current one
  • Torque M of pump 1 since the input signal to amplifier 3 represents the current delivery rate of pump 1.
  • This output signal is related in block 18 (comparator) to a maximum possible limit value of the torque.
  • the output signal of the comparator 18 is the
  • Weighting block 13 abandoned.
  • the output signal of the comparison module is now in the weighting module 13
  • Torque M is smaller than the limit value of the torque, and that it emits a decreasing output signal as long as the currently determined torque M is greater than the predetermined constant limit value M max .
  • the output signal from 1 is reduced based on a time-dependent, continuous function until the torque M of the pump 1 has decreased so much that the equilibrium is established by feedback of the setpoints (this will be discussed later).
  • the output signal of the function block 26 is a multiplication block 24 together with the pressure difference Delta P abandoned.
  • the pressure difference and the output signal, which has been obtained from the torque comparison, are multiplied in the multiplication module 24.
  • the output signal of this multiplication module 24 represents the measured but further processed pressure difference and is given to the weighting module 23 already mentioned and described.
  • the output signal of the function block 26 is thus used to process the pressure difference in the multiplication block 24, as has already been indicated.
  • the weighting module 23 is supplied with a constantly reduced delta P signal. Therefore, the output signal of the
  • a permanently entered limit value of the pump pressure P max is related to the currently measured pump pressure P.
  • the module 13 also contains a function module 29 which is controlled by the output signal of the comparator 28 and additionally by a limit value which represents the maximum target value S max . These entered variables are processed in the function block 29 such that the
  • Function block 29 gives an output signal B, which is equal to one, as long as the measured pump pressure P is less than that
  • Limit value P max of the pressure and that is equal to the limit value S max of the target values if the measured pump pressure P exceeds the limit value P max of the pump pressure.
  • the weighting module 13 with its two output signals A of the function module 25 and B of the function module 29 then controls comparison elements 14 ', 14 ", 14'", each of which one of the valves 6 ', 6 ", 6"' for the individual Consumers 5 ', 5 ", 5'” are assigned.
  • Each of these comparison elements 14 is given a different setpoint S1, S2, S3 via the setpoint generator 15 ', 15 ", 15'”.
  • these output signals A and B are superimposed on the entered target values.
  • the outputs then go via the actuators 16 ', 16 ", 16'” to the respective magnets a1, b1; a2, b2; a3, b3 of the respective valves 6 ', 6 ", 6'".
  • the comparison elements 14 - as shown in FIG. 2 - are divided into a multiplication module 31 ', 31 ", 31"' and a limitation module 32 ', 32 ", 32'".
  • the output signal A of the function block 25 and the setpoint value S1, S2, S3 are given to the multiplication block.
  • the setpoints S1, S2, S3 are reduced accordingly.
  • the output signal of the multiplication module 31 is given to the limiting module 32 together with the output signal B of the function module 29, which establishes the relationship to the measured pump pressure P.
  • the output signal of the limitation construction Stone 32 limits the entered limit value Smax of the setpoint.
  • a further evaluation of the supplied limit value Smax can take place in the sense that either there is no limit at all or the limit value S max is reduced or increased.
  • a setpoint generator 33 can be arranged upstream of the control unit 21.
  • the setpoint generator 33 has a first component 34 for each input setpoint S1, S2, S3, which is referred to below as ramp 34. This ramp means that an abruptly entered setpoint only changes over time.
  • Output signals of the ramps 34 are then multiplied in multiplication modules 35 by input limit values G1 to G3. These limit values represent a certain percentage of the limit value of the pump delivery flow. This results in a weighting of the entered target values S1, S2, S3 in the multiplication modules 35.
  • the output signals of the multiplication modules 35 are fed to a summing element 36 with the output signal e2, which represents the sum of the output signals of the multiplication modules.
  • the signal e2 is given to a function block 37
  • the signal el represents the maximum predetermined pump delivery flow in a form that is comparable to the signal e2.
  • function block 37 the two input signals el and e2 connected.
  • the output signal A is 1 as long as the specified one
  • Limit value of the pump delivery flow el is greater than the set and weighted sum e2 of the setpoints S1, S2, S3.
  • the output signal A is equal to the quotient of the limit value el and the weighted sum e2 if the weighted sum e2 is greater than the limit value e1.
  • the output signal of the multiplication blocks 38 represents the respective setpoint value given to the comparison block 14.
  • This setpoint value preparation ensures that the setpoint values S1, S2, S3 do not lead to a consumption which contributes to the predetermined limit value of the pump delivery flow el far exceeds. However, this is only a rough precaution.
  • the inventive superimposition of the adaptation of the consumer flows to the measured pump delivery flow ensures that each consumer 5 ', 5 ", 5'" in it
  • control unit 23 component weighting component

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Description

BESCHREIBUNG Hydrauliksystem
Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs.
Dieses Hydrauliksystem ist bekannt durch die DE 26 51 325 C2. Dabei wird einem Regelventil einerseits der an der Pumpe anstehende Druck und andererseits der höchste Lastdruck
gemeldet. Kann die Pumpe den von den Steuerventilen und den zugeordneten Verbrauchern geforderten Volumenstrom nicht mehr fördern, so reduziert sich die Druckdifferenz zwischen dem Druck der Pumpe und dem höchsten Lastdruck. Folglich reduziert das Regelventil die Versorgung der Steuerdruckgeber, durch welche die den Verbrauchern zugeordneten Ventile angesteuert werden. Dadurch werden die Ventile in ihrem Durchfluß begrenzt. Diese Begrenzung wird jedoch erst bei schon vorhandenem
Überbedarf wirksam. Tritt diese Begrenzung in Funktion, so sind die Verbraucher mittels ihrer Steuerventile nicht mehr
steuerbar.
Bei dem durch das Patent 35 46 336 bekannten System werden die elektrischen Stellsignale der angesteuerten Wegeventile
addiert. Der Volumenstrom, welcher der Summe der Stellsignale entspricht, wird mit dem maximal möglichen Pumpenstrom verglichen. Wenn die Summe der Stellsignale den möglichen Pumpenstrom überschreitet, werden die Stellsignale reduziert. Bei diesem System müssen alle Stellsignale erfaßt werden. Außerdem muß die Abhängigkeit der Ventildurchflüsse von den Stellsi gnalen mittels eines Rechners richtig berücksichtigt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Hydrauliksystem so auszugestalten, daß es nicht schwingungsanfällig ist und daß im übrigen eine beliebige Gewichtung und Anpassung der einzelnen Verbraucherströme an die Betriebsparameter der Pumpe möglich ist.
Die Lösung ergibt sich aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1. Die Lösung hat den Vorteil, daß hierbei nicht der Ansprechbereich der Sollwertgeber beeinflußt wird. Daher bleiben die einzelnen Verbraucher auch bei hohem Verbrauch steuerbar, während bei dem bekannten System bei Überschreitung des maximal vorgegebenen Pumpenstroms die Geschwindigkeit der einzelnen Verbraucher nicht mehr steuerbar ist. Ferner hat man den
Vorteil, daß nicht nur die Druckdifferenz, sondern bevorzugt auch die Änderung der Druckdifferenz und die Änderungsrichtung der Druckdifferenz erfaßt werden können. Hierdurch kann die Verbrauchsreduzierung bereits einsetzen, wenn sich durch die Größe und Richtung der Änderungsgeschwindigkeit der Druckdifferenz ein Mangel (d. h. die Summe der eingestellten Verbraucherströme übersteigt den als maximal vorgegebenen Pumpenstrom (maximaler Pumpenstrom)) ankündigt.
Steigt die Summe der Verbraucherströme, die durch entsprechende Einstellung der den Verbrauchern zugeordneten Ventile gefordert wird, über den maximalen Pumpenstrom an, so werden die Ansteuersignale der Ventile reduziert. Die Reduzierung der Verbraucherströme kann verhältnisgleich erfolgen. Es ist jedoch auch eine Reduzierung nach Prioritäten möglich, wenn z. B. ein einzelner Verbraucher seine Geschwindigkeit im Gegensatz zu den anderen nicht reduzieren soll.
Dabei erfolgt jedoch ein Eingriff des Regelkreises, der
Gegenstand dieser Erfindung ist, nur in Ausnahmefällen, und zwar dann, wenn der förderbare Pumpenstrom nicht ausreicht für die an den jeweiligen Ventilen eingestellten Verbraueherströme. die in ihrer Summe die aktuelle Fördermenge ergeben. In diesem Falle wird die aktuelle Fördermenge durch Reduzierung der jeweils zugeführten Verbraucherströme vermindert.
Die Anpassung der Verbraucherströme an den maximalen Pumpenstrom geschieht durch die Verstellung der Ventile, die den Verbrauchern jeweils zugeordnet sind. Grundsätzlich ist davon auszugehen, daß diese Ventile von außen, also von Hand oder durch fremde Eingabeparameter elektromagnetisch oder hydraulisch verstellt werden. Nach dieser Erfindung wird diesen Eingabesignalen (Sollwertsignalen) jedoch ein Verstellsignal zur Verminderung der Aussteuerung des Ventilkolbens durch Multiplikation überlagert, wenn in dem Hydrauliksystem durch Messung der Druckdifferenz festgestellt wird, daß der förderbare Pumpenstrom überschritten worden ist.
Der maximale Pumpenstrom entspricht nicht notwendigerweise dem maximal förderbaren Pumpenstrom. Vielmehr wird ein geringerer Grenzwert, z. B. 80 % des maximal förderbaren Pumpenstromes vorgegeben. Dadurch wird erreicht, daß das Hydrauliksystem durch absolute Überlastung der Pumpe nicht aus seinem Regelbereich herausfällt. Entsprechendes gilt für die vorgegebene Mindestdruckdifferenz.
Die Anpassung der Verbraucherströme an den vorgegebenen förderbaren Pumpenstrom bei Überschreitung des Mindestgrenzwertes der Druckdifferenz geschieht grundsätzlich dadurch, daß die Summe der Verbraucherströme bis auf den vorgegebenen Grenzwert vermindert wird. Dies kann im einfachsten Falle dadurch
geschehen, daß sämtliche Verbraucherströme um den gleichen Prozentsatz vermindert werden. Es ist jedoch auch möglich, die Ansteuersignale, durch welche die Verbraucherströme reduziert werden, für jeden Verbraucher unterschiedlich zu gewichten. Dadurch kann einzelnen Verbrauchern ein Vorrang vor anderen Verbrauchern eingeräumt werden. Es kann z. B. gewährleistet werden, daß solche Verbraucher, die aus Sicherheitsgründen immer mit einem bestimmten Verbraucherstrom beschickt werden müssen, z. B. hydraulische Bremsen, Vorrang haben vor anderen Verbrauchern. Hierauf wird an späterer Stelle noch eingegangen.
Die besondere Bedeutung der Erfindung nach Anspruch 1 besteht darin, daß die Anpassung der Verbraucherströme an einen
vorgegebenen Grenzwert (maximaler Pumpenstrom) durch Überwachung der einzuhaltenden Mindestdruckdifferenz nur dann in Funktion tritt, wenn der vorgegebene Grenzwert erreicht wird. Es werden also mehrere Regelkreise überlagert. Ein innerer Regelkreis benutzt die Druckdifferenz Delta P zwischen dem Pumpendruck und dem höchsten Lastdruck als Meßgröße, die vorgegebene Mindestdruckdifferenz als Regelgröße und die
Regelstellung der Regelpumpe als Stellgröße.
Der überlagerte äußere Regelkreis benutzt die aktuell gemessene Druckdifferenz minus Mindestdruckdifferenz, um bei einem Mangel (Verbrauch überschreitet den maximalen Pumpenstrom) und dem dadurch bewirkten Unterschreiten des Grenzwerts der Druckdifferenz (Mindestdruckdifferenz), die Verbraucherströme zu
reduzieren und die Druckdifferenz wieder zu erhöhen.
Zusätzlich kann die Anpassung der Verbraucherströme der einzelnen Verbraucher an den vorgegebenen, maximalen Pumpenstrom auch durch Überlagerung des aus der Messung der aktuellen Fördermenge (Auslenkung = Regelstellung der Regelpumpe) gewonnenen Meßsignals mit der Pumpenleistung bzw. dem Pumpenmoment
(Fördervolumen × Förderdruck) und/oder dem Förderdruck
erfolgen. Das hat den Vorteil, daß eine gewünschte Gewichtung der Fördermenge, des Fördermoments und des Förderdrucks der Regelpumpe bei der Anpassung der Ventilstellung an den
maximalen Pumpenstrom vorgebbar ist. Dabei wird die aktuell aus der jeweiligen Regelstellung der Pumpe und dem Förderdruck der Pumpe durch Multiplikation ermittelte Förderleistung bzw. das Drehmoment der Pumpe mit einem Solldrehmoment verglichen und das aus der Differenz gewonnene Ausgangssignal nach einer wählbaren Funktion überlagert, etwa derart, daß nur bei
Überschreiten eines vorgegebenen Antriebsmoments eine Beeinflussung der Stellung und Stellbarkeit der den einzelnen
Verbrauchern zugeordneten Ventile erfolgt, unterhalb dieses Grenzwerts dagegen nicht. Ebenso kann durch Überlagerung des Förderdruckes nach einer bestimmten Funktion die Stellung und Stellbarkeit der den einzelnen Verbrauchern zugeordneten
Ventile bei Überschreitung eines bestimmten Druckes beeinflußt werden, unterhalb dieses Druckes jedoch nicht oder nur mit einem bestimmten Prozentsatz. Dadurch wird auch die maximale äußere Last bei der Beeinflussung der den Verbrauchern zugeordneten Ventile, insbesondere Wegeventile berücksichtigt.
Die Beeinflussung des jedem Verbraucher und der Gesamtheit der Verbraucher zugeführten Pumpenstroms erfolgt z. B. elektrisch oder hydraulisch dadurch, daß die eingegebenen Sollwerte der den einzelnen Verbrauchern zugeordneten Ventile in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem höchsten Verbraucherdruck und dem Pumpendruck der Regelpumpe beeinflußt werden.
Für besondere Einsatzzwecke des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems ist eine Sollwert-Aufbereitung zweckmäßig. Die
Sollwerte sind die von Hand oder automatisch vorgegebenen
AnsteuerSignale für die den Verbrauchern zugeordneten Ventile. Diese von außen eingegebenen Sollwerte können über Dämpfungsglieder dem System zugeführt werden (Rampen). Dadurch werden die Änderungsgeschwindigkeiten vorgegeben, mit welchen sich die Verbraucherströme bei sprunghafter Änderung der eingegebenen Sollwerte ändern können. Dadurch wird erreicht, daß die Verstellgeschwindigkeit der Pumpe bzw. Druckdifferenzwaage in jedem Falle ausreicht, um der zeitlichen Änderung der Verbraucherströme zu folgen. Es kann daher auch kurzzeitig nicht zu einer ünterversorgung der Verbraucher kommen. Ferner können die durch die eingegebenen Sollwerte angeforderten Verbraucherströme grob an die von der Pumpe maximal .lieferbare Durchflußmenge angepaßt werden. Hierzu werden die von außen eingegebenen Sollwerte in Abhängigkeit gebracht von der Summe der eingegebenen Sollwerte und zusätzlich von dem vorgegebenen förderbaren Pumpenstrom bzw. der Mindestdruckdifferenz. Dadurch wird zum einen eine Gewichtung der einzelnen Verbraucher erreicht und gewährleistet, daß für die - z. B. aus Sicherheitsgründen - wichtigeren Verbraucher stets ein ausreichender Ölstrom
bereitsteht. Es erfolgt zum anderen bereits vorab eine
Reduzierung der Sollwerte, wenn eine Überschreitung des
vorgegebenen förderbaren Pumpenstroms aufgrund der eingegebenen Sollwertsignale zu erwarten ist.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der nachfolgend beschriebenen Schaltpläne dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Schaltplan für ein Hydrauliksystem mit Regelpumpe;
Fig. 2 einen Schaltplan mit Einzelheiten nach Figur 1;
Fig. 3 einen Schaltplan für die Sollwert-Aufbereitung.
Mehrere Verbraucher 5', 5'', 5' ' ' werden durch eine gemeinsame Regelpumpe 1 gespeist. Die Regelpumpe 1 kann hydraulisch mittels eines Stellventils 2 verstellt werden. Das Stellventil 2 wird mittels eines Magneten über einen Verstärker 3 angesteuert und besitzt eine Rückführung 4 auf die Regelstellung der Regelpumpe 1.
Die einzelnen Verbraucher 5', 5'', 5''' werden durch Wegeventile 6', 6", 6''', die durch Elektromagneten a1-a3, b1-b3 betätigt sind, angesteuert. Jedem Wegeventil 6', 6'', 6''' ist ein Druckregelventil 7', 7'', 7''' vorgeschaltet. Jedes der Druckregelventile 7', T ' , 7' ' ' wird einerseits mit dem Druck vor dem Wegeventil 6', 6' ', 6''' und andererseits mit dem Verbraucherdruck hinter dem Wegeventil 6', 6'', 6''' beaufschlagt. Dadurch ist der den Verbrauchern 5', 5'', 5''' zugeführte Volumenstrom lastunabhängig. Der zwischen dem vor den jeweiligen Druckregelventilen 7', 7'', 7''' sich einstellenden Pumpendruck und der über eine Wechselventil-Kette 8 erfaßte, höchste
Verbraucherdruck wird einem Differenzgeber 9 gemeinsam
aufgegeben. Dessen Ausgangsignal repräsentiert den Druckabfall Delta P zwischen der Pumpe 1 und dem höchsten Verbraucherdruck. Diese Druckdifferenz wird gemeinsam mit ihrer Differentiation (Differenzierungsglied 12) einerseits einem Delta-p-Regler 10 aufgegeben, der über den bereits erwähnten Verstärker 3 das Stellventil 2 ansteuert. Andererseits werden die beiden Signale über einen Gewichtungsbaustein 13 auf Vergleichsbausteine 14', 14'', 14''' gegeben, die jeweils den einzelnen Stellgebern 16', 16'', 16''' der Wegeventile 6', 6'', 6''' zugeordnet sind. Die Vergleichsbausteine 14', 14'', 14''' haben einen zweiten
Eingang, dem jeweils ein gewünschter Sollwert von Sollwertgeber 15', 15'', 15''' aus vorgegeben werden kann. Durch die
Vergleichsbausteine 14', 14'', 14''' erfolgt eine Beeinflussung der Stellgeber 16', 16", 16'" in der Form, daß die Verstellung der Ventile 6', 6'', 6'" derart angepaßt und reduziert wird, daß der maximale Förderstrom der Pumpe 1 nicht überschritten werden kann.
Gleichzeitig kann auch eine Momentenüberlagerung erfolgen, indem in einem Multiplizierbaustein 17 einerseits der Pumpendruck und andererseits der bereits erwähnte Druckabfall erfaßt werden und das Ausgangssignal dieses Multiplizierbausteins 17 über einen Komparator 18 dem Gewichtungsbaustein 13 zugeführt wird.
Fig. 2 ist ein Funktionsdiagramm, in welchem das Steuergerät 21 mit den darin enthaltenen Funktionsbausteinen dargestellt ist.
Anhand von Fig. 2 und unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird im folgenden die Verarbeitung der eingegebenen Sollwerte in
Steuergerät 21 zu Stellgrößen für die Wegeventile 6 beschrieben. In dem Steuergerät 21 wird die Druckdifferenz Delta P einem Baustein 23 eingegeben. Gleichzeitig wird dem Baustein 23 ein Grenzwert Delta Pmin vorgegeben. Dieser Grenzwert kann konstant vorgegeben werden, wenn nur die Eingabe der Druckdifferenz am Steuergerät 21 angeschlossen ist. Wenn auch der Pumpendruck P angeschlossen ist, folgt zuvor eine weitere Verarbeitung des Wertes Delta P, auf die später noch eingegangen wird.
In dem Baustein 23 erfolgt eine Gewichtung der gemessenen bzw. weiterverarbeiteten Druckdifferenz und des Grenzwertes Delta Pmin. Das Ausgangssignal des Bausteines 23 wird dem Gewichtungsbaustein 13 aufgegeben. Dieser enthält einen Funktionsbaustein 25, welcher das positive konstante Ausgangssignal A gleich 1 ergibt, solange der Grenzwert der Druckdifferenz Delta Pmin kleiner ist als die gemessene bzw. weiterverarbeitete Druckdifferenz Delta P. Wenn die Druckdifferenz Delta P den Grenzwert unterschreitet, wird das Ausgangssignal A des Funktionsbausteines 25 kleiner als 1. Es verkleinert sich von 1 ausgehend nach einer zeitabhängigen Funktion, bis sich durch Erhöhung der gemessenen bzw. weiterverarbeiteten Druckdifferenz ein Gleichgewicht einstellt. Darauf wird später eingegangen.
Das Druckdifferenzsignal Delta P wird weiterhin dem Delta-P- Regler 10 aufgegeben. Dem Delta-P-Regler 10 wird weiterhin der Sollwert der Druckdifferenz aufgegeben. Das Ausgangssignal des Delta-P-Reglers 10 führt über Verstärker 3 zu dem in Fig. 1 dargestellten Stellventil 2, durch welches die Regelstellung der Pumpe 1 eingeregelt wird. Hierzu wird der Magnet des
Stellventils 2 durch den Ausgangsstrom des Verstärkers 3 beaufschlagt. Hierdurch erfolgt eine Verstellung des Stellventils 2 in dem Sinne, daß die beiden Seiten des Stellkolbens gleich druckbelastet sind und die Regelpumpe 1 im Sinne einer Verringerung der Fördermenge (Pumpenstrom, Pumpenförderstrom) verstellt wird (Verstellkolben bewegt sich nach links).
Hierdurch wird die auf der anderen Seite des Ventils einwirkende Feder durch die Rückführung 4 belastet und es erfolgt eine Verstellung des Kolbens des Stellventils 2 in dem Sinne, daß der Druck auf der Federseite des Verstellkolbens entlastet wird. Hierdurch erfolgt eine Verstellung der Regelpumpe 1 im Sinne einer Vergrößerung der Fördermenge. Eine umgekehrte Wirkung ergibt sich bei Verkleinerung des Ausgangssignals des Verstärkers 3. In jedem Falle stellt sich an dem Stellventil 2 ein Gleichgewicht ein, so daß das Ausgangssignal des Delta-P- Reglers den ausgeregelten Sollwert für die Regelstellung der Regelpumpe 1 bildet und daher - bei gegebener Drehzahl - auch ein Maß für die aktuelle Fördermenge der Pumpe 1 ist.
Das Ausgangssignal des Delta-P-Reglers 10 wird dem Multiplikationsbaustein 17 gleichzeitig mit dem über Druckwandler 11 abgegriffenen Pumpendruck P aufgegeben. Das Ausgangssignal des Multiplikationsbausteins 17 repräsentiert das aktuelle
Drehmoment M der Pumpe 1, da das Eingangssignal zum Verstärker 3 die aktuelle Fördermenge der Pumpe 1 repräsentiert. Dieses Ausgangssignal wird im Baustein 18 (Komparator) zu einem maximal möglichen Grenzwert des Drehmoments in Beziehung gesetzt. Das Ausgangssignal des Komparators 18 wird dem
Gewichtungsbaustein 13 aufgegeben. In dem Gewichtungsbaustein 13 wird nun das Ausgangssignal des Vergleichsbausteins
(Komparator) 18 in einem Funktionsbaustein 26 so verarbeitet, daß er ein Ausgleichssignal = 1 abgibt, wenn das aktuelle
Drehmoment M kleiner als der Grenzwert des Drehmomentes ist, und daß er ein sich verkleinerndes Ausgangssignal abgibt, solange das aktuell ermittelte Drehmoment M größer als der vorgegebene konstante Grenzwert Mmax ist. Im letzteren Fall wird das Ausgangssignal von 1 ausgehend nach einer zeitabhängigen stetigen Funktion so lange verkleinert, bis sich durch Rückführung der Sollwerte (hierauf wird später noch eingegangen) das Drehmoment M der Pumpe 1 so weit verkleinert hat, daß sich Gleichgewicht einstellt.
Hierzu wird das Ausgangssignal des Funktionsbausteins 26 einem Multiplikationsbaustein 24 gemeinsam mit der Druckdifferenz Delta P aufgegeben. In dem Multiplikationsbaustein 24 wird die Druckdifferenz und das Ausgangssignal, das aus dem Momentenvergleich gewonnen worden ist, multipliziert. Das AusgangsSignal dieses Multiplikationsbausteines 24 repräsentiert die gemessene, jedoch weiterverarbeitete Druckdifferenz und wird dem bereits zuvor erwähnten und beschriebenen Gewichtungsbaustein 23 aufgegeben. Das Ausgangssignal des Funktionsbausteins 26 wird somit zur Aufarbeitung der Druckdifferenz im Multiplikationsbaustein 24 benutzt, wie dies bereits zuvor angedeutet worden ist. Bei Überbelastung wird also dem Gewichtungsbaustein 23 ein sich ständig verringertes Delta-P-Signal zugeführt. Daher wird sich auch das Ausgangssignal des
Gewichtungsbausteins 23 laufend verkleinern und im Funktionsbaustein 25 bei fortdauernder Überlastung Delta P / Delta Pmin zu einer Verkleinerung des Ausgangssignals A führen.
Um auch den Pumpendruck P zu berücksichtigen, wird in einem weiteren Komparator 28 (Vergleichsbaustein) ein fest eingegebener Grenzwert des Pumpendrucks Pmax zu dem aktuell gemessenen Pumpendruck P in Beziehung gesetzt.
Der Baustein 13 enthält auch einen Funktionsbaustein 29, der durch das Ausgangssignal des Komparators 28 und zusätzlich durch einen Grenzwert angesteuert wird, der den maximalen Sollwert Smax repräsentiert. Diese eingegebenen Größen werden in dem Funktionsbaustein 29 derart verarbeitet, daß der
Funktionsbaustein 29 ein Ausgangssignal B gibt, das gleich eins ist, solange der gemessene Pumpendruck P kleiner als der
Grenzwert Pmax des Druckes ist, und das gleich dem Grenzwert Smax der Sollwerte ist, wenn der gemessene Pumpendruck P den Grenzwert Pmax des Pumpendrucks übersteigt.
Der Gewichtungsbaustein 13 mit seinen beiden Ausgangssignalen A des Funktionsbausteines 25 und B des Funktionsbausteines 29 steuert sodann Vergleichsglieder 14', 14", 14'" an, die jeweils einem der Ventile 6', 6'', 6"' für die einzelnen Verbraucher 5', 5", 5'" zugeordnet sind. Jedem dieser Vergleichsglieder 14 wird über die Sollwertgeber 15', 15", 15'" ein unterschiedlicher Sollwert S1, S2, S3 aufgegeben. In den Vergleichsgliedern werden diese Ausgangssignale A und B den eingegebenen Sollwerten überlagert. Die Ausgänge gehen dann über die Stellgeber 16', 16", 16'" an die jeweiligen Magnete a1, b1; a2, b2; a3, b3 der jeweiligen Ventile 6', 6", 6'". Dadurch kann nach einer voreingestellten Funktion und einem voreingestellten Sollwert Sl, S2, S3 der dem einzelnen
Verbraucher 5', 5", 5'" zugeführte Volumenstrom so weit herabgenommen werden, daß die von der Pumpe 1 förderbare
Gesamtmenge nicht überschritten wird. Durch die gleichzeitige Erfassung und direkte Eingabe des Verstellweges alpha bzw. des Schwenkwinkels der Regelpumpe 1 kann im Gewichtungsbaustein 13 gleichzeitig sichergestellt werden, daß zu der Anpassung der gemessenen Höchstdruckdifferenz Delta Pmax an die Mindestdruckdifferenz Delta Pmin gleichzeitig eine Anpassung an das
aktuelle Drehmoment M der Pumpe 1 erfolgt. Ebenso können in die Gewichtung der aktuelle Pumpendruck P oder sonstige
Betriebsparameter des Hydrauliksystems mit eingehen.
Hierzu sind die Vergleichsglieder 14 - wie Fig. 2 zeigt - aufgegliedert in einen Multiplikationsbaustein 31', 31", 31"' sowie in einen Begrenzungsbaustein 32', 32", 32'". Dem Multiplikationsbaustein wird das Ausgangssignal A des Funktionsbausteines 25 sowie der eingestellte Sollwert S1, S2, S3 jeweils vorgegeben. Dadurch wird der eingestellte Sollwert S in Beziehung gesetzt zu der aktuell gemessenen Höchstdruckdifferenz Delta Pmax, wenn die Summe der Verbraucherströme den Grenzwert des Pumpenstromes Pmax übersteigt. Die Sollwerte S1, S2, S3 werden entsprechend vermindert. Das Ausgangssignal des Multiplikationsbausteins 31 wird dem Begrenzungsbaustein 32 gemeinsam mit dem Ausgangssignal B des Funktionsbausteines 29 aufgegeben, der die Beziehung zu dem gemessenen Pumpendruck P herstellt. Bei Überschreitung des vorgegebenen Grenzwertes des Pumpendruckes Pmax wird das Ausgangssignal des Begrenzungsbau Steines 32 begrenzt auf den eingegebenen Grenzwert Smax des Sollwerts. In jedem der Bausteine 32', 32", 32"' kann eine weitere Bewertung des zugeführten Grenzwertes Smax erfolgen in dem Sinne, daß entweder gar keine Begrenzung erfolgt oder eine Herabsetzung oder eine Vergrößerung des Grenzwertes Smax.
Hierdurch können einzelnen Verbrauchern 5', 5", 5"' Prioritäten eingeräumt werden. Andere Verbraucher können stillgesetzt oder nachrangig behandelt werden, wenn die eingestellten
Sollwertvorgaben S1, S2, S3 zu einer Überschreitung des
Grenzwertes des Pumpenstromes führen würden.
In Fig. 3 ist nun zusätzlich noch eine Sollwertaufbereitung gezeigt, die wahlweise eingesetzt werden kann. Hierzu kann dem Steuergerät 21 ein Sollwertgeber 33 vorgeordnet werden. Der Sollwertgeber 33 weist einen ersten Baustein 34 für jeden eingegebenen Sollwert S1, S2, S3 auf, der im folgenden als Rampe 34 bezeichnet wird. Diese Rampe bewirkt, daß ein sprunghaft eingegebener Sollwert sich nur zeitlich abhängig ändert.
Dadurch wird bewirkt, daß auch bei sprunghafter Sollwerteingabe die Signalverarbeitung und Anpassung des Hydrauliksystems zeitlich folgen kann und es nicht zu einer zeitweiligen
ünterversorgung der Verbraucher 5', 5", 5''' kommt. Die
Ausgangssignale der Rampen 34 werden sodann in Multiplikationsbausteinen 35 mit eingegebenen Grenzwerten G1 bis G3 multipliziert. Diese Grenzwerte repräsentieren einen bestimmten Prozentsatz des Grenzwertes des Pumpenförderstromes. Hierdurch erfolgt in den Multiplikationsbausteinen 35 eine Gewichtung der eingegebenen Sollwerte S1, S2, S3. Die Ausgangssignale der Multiplikationsbausteine 35 werden einem Summierglied 36 aufgegeben mit dem Ausgangssignal e2, das die Summe der Ausgangssignale der Multiplikationsbausteine repräsentiert.
Das Signal e2 wird einem Funktionsbaustein 37 aufgegeben
gemeinsam mit einem Signal e1. Das Signal el repräsentiert den maximal vorgegebenen Pumpenförderström in einer Form, die dem Signal e2 vergleichbar ist. Im Funktionsbaustein 37 werden die beiden Eingangssignale el und e2 in Verbindung gesetzt. Das Ausgangssignal A ist gleich 1, solange der vorgegebene
Grenzwert des Pumpenförderstroms el größer als die eingestellte und gewichtete Summe e2 der Sollwerte S1, S2, S3 ist. Das Ausgangssignal A ist gleich dem Quotienten aus Grenzwert el und gewichteter Summe e2, wenn die gewichtete Summe e2 größer ist als der Grenzwert e1.
Das Ausgangssignal A des Funktionsbausteines 37 wird nun den Multiplikationsbausteinen 38', 38", 38'" aufgegeben. In jedem der Multiplikationsbausteine 38 wird der jeweilige
Sollwert S1, S2, S3, nachdem er vorzugsweise zunächst über die Rampen 34', 34", 34"' geführt worden ist, multipliziert. Das Ausgangssignal der Multiplikationsbausteine 38 stellt den dem Vergleichsbaustein 14 vorgegebenen, jeweiligen Sollwert dar. Durch diese Sollwertaufbereitung wird bereits bei der Sollwertaufgabe Vorsorge getragen, daß die eingestellten Sollwerte S1, S2, S3 nicht zu einem Verbrauch führen, der den vorgegebenen Grenzwert des Pumpenförderstroms el bei weitem übersteigt. Es handelt sich dabei jedoch nur um eine grobe Vorsorge. Die erfindungsgemäße Überlagerung der Anpassung der Verbraucherströme an den gemessenen Pumpenförderstrom gewährleistet, daß jeder Verbraucher 5', 5", 5'" in dem ihm
zugewiesenen Rahmen funktionsfähig bleibt.
Die besondere Bedeutung der Erfindung liegt dabei darin, daß einerseits das Pumpendrehmoment M ausgeregelt wird, daß dieser Momentenregelung aber eine Leistungsregelung überlagert werden kann, indem gleichzeitig auch noch die Drehzahl der Pumpe 1 oder ihre Fördermenge erfaßt wird. BEZUGSZEICHENAÜFSTELLUNG
1 Regelpumpe
2 Stellventil
3 Verstärker
4 Rückführeinrichtung
5 Verbraucher
6 Steuerventil, Wegeventil
7 Druckregelventil, Druckdifferenzwaage
8 Wechselventil
9 Differenzgeber
10 Delta-P-Regler
11 Druckwandler
12 Differenzierglied
13 Gewichtungsbaustein, Funktionsbaustein
14 Vergleichsbaustein, Vergleichsglied
15 Sollwertgeber
16 Verstärker, Stellgeber, Stellwertgeber
17 Multiplizierbaustein, Multiplikationsbaustein 18 Komparator (M/Mmax) 20 Pumpendruckleitung
21 Steuergerät 23 Baustein, Gewichtungsbaustein
24 Multiplikationsbaustein
25 Funktionsbaustein
26 Funktionsbaustein 28 Komparator (P/Pmax)
29 Funktionsbaustein 31 Multiplikationsbaustein 3 Begrenzungsbaustein 33 Sollwertgeber
34 Baustein, Rampen
35 Multiplikationsbaustein 36 Summierglied
37 Funktionsbaustein
38' )
38" Multiplikationsbaustein 38'" )
Aktenzeichen PCT/DE 91/ 00967
Legende zu Fig. 2
Legende 10.....Δp Regler
Legende 17 . . . .. Multiplikation
Legende 24.....Multiplikation
Legende 25.....wenn 4P/ΔPMin≥1 ↝A = 1;
wenn Δp/Δ pMin <1 ↝A verkleinern bis Δp/ΔpMin = 1;
Legende 26.....wenn M/MMax ≤1 ↝ a = 1;
wenn M/MMax >1 ↝ a verkleinern bis M/MMax = 1;
Legende 29..... wenn P/PMax≤1↝ B = 1;
wenn P/PMax >1 ↝S1 - S3 begrenzen auf SMax;
Legende 31.....Multiplikation
Legende 32.....Begrenzung; Limitation
S1, S2, S3.....Sollwert
Legende zu Fig. 3
Legende 35.....Multiplikation
Legende 37 .. . . . wenn e1 - e2≥ O↝a = 1 .
Legende 38.....Multiplikation

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Hydrauliksystem,
bei dem mehrere Verbraucher (5'; 5"; 5'") durch eine gemeinsame Regelpumpe (1) gespeist werden,
bei dem die Druckdifferenz zwischen dem Verbraucher (5'; 5"; 5"') mit dem höchsten Lastdruck und dem Pumpendruck gemessen und durch Verstellung der Regelpumpe (1) ausgeregelt und gleichzeitig zur Beeinflussung der Stellsignale (a1, b1; a2, b2; a3, b3 ) für die Steuerventile (6'; 6"; 6'"), welche den einzelnen Verbrauchern (5'; 5";5'") zugeordnet sind, derart benutzt wird,
daß der der Gesamtheit der Verbraucher (5'; 5"; 5'") zugeführte Pumpenstrom an den maximal vorgegebenen
Pumpenförderstrom anpaßbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die gemessene Druckdifferenz Delta P in einem Funktionsbaustein in Beziehung gesetzt wird zu einer vorgegebenen
Mindestdruckdifferenz Delta Pmin und ein Ausgangssignal A erzeugt wird,
welches A gleich 1 ist, solange die gemessene Druckdifferenz größer ist als oder so groß ist wie die vorgegebene Mindestdruckdifferenz und
welches von A gleich 1 aus laufend verkleinert wird, solange die gemessene Druckdifferenz kleiner ist als die vorgegebene Mindestdruckdifferenz,
und daß die den Steuerventilen (6'; 6"; 6'") vorgegebenen Stellsignale (a1, b1; a2, b2; a3, b3) gegenüber den
eingegebenen Sollwerten (S1, S2, S3) proportional zu dem Ausgangssignal A verändert werden.
2. Hydrauliksystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Regelstellung der Regelpumpe (1) gemessen und ihre Auslenkung (alpha) mit dem zusätzlich gemessenen Pumpendruck multipliziert und das Produkt (M) zur Anpassung der Verbraucherströme zusätzlich benutzt wird.
3. Hydrauliksystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Pumpendruck zusätzlich zur Anpassung der Verbraucherströme benutzt wird.
4. Hydrauliksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sollwertsignale (S1, S2, S3) in Abhängigkeit von dem vorgegebenen förderbaren Pumpenstrom sowie der Summe der eingestellten Sollwertsignale reduziert werden, bevor die Sollwertsignale (S1, S2, S3) mit dem Reduzierfaktor multipliziert werden.
5. Hydrauliksystem nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
vor der Summenbildung der eingegebenen Sollwertsignale (S1, S2, S3) jedes Sollwertsignal mit einem Grenzwert Gv
multipliziert wird, welcher für den jeweiligen Verbraucher vorgegeben ist.
EP92900271A 1990-12-15 1991-12-13 Hydrauliksystem Expired - Lifetime EP0515608B1 (de)

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DE4040176 1990-12-15
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DE4124793 1991-07-26
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