EP0515639B1

EP0515639B1 - Hydrauliksystem

Info

Publication number: EP0515639B1
Application number: EP92901394A
Authority: EP
Inventors: Otwin Eich; Franz-Peter Salz
Original assignee: Barmag AG; Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1990-12-15
Filing date: 1991-12-14
Publication date: 1995-03-08
Anticipated expiration: 2011-12-14
Also published as: DE59104897D1; EP0515639A1; JPH05504820A; DK0515639T3; WO1992010685A1; US5394696A

Abstract

In einem Hydrauliksystem werden mehrere Verbraucher (4) von einer gemeinsamen Pumpe gespeist. Dabei werden die Verbraucher (4) durch Steuerventile (6) gesteuert. Wenn die abgerufenen Ölströme die maximal förderbare Fördermenge überschreiten, tritt eine Regelung in Funktion, mit der die Sollwertsignale, mit welchen die Ventile (6) angesteuert werden, an den aktuell gemessenen Pumpenförderstrom, vorzugsweise an die Gewichtung des aktuell gemessenen Pumpenförderstroms mit dem maximal vorgegebenen Pumpenförderstrom, angepaßt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs, bekannt aus der US-A-4,712,376. Bei diesem Hydrauliksystem soll die Messung der aktuellen Fördermenge durch Erfassen der Pumpendrehzahl erfolgen. Daraus sollen dann die Stellungen der Steuerventile mittels eines Rechners unter Zuhilfenahme vorher ermittelter Nennwerte aus einem elektronischen Speicher korrigiert werden. Ein weiteres 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 Ventilen, welche den einzelnen Verbrauchern zugeordnet sind, 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.
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 Stellsignalen 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 im Gegensatz zu den bisherigen Hydrauliksystemen der Betriebszustand der Pumpe unmittelbar erfaßt wird. Daher können Schwankungen des Betriebszustandes wirksam ausgeregelt werden.
Steigt die Summe der Verbraucherströme, die durch entsprechende Einstellung der den Verbrauchern zugeordneten Ventile gefordert wird, über die von der Pumpe maximal lieferbare Fördermenge an, so werden die Ansteuersignale der Ventile reduziert. Durch Messung des Pumpenstromes kann stets aktuell ermittelt werden, ob die Versorgung der einzelnen Verbraucher gewährleistet ist. Eine Unterversorgung wird dadurch vermieden. 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 Verbraucherströme, die in ihrer Summe die aktuelle Fördermenge ergeben. In diesem Falle wird die aktuelle Fördermenge durch Reduzierung der jeweils zugeführten Verbraucherströme vermindert.
Zur Messung der aktuellen Fördermenge der Pumpe stehen übliche Meßgeräte bereit. Insbesondere kann die aktuelle Fördermenge dadurch gemessen werden, daß in die Pumpenleitung (Gesamtförderleitung), also vor der Abzweigung der Verbraucherleitungen, welche zu den den einzelnen Verbrauchern zugeordneten Ventilen führen, eine Drossel oder Blende angeordnet und der Druckabfall an dieser Blende gemessen wird. Die aktuelle Fördermenge, bezogen auf die vorgegebene mögliche Fördermenge - bei vorgegebener Drehzahl - kann aber auch durch die Ausgestaltungen nach Anspruch 2 und 3 bestimmt werden.
Die Anpassung der Verbraucherströme an den förderbaren 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 jedoch ein Verstellsignal zur Verminderung der Aussteuerung des Ventilkolbens überlagert, wenn in dem Hydrauliksystem durch Messung der aktuellen Fördermenge festgestellt wird, daß der förderbare Pumpenstrom überschritten wird.
Der vorgebbare förderbare Pumpenstrom entspricht nicht notwendigerweise dem maximalen 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.
Die Anpassung der Verbraucherströme an den vorgegebenen förderbaren Pumpenstrom bei Überschreitung des Grenzwertes 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 Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 macht sich die Erkenntnis zunutze, daß die Fördermenge auch durch die Auslenkung des Waagekolbens einer 3-Wege-Druckwaage bestimmt wird, der durch die Druckdifferenz zwischen dem Pumpendruck und dem höchsten Lastdruck ausgelenkt wird. Nach dieser Lösung erfolgt die Messung der aktuellen Fördermenge durch Messung der Auslenkung des Kolbens einer 3-Wege-Druckwaage, die in einem überlagerten Regelkreis der Konstanthaltung der Druckdifferenz zwischen dem Pumpendruck und dem höchsten Verbraucherdruck dient.
Der Anspruch 3 betrifft eine hydraulische Schaltung mit einer Regelpumpe. Bei einer solchen Regelpumpe wird das momentane Fördervolumen durch Relativverstellung zwischen Stator (ortsfester Teil der Pumpe) und Rotor (drehender Teil der Pumpe) (vgl. z. B. DE 26 51 325 C2) verstellt, und zwar - im bevorzugten Falle - in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem höchsten Verbraucherdruck und dem Pumpendruck. Hier wird zusätzlich die Regelstellung der Regelpumpe zur Messung des aktuellen Förderstroms benutzt.
Bei der Lösung nach Anspruch 2 wird eine Konstantpumpe als Förderpumpe eingesetzt, die einen zeitlich konstanten Förderstrom liefert. In diesem Falle wird die Fördermenge unmittelbar gemessen. Das könnte z. B. direkt mittels einer eingebauten Drossel geschehen, an der eine Druckdifferenz ermittelt wird. Dies kann aber auch durch eine in die Förderleitung eingebaute 3-Wege-Druckdifferenzwaage geschehen, deren Waagekolben die Druckdifferenz zwischen dem Pumpendruck und dem höchsten Lastdruck aufgegeben wird, wobei der zur Aufrechterhaltung dieser Druckdifferenz nicht erforderliche Teil des Förderstromes in Abhängigkeit von der Stellung des Waagekolbens über einen Bypass zum Tank abgeleitet wird. Hierbei kann entweder die Stellung des Kolbens der Druckwaage oder der Ölfluß im Bypass zum Tank als Maß für den für die Gesamtheit der Verbraucher bereitgestellten Förderstrom benutzt werden. Dieses den Förderstrom repräsentierende Signal wird wiederum in einem Vergleichsglied mit einem maximalen Förderstrom verglichen und das Differenzsignal wird zur Verstellung oder Begrenzung des den einzelnen Verbrauchern zugeführten Förderstroms benutzt. Dabei kann dieses Signal - wie bereits zuvor beschrieben - entweder mit der Förderleistung bzw. dem Drehmoment und/oder dem Förderdruck der Pumpe überlagert werden.
Die besondere Bedeutung der Erfindung nach Anspruch 1 in der Ausgestaltung nach den Ansprüchen 2 und 3 besteht darin, daß eine Regelung des Pumpenstromes durch Anpassung der Verbraucherströme an einen vorgegebenen Grenzwert (förderbaren Pumpenstrom) erfolgt, daß diese Regelung aber nur dann in Funktion tritt, wenn der vorgegebene Grenzwert erreicht wird. Im Gegensatz zu der üblichen Funktion der sog. Regelpumpe bzw. Druckdifferenzwaage, die in Wirklichkeit eine Steuerfunktion innerhalb eines ersten Regelkreises ist, ist hier die Regelpumpe bzw. Druckdifferenzwaage in einen zweiten Regelkreis als Meßglied eingeschlossen. Es werden also mehrere Regelkreise überlagert. Ein innerer Regelkreis benutzt die Druckdifferenz delta p zwischen dem Pumpendruck und dem höchsten Lastdruck als Regelgröße und die Regelstellung der Regelpumpe bzw. des Druckwaagekolbens als Stellgröße. Dabei wird die Druckdifferenz delta p an einem Kolben gemessen und durch Dimensionierung der Feder der Druckdifferenzwaage vorgegeben. Durch die Stellung des Kolbens wird die Regelstellung der Regelpumpe bzw. der Druckdifferenzwaage, d. h. die Stellgröße vorgegeben.
Der überlagerte äußere Regelkreis benutzt die aktuell gemessene Fördermenge, d. h. im Sinne des Anspruchs 2 die Stellung des Kolbens der Druckdifferenzwaage oder im Sinne des Anspruchs 3 die Regelstellung der Regelpumpe, um im Notfall, d. h. bei Überschreiten des den förderbaren Pumpenstrom repräsentierenden Grenzwerts, durch Anpassung der Verbraucherströme als Stellgröße die durch den Grenzwert vorgegebene Regelgröße, nämlich die aktuelle Fördermenge konstant zu halten.
Zusätzlich kann die Anpassung der Verbraucherströme der einzelnen Verbraucher an den vorgegebenen, maximal förderbaren Pumpenstrom auch durch Überlagerung des aus der Messung der aktuellen Fördermenge (Auslenkung des Waagekolbens gemäß Anspruch 2, Regelstellung der Regelpumpe gemäß Anspruch 3) gewonnenen Meßsignals mit der Pumpenleistung entsprechend dem Pumpenmoment (Fördervolumen x 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 den einzelnen Verbrauchern zugeordneten Ventile in Abhängigkeit von der Regelstellung oder überlagert dem Drehmoment und/oder überlagert dem Förderdruck der Regelpumpe beeinflußt wird. Alternativ kann jedoch auch vor jedem Ventil eine Druckwaage angeordnet sein, deren durch eine Feder vorgegebene Druckdifferenz zwischen Förderdruck und Verbraucherdruck, der hinter dem jeweiligen Ventil abgenommen wird, durch Verstellung der Federkraft in Abhängigkeit von der Regelstellung oder überlagert dem Drehmoment und/oder überlagert dem Förderdruck der Regelpumpe angepaßt wird.
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 Unterversorgung 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. 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 zur Darstellung des Hydrauliksystems, bei dem zur Messung der Fördermenge eine Druckdifferenzwaage benutzt wird;
Fig. 3: einen Schaltplan mit Einzelheiten nach den Figuren 1 bzw. 2;
Fig. 4: einen Schaltplan für die Sollwert-Aufbereitung.

Zu Fig. 1:
Eine Regelpumpe 1 wird hydraulisch verstellt. Zur hydraulischen Verstellung dient ein Regelventil (federbelastete Druckwaage) 2, die den Pumpenstrom erfaßt. Zur Erfassung des Pumpenstroms wird der Druckwaage 2 einerseits Pumpendruck und andererseits der höchste Verbraucherdruck gemeinsam mit einer Federbelastung durch Feder 15 über eine Kaskade von Wechselventilen 3 aufgegeben. Durch die Pumpe 1 werden mehrere Verbraucher 4′, 4˝, 4‴ beschickt. Jedem Verbraucher 4 ist zunächst ein Druckregelventil (Druckwaage, Druckdifferenzwaage) 5′; 5˝; 5‴ vorgeschaltet. Jedem der Druckregelventile 5 wird einerseits der Druck vor dem zugeordneten Steuerventil 6′; 6˝; 6‴ (Wegeventil) und andererseits der Verbraucherdruck des jeweiligen Verbrauchers 4 aufgegeben. Dadurch wird an dem einzelnen Steuerventil 6 eine konstante Druckdifferenz eingestellt, so daß in weiten Bereichen eine lastunabhängige, der Ansteuerung proportionale Einstellung des dem jeweiligen Verbraucher 4′; 4˝; 4‴ zugeführten Volumenstroms (Verbraucherstrom) möglich ist.
Der Verbraucherstrom ist also in weiten Bereichen nur von den Signalen a bzw. b abhängig, mit denen die einzelnen Steuerventile angesteuert werden. Solange diese Signale konstant bleiben, bleibt auch der Verbraucherstrom konstant eingeregelt. Dies gilt allerdings nur unter der Voraussetzung, daß die Regelpumpe einen für sämtliche Verbraucher ausreichenden Pumpenstrom bereitstellen kann.
Die Regelpumpe 1, deren grundsätzlicher Aufbau bereits zuvor beschrieben wurde, wird durch ein Stellglied 7 verstellt. Bei dem Verstellglied 7 handelt es sich um einen Zylinder, in dem ein Kolben mit Kolbenstange 17 beweglich ist. Der Kolben verstellt die Position des Rotors innerhalb der Regelpumpe, was hier nur angedeutet wird. Der Kolben 16 wird auf einer Seite belastet durch eine Feder 18 und von durch den von der Druckwaage 2 abgegebenen Steuerdruck in Leitung 19. Dieser Steuerdruck ist - wie bereits zuvor geschildert - abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Pumpendruck in der Pumpenleitung 20 und dem höchsten Verbraucherdruck, der durch die Kaskade von Wechselventilen 3 ermittelt wird. Der Kolben 16 wird auf seiner von der Feder 18 abgewandten Seite mit dem Pumpendruck in Pumpenleitung 20 beaufschlagt. Die Feder 18 und der Steuerdruck 19 wirken im Sinne einer Vergrößerung des Fördervolumens der Regelpumpe.
Die Regelpumpe 1 ist also in einen Regelkreis eingeschlossen und hat die Funktion, die Stellgröße zu liefern zur Konstanthaltung der Regelgröße: Druckdifferenz zwischen dem höchsten Verbraucherdruck und dem Pumpendruck.
Der Verstellweg, mit dem die Regelpumpe 1 mittels des Stellgliedes 7 verstellt wird, wird gemessen. Dieser Verstellweg alpha wird gemessen und dem Steuergerät 21 aufgegeben, das später beschrieben wird. Ferner wird dem Steuergerät ein Signal aufgegeben, das den gemessenen Pumpendruck repräsentiert und im folgenden mit P bezeichnet wird. Es ist selbstverständlich, daß sowohl der Verstellwert alpha als auch der Druck P über geeignete Wandler in eine für das Steuergerät geeignete Form, z. B. eine Spannung umgewandelt werden müssen.
Es sei erwähnt, daß das Steuergerät 21 zum einen mit den Sollwert-Eingabegeräten 13′, 13˝, 13‴ und zum anderen mit den Sollwert-Ausgabegeräten, insbesondere Verstärkern 14′, 14˝, 14‴ versehen ist. Jedes Ausgabegerät ist mit seinen Ausgabeleitungen A und B mit dem Verbraucher verbunden, der die gleiche Numerierung aufweist. Um die Übersichtlichkeit des Schaltplanes nicht zu stören, sind diese Verbindungsleitungen nicht gezeichnet.
Wie bereits erwähnt, besitzt das Steuergerät 21 ferner die Einlässe für den Verstellweg alpha und den Druck P. Das Steuergerät dient zur Anpassung der eingegebenen Sollwerte an den gemessenen Pumpenstrom.
Dasselbe Steuergerät wird auch für das Hydrauliksystem nach Fig. 2 verwandt. Daher erfolgt zunächst eine Beschreibung der Fig. 2.
Zu Fig. 2:
Drei Verbraucher 4′, 4˝, 4‴ werden durch eine konstante Hydraulikpumpe 1 gespeist. Dabei erfolgt eine Volumenstromregelung mittels einer Druckdifferenzwaage 22. Der Kolben 23 der Druckdifferenzwaage wird auf einer Seite durch eine Feder 24 sowie den höchsten Lastdruck belastet. Der höchste Lastdruck wird über eine Kaskade von Wechselventilen 3 ermittelt. Auf der anderen Seite wird der Kolben 23 durch den Pumpendruck belastet. Die Druckdifferenzwaage ist über einen Bypass-Kanal mit dem Tank verbunden. Durch Verstellung des Kolbens 23 wird eine konstante Druckdifferenz eingeregelt. Diese Regelung bleibt solange wirksam, bis die Summe der den Verbrauchern zugeführten Verbraucherströme den maximal förderbaren Pumpenstrom übersteigt.
Jedem Verbraucher 4 ist zunächst ein Druckregelventil (Druckwaage, Druckdifferenzwaage) 5′; 5˝; 5‴ vorgeschaltet. Jedem Druckregelventil 5 wird einerseits der Druck vor dem zugeordneten Steuerventil 6′, 6˝, 6‴ (Wegeventil) und andererseits der Verbraucherdruck des jeweiligen Verbrauchers 4 aufgegeben. Dadurch wird an dem einzelnen Steuerventil 6 eine konstante Druckdifferenz eingestellt, so daß in weiten Bereichen eine lastunabhängige, der Ansteuerung proportionale Einstellung des dem jeweiligen Verbraucher 4′; 4˝; 4‴ zugeführten Volumenstroms (Verbraucherstrom) möglich ist.
Der Waagekolben der Druckdifferenzwaage besitzt eine Kolbenstange 25. Der Verstellweg des Kolbens 23 wird gemessen. Das Ausgangssignal wird mit alpha bezeichnet. Der Pumpendruck und der Verstellweg des Kolbens alpha wird dem Steuergerät 21 aufgegeben, was bereits zuvor beschrieben worden ist. Auf diese Beschreibung wird Bezug genommen.
Anhand von Fig. 3 und unter Bezugnahme auf die insoweit gleichen Figuren 1 und 2 wird im folgenden die Verarbeitung der eingegebenen Sollwerte in Steuergerät 21 zu Stellgrößen für die Wegeventile 6 beschrieben.
In dem Steuergerät 21 wird der Verstellweg alpha einem Baustein 11 eingegeben. Gleichzeitig wird dem Baustein 11 ein Grenzwert alpha max vorgegeben. Dieser Grenzwert alpha max kann konstant vorgegeben werden, wenn nur die Eingabe des Verstellweges am Steuergerät 21 angeschlossen ist. Wenn auch der Pumpendruck P angeschlossen ist, folgt eine weitere Verarbeitung, auf die später noch eingegangen wird.
In dem Baustein 11 erfolgt eine Gewichtung des gemessenen Verstellweges und des Grenzwertes alpha max. Das Ausgangssignal des Bausteines 11 wird einem weiteren Baustein 10 aufgegeben. Dieser Funktionsbaustein 10 ergibt ein positives konstantes Ausgangssignal gleich 1, solange der Grenzwert des Verstellweges alpha max größer ist als der gemessene Verstellweg alpha. Wenn der Verstellweg alpha den Grenzwert überschreitet, wird das Ausgangssignal des Funktionsbausteines 10 kleiner als 1. Von 1 ausgehend verkleinert sich das Ausgangssignal a des Funktionsbausteins 10 bzw. 30, solange der Verstellweg alpha den Grenzwert überschreitet und bis zwischen beiden Gleichgewicht eintritt. Das Ausgangssignal des Funktionsbausteines 10, im folgenden Gewichtungsbaustein, kann durch Anschluß der Druckmeßleitung P an das Steuergerät 21 weiter beeinflußt werden. Hierzu wird der Meßwert des Verstellweges gemeinsam mit dem Pumpenddruck einem Multipliziergerät 8 aufgegeben. Das Ausgangssignal des Multipliziergeräts 8 repräsentiert das hydraulische Drehmoment der Pumpe 1. Dieses Ausgangssignal wird im Baustein 9 zu dem maximal möglichen Ausgangssignal in Beziehung gesetzt. Das Ausgangssignal des Bausteins 9 wird einem weiteren Baustein 10 aufgegeben, durch den eine Gewichtung erfolgt. Die Gewichtung kann mit dem Pumpendruck und/oder mit dem aktuellen Verstellweg der Regelpumpe erfolgen. Über den Baustein 11 wird dazu auch der aktuelle Verstellweg wieder zu dem maximalen Verstellweg in Beziehung gesetzt.
Dabei wird - wie Fig. 3 zeigt - das Ausgangssignal des Multipliziergerätes 8 über ein Vergleichsbaustein 26 dem Funktionsbaustein 9 aufgegeben. In dem Vergleichsbaustein wird das durch Multiplikation ermittelte aktuelle Drehmoment Pumpe in Beziehung gesetzt zu dem Grenzwert Mmax der Pumpe, der konstant vorgegeben wird. Der Funktionsbaustein 9 verarbeitet nun das Ausgangssignal des Vergleichsbausteins 26 so, daß er ein Ausgangssignal gleich 1 abgibt, wenn das aktuelle Drehmoment kleiner als der Grenzwert des Drehmomentes ist, und daß er ein sich zeitlich verkleinerndes Ausgangssignal abgibt, solange das aktuell ermittelte Drehmoment größer als der Grenzwert ist. Das Ausgangssignal verkleinert sich nach einer zeitabhängigen Funktion von 1 ausgehend, bis durch Herabsetzung des Drehmomentes Gleichgewicht eintritt. Das Ausgangssignal des Funktionsbausteines 9 wird nun zur Aufarbeitung des maximalen Stellweges alpha max benutzt, wie dies bereits zuvor angedeutet worden ist. Dazu dient ein Multiplikationsbaustein 27. Diesem Multiplikationsbaustein wird einerseits der Grenzwert des Verstellweges alpha max von außen fest vorgegeben, zum anderen das Ausgangssignal des Funktionsbausteines 9, das in Beziehung steht zum aktuellen Drehmoment. Das Ausgangssignal des Multiplikationsbausteines 27 wird wiederum dem Komparator 11 vorgegeben. Hierdurch wird erreicht, daß bei Überschreitung des vorgegebenen Drehmomentes die Fördermenge der Pumpe verkleinert wird.
Um auch den Pumpendruck zu berücksichtigen, wird in einem Komparator 28 (Vergleichsbaustein) ein fest eingegebener Grenzwert des Pumpendrucks zu dem aktuell gemessenen Pumpendruck in Beziehung gesetzt. Der Baustein 10 enthält nun auch einen Funktionsbaustein 29, der durch das Ausgangssignal des Komparators 28 und zusätzlich durch einen Grenzwert angesteuert wird, der den maximalen Sollwert repräsentiert. Diese eingegebenen Größen werden nun in dem Funktionsbaustein 29 derart verarbeitet, daß der Funktionsbaustein 29 ein Ausgangssignal B gibt, das gleich Null ist, solange der gemessene Pumpendruck kleiner als der Grenzwert Pmax des Druckes ist, und das gleich dem Grenzwert Smax der Sollwerte ist, wenn der gemessene Pumpendruck den Grenzwert Pmax des Pumpendrucks übersteigt.
Der Gewichtungsbaustein 10 mit seinen beiden Ausgangssignalen A des Funktionsbausteines 30 und B des Funktionsbausteines steuert sodann Vergleichsglieder 12′, 12˝, 12‴ an, die jeweils einem der Ventile 6′, 6˝, 6‴ für die einzelnen Verbraucher 4′, 4˝, 4‴ zugeordnet sind. Jedem dieser Vergleichsglieder 12 kann über die Sollwertgeber 13′, 13˝, 13‴ ein unterschiedlicher Sollwert aufgegeben werden. Die Ausgangssignale der Vergleichsglieder 12 werden sodann über Verstärker 14′, 14˝, 14‴ den jeweiligen Stellsignalen für die Magnete a1, b1, a2, b2, a3, b3 der jeweiligen Ventile 6′, 6˝, 6‴ oder den Eingangssignalen der Stellgeber, durch die die einzelnen Wegeventile 6 angesteuert werden, überlagert. Dadurch kann nach einer voreingestellten Funktion und einem voreingestellten Sollwert der dem einzelnen Verbraucher 4′, 4˝, 4‴ 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 bzw. des Schwenkwinkels der Regelpumpe 1 kann im Gewichtungsbaustein 10 gleichzeitig sichergestellt werden, daß auch eine Anpassung der aktuellen Fördermenge an die maximal mögliche Fördermenge gleichzeitig mit der Anpassung an das aktuelle Drehmoment der Pumpe 1 erfolgt. Ebenso können in die Gewichtung der aktuelle Pumpendruck P oder sonstige Betriebsparameter des Hydrauliksystems mit eingehen.
Hierzu sind die Vergleichsglieder 12 - wie Fig. 13 zeigt - aufgegliedert in einen Multiplikationsbaustein 31′, 31˝, 31‴ sowie in einen Begrenzungsbaustein 32′, 32˝, 32‴. Dem Multiplikationsbaustein wird das Ausgangssignal A des Funktionsbausteines 30 sowie der eingestellte Sollwert S1, S2, S3 jeweils vorgegeben. Dadurch wird der eingestellte Sollwert S in Beziehung gesetzt zu dem aktuellen Verstellweg der Druckwaage bzw. der Verstellpumpe, wenn die Summe der Verbraucherströme den Grenzwert des Pumpenstromes übersteigt. Die Sollwerte werden entsprechend vermindert. Das Ausgangssignal der Multiplikationsbausteine 31 wird dem Begrenzungsbaustein 32 vorgegeben gemeinsam mit dem Ausgangssignal B des Funktionsbausteines 29, der die Beziehung zu dem gemessenen Pumpendruck herstellt. Bei Überschreitung des vorgegebenen Grenzwertes des Pumpendruckes wird das Ausgangssignal des Begrenzungsbausteines 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. Hierdurch können einzelnen Verbrauchern Prioritäten eingeräumt werden. Andere Verbraucher können stillgesetzt oder nachrangig behandelt werden, wenn die eingestellten Sollwertvorgaben zu einer Überschreitung des Grenzwertes des Pumpenstromes führen würden.
In Fig. 4 ist nun zusätzlich noch eine Sollwertaufbereitung gezeigt, die wahlweise eingesetzt werden kann. Hierzu kann dem Steuergerät 21 ein Sollwertgeber 33 vorgeordnet werden. Der Sollwertgeber weist einen ersten Baustein 34 für jeden eingegebenen Sollwert auf, der im folgenden als Rampe 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 Unterversorgung der Verbraucher 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 Pumpenstromes. Hierdurch erfolgt in den Multiplikationsbausteinen 35 eine Gewichtung der eingegebenen Sollwerte. Die Ausgangssignale der Multiplikationsbausteine 35 werden einem Summierglied 36 aufgegeben mit dem Ausgangssignal P2, das die Summe der Ausgangssignale der Multiplikationsbausteine repräsentiert.
Das Signal E2 wird einem Funktionsbaustein 37 aufgegeben gemeinsam mit einem Signal E1. Das Signal E1 repräsentiert den maximal vorgegebenen Pumpenstrom in einer Form, die dem Signal E2 vergleichbar ist. Im Funktionsbaustein 37 werden die beiden Eingangssignale E1 und E2 in Verbindung gesetzt. Das Ausgangssignal A ist gleich 1, solange der vorgegebene Grenzwert des Pumpenförderstroms größer als die eingestellte und gewichtete Summe der Sollwerte ist. Das Ausgangssignal ist gleich dem Quotienten aus Grenzwert und gewichteter Summe, wenn die gewichtete Summe größer ist als der Grenzwert.
Das Ausgangssignal 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 Steuergerät 21 vorgegebenen jeweiligen Sollwert dar. Durch diese Sollwertaufbereitung wird bereits bei der Sollwertaufgabe Vorsorge getragen, daß die eingestellten Sollwerte nicht zu einem Verbrauch führen, der den vorgegebenen Grenzwert des Pumpenstroms bei weitem übersteigt. Es handelt sich dabei jedoch nur um eine grobe Vorsorge. Die erfindungsgemäße Überlagerung der Anpassung der Verbraucherströme an den gemessenen Pumpenstrom gewährleistet, daß jeder Verbraucher in dem ihm zugewiesenen Rahmen funktionsfähig bleibt.
Die besondere Bedeutung der Erfindung liegt dabei darin, daß einerseits das Pumpendrehmoment ausgeregelt wird, daß dieser Momentenregelung aber eine Leistungsregelung überlagert werden kann, indem gleichzeitig auch noch die Drehzahl der Pumpe oder ihre Fördermenge erfaßt wird.
In einem Hydrauliksystem werden mehrere Verbraucher 4 von einer gemeinsamen Pumpe gespeist. Dabei werden die Verbraucher 4 durch Steuerventile 6 gesteuert. Wenn die abgerufenen Ölströme die maximal förderbare Fördermenge überschreiten, tritt eine Regelung in Funktion, mit der die Sollwertsignale, mit welchen die Ventile 6 angesteuert werden, an den aktuell gemessenen Pumpenförderstrom, vorzugsweise an die Gewichtung des aktuell gemessenen Pumpenförderstroms mit dem maximal vorgegebenen Pumpenförderstrom, angepaßt werden.

BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG

1: Regelpumpe, Pumpe
2: Druckwaage, Regelventil
3: Wechselventil
4: Verbraucher
5: Druckregelventil, Druckwaage, Druckdifferenzwaage
6: Steuerventil, Wegeventil
7: Stellglied
8: Multipliziergerät
9: Komparator (M/M_max)
10: Baustein für Gewichtung
11: Komparator (α/α_grenz)
12: Komparator (Ist-/Sollwert)
13: Sollwertgeber
14: Verstärker
a: Signal für Stellmagnet
b: Signal für Stellmagnet
P: Pummpendruck
U: elektrische Spannung
15: Feder
16: Kolben
17: Kolbenstange
18: Feder
19: Steuerdruck
20: Pumpenleitung
21: Steuergerät
22: Druckdifferenzwaage, Druckwaage
23: Kolben
24: Feder
25: Kolbenstange
26: Vergleichsbaustein
27: Multiplikationsbaustein
28: Komparator
29: Funktionsbaustein
30: Funktionsbaustein
31′: )
31˝: ) Multiplikationsbaustein
31‴: )
32′: )
32˝: ) Begrenzungsbaustein
32‴: )
33: Sollwertgeber

Claims

Hydrauliksystem,
bei dem mehrere Verbraucher (4) durch eine gemeinsame Pumpe (1) über je ein Steuerventil (6) gespeist werden,
wobei die den einzelnen Verbrauchern (4) zugeführten Verbraucherströme durch die zugeordneten Steuerventile (6) derart steuerbar sind, daß die der Gesamtheit der Verbraucher (4) zugeführte aktuelle Fördermenge der Pumpe (1) an den vorgegebenen förderbaren Pumpenstrom anpaßbar ist, indem die aktuelle Fördermenge der Pumpe (1) der Pumpenstrom) gemessen und bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes (GP) zur Anpassung der Verbraucherströme benutzt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die aktuelle Fördermenge mittels Druckwaage (2, 22) ermittelt wird, die an die Pumpenleitung (20) angeschlossen ist, und die einerseits durch den Pumpendruck und auf der Federseite durch den höchsten Lastdruck beaufschlagt wird,
Hydrauliksystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine 3-Wege-Druckwaage (22) zur Regelung der Druckdifferenz zwischen dem Pumpendruck und dem höchsten Lastdruck vorgesehen ist
und daß zur Messung der aktuellen Fördermenge entweder der Durchfluß im Bypass der Druckwaage (22) oder die Kolbenbewegung der Druckwaage (22) gemessen wird.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Pumpe (1) eine Regelpumpe ist,
und daß zusätzlich die Regelstellung der Regelpumpe gemessen wird.
Hydrauliksystem nach Anspruch 3,
dadurch ekennzeichnet, daß
die Regelstellung der Regelpumpe (1) in Abhängigkeit von der Druckdifferenz aus dem Pumpendruck und dem höchsten gemessenen Lastdruck steuerbar ist.
Hydrauliksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Produkt aus der aktuellen Fördermenge und dem Pumpendruck zur Anpassung der Verbraucherströme zusätzlich benutzt wird.
Hydrauliksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Pumpendruck zusätzlich zur Anpassung der Verbraucherströme benutzt wird.
Hydrauliksystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Sollwertsignal, durch welches jedes der Steuerventile (6) zur Verstellung des Verbraucherstroms ansteuerbar ist, in Abhängigkeit von dem vorgegebenen förderbaren Pumpenstrom sowie der Summe der eingestellten Sollwertsignale reduziert wird.
Hydrauliksystem nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
vor der Summenbildung der Sollwertsignale jedes Sollwertsignal mit einem Grenzwert (GV) multipliziert wird, welches für den jeweiligen Verbraucher vorgegeben ist.