WO2013127648A1 - Elektrohydraulisches system - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektrohydraulisches System, das eine in ihren Hubvolumina über null verstellbare und vier Arbeitsanschlüsse aufweisende Zweikreispumpe, die zur Verstellung ihrer Hubvolumina mit einer Stelleinrichtung ausgestattet ist, die einen Stellzylinder und ein aus einer Mittelstellung in entgegengesetzte Richtungen elektromagnetisch verstellbares Steuerventil umfasst, mit dem die Druckmittelwege zum und vom Stellzylinder steuerbar sind und das proportional zur Größe eines elektrischen Steuersignals betätigbar ist, und ein elektronisches Steuergerät zur Abgabe des Steuersignals an das Steuerventil aufweist. dadurch gekennzeichnet, dass dem elektronischen Steuergerät die elektrischen Ausgangssignale verschiedener Sensoren zugeführt werden und dass das Steuerventil vom Steuergerät gemäß der gewünschten Pumpenregelung angesteuert wird.

Description

Elektrohydraulisches System

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches System, das eine in ihren Hubvolumina über null verstellbare und vier Arbeitsanschlüsse aufweisende Zweikreispumpe, die zur Verstellung ihrer Hubvolumina mit einer Stelleinrichtung ausgestattet ist, die einen Stellzylinder und ein aus einer Mittelstellung in entgegengesetzte Richtungen elektromagnetisch verstellbares Steuerventil umfasst, mit dem die Druckmittelwege zum und vom Stellzylinder steuerbar sind und das proportional zur Größe eines elektrischen Steuersignals betätigbar ist, und ein elektronisches Steuergerät zur Abgäbe des Steuersignals an das Steuerventil aufweist.

Solche elektrohydraulischen Systeme werden vor allem in mobilen Arbeitsgeräten, zum Beispiel innerhalb eines hydrostatischen Fahrantriebs, eingesetzt. Ein elektrohydraulisches System mit den oben angeführten Merkmalen ist zum Beispiel aus der DE 103 58 728 B4 bekannt. Die hier gezeigte Zweikreispumpe ist in Schrägscheibenbauweise ausgeführt und hat eine einzige, verstellbare Schrägscheibe, an der sich die in Kolbenbohrungen einer Zylindertrommel beweglichen

Verdrängerkolben gleich Hübe ausführenden abstützen. Eine Steuerplatte hat insge- samt vier nierenförmigen Steueröffnungen, wobei zwei äußere Steueröffnungen einem ersten hydraulischen Kreislauf und zwei innere Steueröffnungen einem zweiten hydraulischen Kreislauf zugeordnet sind. Im Betrieb wird jede zweite Kolbenbohrungen abwechselnd mit den äußeren oder den inneren Steueröffnungen verbunden. Bei einer aus der DE 37 23 988 A1 bekannten Zweikreispumpe sind die

Verdrängerkolben als Stufenkolben ausgebildet und fördern mit einer zentralen Kreisfläche in einen ersten hydraulischen Kreis und mit ihrer Ringfläche in einen zweiten hydraulischen Kreis.

Bei einer Einkreispumpe ist eine Druckabschneidung, wie sie zum Beispiel aus der DE 10 2004 062 388 B4 bekannt ist verhältnismäßig einfach möglich. Dort geschieht das auf hydraulischem Wege, wobei ein Druckabschneidventil zwischen einer im Steuerölversorgungspfad von einer Speisepumpe zu einem Versorgungseingang des Steuerventil eines Stellzylinders angeordneten Düse und dem Steuerventil an den Steuerölversorgungspfad angeschlossen ist. Das Druckabschneidventil kann einen Durchflussquerschnitt vom Steuerölversorgungspfad zu einem Tank öffnen. Es wird in Schließrichtung von einer Feder und in Öffnungsrichtung vom jeweils höheren Druck in einer der beiden Arbeitsleitungszweige eines geschlossenen hydraulischen Kreislaufs beaufschlagt. Wird in einem der Arbeitsleitungszweige der Grenzdruck erreicht, so öffnet das Druckabschneidventil einen Durchflussquerschnitt zum Tank. Der Versorgungsdruck für das Steuerventil sinkt dann unter den Speisedruck. Dies führt zu einem Zurückschwenken der Pumpe und zu einer Druckbegrenzung in den Arbeitsleitungszweigen.

Bei verstellbaren Zweikreispumpen ist eine Druckabschneidung auf rein hydrauli- schem Wege sehr aufwändig.

Ähnlich ist es im Hinblick auf eine Leistungsregelung. Bei einer Einkreispumpe können aus dem Volumenstrom und dem Druck problemlos Drehmoment und unter Hinzunahme der Drehzahl die Leistung berechnet werden.

Bei einer aus der DE 103 58 728 B4 bekannten Zweikreispumpe sind die Volumenströme in den beiden hydraulischen Kreisen zwar immer gleich groß, da die beiden Hubvolumina durch den Schwenkwinkel der Schrägscheibe bestimmt werden. Die Drücke in den beiden Kreisen können jedoch je nach Lastzustand der einzelnen Kreise unterschiedlich groß sein. Der Erfindung liegt die Zielsetzung zugrunde, ein elektrohydraulisches System, das die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist, so zu gestalten, dass mit geringem Aufwand eine Regelung der Zweikreispumpe möglich ist. Dieses Ziel wird durch ein elektrohydraulisches System erreicht, das die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist und bei dem dem elektronischen Steuergerät die elektrischen Ausgangssignale verschiedener Sensoren zugeführt werden und das Steuerventil vom Steuergerät gemäß der gewünschten Pumpenregelung angesteuert wird. Gemäß der Erfindung werden also verschiedene Be- triebsparameter der Zweikreispumpe durch elektrische Sensoren erfasst und im Steuergerät verarbeitet. Dieses erzeugt dann entsprechende Steuersignale für das Steuerventil.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Sys- tems kann man den Unteransprüchen entnehmen.

So können dem elektronischen Steuergerät die den hydraulischen Drücken in den Arbeitsanschlüssen entsprechenden elektrischen Ausgangssignale von mehreren Drucksensoren zugeführt werden. Das Steuerventil kann dann vom Steuergerät der- art angesteuert werden, dass der jeweilige Druck in den Arbeitsanschlüssen einen für den jeweiligen Arbeitsanschluss vorgegebenen maximalen Wert nicht übersteigt. Bisher werden Zweikreispumpen nur über Druckbegrenzungsventile vor zu hohem Druck geschützt. Durch eine Druckabschneidung nach oben beschriebener Art kann die Ansprechzahl von Druckbegrenzungsventilen verringert und damit die Verlustleis- tung minimiert werden. Natürlich muss das Steuergerät mit ausreichender Rechnerleistung bestückt sein, um die Druckregelung/Druckbegrenzung gewährleisten zu können.

Es können auch von dem elektronischen Steuergerät aus den erfassten Drücken und aus dem Verstellwinkel und der Drehzahl der Zweikreispumpe die Einzelleistungen der beiden hydraulischen Kreise und die Gesamtleistung beider hydraulischer Kreise ermittelt werden. Bei Überschreitung der zur Verfügung stehenden oder einer vorgegebenen Leistung wird die Größe des Steuersignals an das Steuerventil verringert.

Es kann der Druck in jedem hydraulischen Kreis gemessen werden. Daraus kann die Leistung jedes hydraulischen Kreises errechnet werden. Aus den Einzelleistungen ergibt sich anschließend die Gesamtleistung. Dabei wird vorteilhafterweise über den Schwenkwinkel ein Hubvolumen erfasst. Aus dem Druck und dem Hubvolumen errechnet sich das jeweilige Einzeldrehmoment und das Gesamtdrehmoment. Zusammen mit der Drehzahl ergeben sich die Einzelleistungen und die Gesamtleistung. Mit den genannten Information lässt sich durch Veränderung des Pumpenschwenkwinkels die Hydraulikleistung begrenzen. Diese kann an die Kennlinie der Brennkraftmaschine, mit der mobile Arbeitsgeräte üblicherweise ausgestattet sind, angepasst werden. Die Bedeutung dieser Funktion der Leistungsregelung dürfte die bereits beschriebene Möglichkeit der Druckabschneidung noch übersteigen.

Die ermittelten Messwerte werden mit dem vom Fahrer vorgegebenen Sollwert (indirekt via Fahrpedalstellung etc. vorgegeben) verglichen. Unter Beachtung weiterer Randbedingungen, beispielsweise durch Vergleich mit Ist-Daten der Brennkraftmaschine, wird der zulässige Grenzwert ermittelt. Die Zweikreispumpe nimmt den vom Fahrer gewünschten Sollwert nur dann ein, wenn die vorliegenden Rahmen- und Systembedingungen dies zulassen. Anderenfalls wird der Pumpensollwert auf ei zulässiges Höchstmaß reduziert.

Man könnte den jeweils höheren Druck in den beiden Arbeitsleitungszweigen eines hydraulischen Kreislaufs mit Hilfe eines Wechselventils und eines an den Ausgang des Wechselventils angeschlossenen Drucksensors ermitteln, so dass nur zwei Drucksensoren notwendig wären. Vorteilhafterweise wird jedoch der Druck in einem ersten Arbeitsanschluss von einem ersten Drucksensor, der Druck in einem zweiten Arbeitsanschluss von einem zweiten Drucksensor, der Druck in einem dritten Ar- beitsanschluss von einem dritten Drucksensor und der Druck in einem vierten Arbeitsanschluss der Zweikreispumpe von einem vierten Drucksensor erfasst. Jeder Drucksensor gibt ein dem erfassten Druck entsprechendes elektrisches Ausgangssignal an das Steuergerät ab.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das elektronische Steuergerät als sogenannte On-Board-Elektronik (OBE) ausgebildet, direkt an der Zweikreispumpe angeordnet ist. Eine solche OBE ist im Zusammenhang mit einer Einkreispumpe zum Beispiel aus der DE 10 2005 037 620 A1 bekannt.

Elektrohydraulische Systeme gemäß der Erfindung weisen oft auch eine Speise- pumpe oder eine Ladepumpe auf. Von Speisepumpe spricht man in erster Linie im Zusammenhang mit einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf, in dem mit Hilfe der Speisepumpe ein Druck von zum Beispiel 30 bar erzeugt wird, der auf der Niederdruckseite des Kreislaufs und als Versorgungsdruck am Druckeingang des Steuerventils ansteht, von Ladepumpe spricht man eher im Zusammenhang mit einem offenen hydraulischen Kreislauf, in dem die Ladepumpe die Saugseite der Hauptpumpe auf zum Beispiel 3 bis 5 bar vorspannt. Es kann nun die Speisepumpe oder die Ladepumpe durch die OBE kontrolliert werden. Ein Ausschwenken der Zweikreispumpe wird nur zugelassen, wenn der notwendige Speisedruck beziehungsweise der notwendige Ladedruck anliegt. Die Zweikreispumpe geht also nur dann auf Sollwert, wenn der Speisedruck sauber ansteht.

Einsatzgebiete für die Erfindung sind Gabelstapler, Kommunalfahrzeuge, Mobilbagger, Kettenfahrzeug, Dumper und ähnliche.

Claims

Patentansprüche

1 . Elektrohydraulisches System mit einer in ihren Hubvolumina über null verstellbaren und vier Arbeitsanschlüsse aufweisenden Zweikreispumpe, die zur Verstellung ihrer Hubvolumina mit einer Stelleinrichtung ausgestattet ist, die einen Stellzylinder und ein aus einer Mittelstellung in entgegengesetzte Richtungen elektromagnetisch verstellbares Steuerventil umfasst, mit dem die Druckmittelwege zum und vom Stellzylinder steuerbar sind, das proportional zur Größe eines elektrischen Steuersignals betätigbar ist, und mit einem elektronischen Steuergerät zur Abgabe des Steuersig- nals an das Steuerventil,

dadurch gekennzeichnet, dass dem elektronischen Steuergerät die elektrischen Ausgangssignale verschiedener Sensoren zugeführt werden und dass das Steuerventil vom Steuergerät gemäß der gewünschten Pumpenregelung angesteuert wird.

2. Elektrohydraulisches System nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem elektronischen Steuergerät die den hydraulischen Drücken in den Arbeitsanschlüssen entsprechenden elektrischen Ausgangssignale von mehreren Drucksensoren zugeführt werden und dass das Steuerventil vom Steuergerät derart angesteuert wird, dass der Druck in den Arbeitsanschlüssen einen für den jeweiligen Arbeitsanschluss vorgegebenen maximalen Wert nicht übersteigt.

3. Elektrohydraulisches System nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von dem elektronischen Steuergerät aus den erfassten Drücken und aus dem Verstellwinkel und der Drehzahl der Zweikreispumpe die Einzelleistungen der beiden Kreise und die Gesamtleistung beider Kreise ermittelt und bei Überschreitung der zur Verfügung stehenden oder einer vorgegebenen Leistung die Größe des Steuersignals an das Steuerventil verringert wird.

4. Elektrohydraulisches System nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeich- net, dass der Verstellwinkel der Zweikreispumpe durch einen Verstellwinkelsensor erfasst wird.

5. Elektrohydraulisches System nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in einem ersten Arbeitsanschluss von einem ersten Drucksensor, der Druck in einem zweiten Arbeitsanschluss von einem zweiten Drucksensor, der Druck in einem dritten Arbeitsanschluss von einem dritten Drucksensor und der Druck in einem vierten Arbeitsanschluss von einem vierten Drucksensor erfasst wird und jeder Drucksensor ein dem erfassten Druck entsprechendes elektrisches Ausgangssignal an das Steuergerät abgibt.

6. Elektrohydraulisches System nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Steuergerät als sogenannte On-

Board-Elektronik direkt an der Zweikreispumpe angeordnet ist.

7. Elektrohydraulisches System nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Speisepumpe umfasst, dass die Speisepum- pe durch das elektronische Steuergerät überwacht wird und dass die Zweikreispumpe nur dann ausschwenkt, wenn der notwendige Speisedruck ansteht.