WO2016096565A1 - Schaltung zur ansteuerung eines rotierenden verbrauchers - Google Patents

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WO2016096565A1
WO2016096565A1 PCT/EP2015/079100 EP2015079100W WO2016096565A1 WO 2016096565 A1 WO2016096565 A1 WO 2016096565A1 EP 2015079100 W EP2015079100 W EP 2015079100W WO 2016096565 A1 WO2016096565 A1 WO 2016096565A1
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pressure
actual
valve
speed
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PCT/EP2015/079100
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Andre Fella
Stefan Trittler
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Robert Bosch Gmbh
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    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/88—Control measures for saving energy

Definitions

  • the invention is based on a circuit for controlling a rotating shaft
  • a winch in particular for offshore use, can be driven by one or more hydraulic motors.
  • Hydromotors can by a throttle control in an open circle, in one
  • the hydraulic motor has two working ports, which in each case a directional control valve and thus a control edge is assigned to connect a respective working port with a pressure medium source (hydraulic pump) or a pressure medium sink (tank).
  • the throttle control can have resolved control edges, which are provided by structurally separate and independently controllable control edges. These can thus independently connect a respective working port of the hydraulic motor with the pressure medium sink or the pressure medium source.
  • the arrangement of control edges, in combination with a corresponding control system can lead to significant energy savings.
  • (Supply pressure) may be provided on the output side of the hydraulic pump used as the pressure medium source. Active means that the system pressure changes during operation of the hydraulic motor or the hydraulic motors and thus actively to corresponding Requirements is customizable. This allows that with a corresponding
  • a pressure drop across a respective control edge can be reduced to save energy.
  • the addressed control system can be divided, for example, into a motor control and the system pressure control.
  • the engine control can provide a position and pressure control as well as a regulation of their derivatives speed, force and torque control of the hydraulic motor.
  • In the control system can continue to be provided a switching operation.
  • the motor control of the motor controller in dependence on the direction of movement of
  • Movement direction of the hydraulic motor switched over a control principle which in practice can not result in a "clean" zero crossing of the speed of the hydraulic motor result. Switching therefore requires a large number of crossfades within the motor control, which in turn can result in an undefined system state. Furthermore, for a respective direction of movement of the hydraulic motor a
  • Movement direction of the hydraulic motor can be provided. Depending on the
  • Movement direction is for the system pressure control either an actual working pressure of a working port of the hydraulic motor or an actual working pressure of the other
  • the invention has for its object to provide a circuit for controlling a rotating consumer, which eliminates the disadvantages mentioned.
  • the object is achieved with a circuit according to the features of claim 1.
  • a circuit for controlling one or more rotating two or more working connections having consumer, in particular a hydraulic motor for a hydraulic winch provided.
  • a circuit for connecting a respective terminal of the consumer with a pressure medium source and with a tank or a pressure medium sink is in each case a proportionally adjustable
  • Directional valve in particular a 3/2-way proportional valve provided.
  • Directional control valves the consumer can be controlled. Furthermore, the directional control valves can be controlled separately from each other (resolved control edges).
  • a respective pressure sensor is provided for measuring a respective actual working pressure of the respective working port of the consumer.
  • a further pressure sensor is provided for one of a hydraulic machine (supply pump) provided actual system pressure.
  • the circuit has a speed sensor or an angle sensor for an actual speed of the consumer.
  • Control electronics which controls the directional control valves and the hydraulic machine depending on a desired load and / or direction of movement of the consumer and in dependence on an actual speed of the consumer.
  • This solution has the advantage that under known pressure and load conditions purely computationally required valve openings of the directional valves can be determined, which are required for the desired movement of the hydraulic motor.
  • the circuit according to the invention in conjunction with a suitable electronic control a smooth change of the direction of movement can be carried out (lowering, braking, standstill, acceleration, lifting), as required, for example, for an optimal Active Heave compensation (active sea state compensation).
  • the circuit according to the invention provides a control system which is energy-efficient, optimized, uniform and continuously operating without internal jumps and ramps for all operating modes, in which desired pressure differences at the directional control valves (control edges) can be preselected and reduced to zero in order to reduce the losses in the system minimize.
  • desired pressure differences at the directional control valves can be preselected and reduced to zero in order to reduce the losses in the system minimize.
  • the pressure differences at the directional control valves can be variably changed in order to realize energy optimization and / or higher-valued functions, such as
  • Hydraulic system builds up, instead of only on the pressure of a pump-facing side of the consumer. Actual values of load differential pressure and tank pressure as well as the default values for desired differential pressure values at the control edges can be used for this purpose. Furthermore, the load and movement direction can additionally be taken into account and thus a setpoint system pressure valid for all operating states can be calculated.
  • the operating modes described above can be combined to form a common operating mode, which combines the advantages of switching operation and 4/3-operation with each other. For this purpose, a new mode can be defined, which exploits the energy efficiency potential of the existing hydraulic system based on the previous operating modes and ensures the required performance of the system.
  • control electronics controls the directional valves as a function of a pressure difference of the actual working pressures, whereby the correct input variable, the load differential pressure, is evaluated, and thus effects dependent on the absolute pressure values are eliminated.
  • control electronics have a system calculation device
  • the system calculation device allows a calculation of the
  • pilot-controlled, desired valve openings are calculated. Furthermore, it is advantageous in the case of the system calculation device that it can automatically calculate the required individual control values of the directional control valves (desired valve opening, desired pressure difference) and thus the desired working pressures at the working connections of the hydraulic machine, depending on the current movement and load direction of the hydraulic motor , It is conceivable that the control values for the directional control valves are optionally available with a valve characteristic curve
  • either the desired system pressure or actual system pressure may be used for the calculation.
  • the setpoint system pressure an increase in the control dynamics of the system can take place, since no separate filtering of the actual system pressure is necessary. This assumes that the system is configured so that system pressure control has the least possible control deviation.
  • the use of the actual system pressure would become a more accurate calculation of, in particular pilot-operated, target valve openings for a respective directional control valve lead.
  • control electronics have a, in particular active, system pressure control. This can, depending on the actual system pressure and a target system pressure the
  • the system pressure control preferably has an on and
  • System pressure control mechanically, hydraulically or electrically regulated to a set target system pressure.
  • the desired system pressure can be predetermined by the system calculation device for system pressure regulation.
  • the control of the system pressure can no longer be based on a respective actual working pressure, which is dependent on the direction of movement, and a constant value added thereto, but a minimum required setpoint system pressure, in particular via the system calculation device, is calculated Dependence on the pressure difference of the actual working pressures and / or the actual tank pressure and in dependence on the load and movement direction. This can be a function of the absolute actual working pressures and an associated
  • the minimum target system pressure may be further modified such that the
  • the modification preferably provides a defined cross-fading of the desired system pressure in the event of a change of direction
  • the modification may provide for a targeted pressure increase in defined areas, in particular in the active-heave-control (AHC) control area around a standstill area or other application-specific areas.
  • AHC active-heave-control
  • the system pressure control can be functionally independent of the
  • System computation device (or a motor control) be.
  • system pressure control of the system calculation device or motor control
  • a separation control (alternating control) is provided. This can vary depending on a force and a speed
  • detachment control may be a speed variable
  • a speed control is provided, which determines from a target speed of the consumer and the actual speed a speed value that can be taken into account by the system calculation device for calculating the desired valve opening and / or the desired pressure difference.
  • a force control can be provided, which determines from a desired force (desired torque) and an actual force (actual torque) of the consumers (the load of the consumer) a force value which is used by the system calculating device to calculate the desired value.
  • Valve opening and / or the desired pressure difference can be considered.
  • the force controller reports its force value and the speed control their speed value of the detachment control, whereby these three controls allow a higher-level control loop for position (speed) and force control (pressure, torque control).
  • position (speed) and force control pressure, torque control
  • the detachment controller determines from the force value and the speed value the control value that can be reported to the system calculator.
  • the higher-level detachment control operates advantageously by their reference to the actual values for position (speed) and force control (pressure torque control) and the output of the uniform control value (manipulated variable) with continuous constant parameters that do not need to be adjusted over the control range.
  • the parent detachment control thus provides a position or
  • Torque control a minimum pressure control (minimum force, minimum torque control), maximum pressure control (maximum force, maximum torque control), an automatic changeover between the control modes (intermittent control) and a jump-free switching between the control modes, for example by dynamically presetting required controller parameters and output variables etc. , to disposal.
  • a valve control (pressure regulator) is provided for each directional control valve.
  • This can control the directional control valve in addition to the calculated desired valve opening as a function of the desired pressure difference or desired valve opening determined by the system calculation device and depending on an actual pressure difference (via the directional control valve) and / or an actual valve opening.
  • an additional valve control is provided in addition to the already calculated valve target opening. This can then additionally regulate the actual working pressures to the predetermined working pressures prescribed by the system calculation device. This advantageously leads to improvements in the control behavior, for example, if used hydraulic characteristics of the directional control valves are inaccurate.
  • the control values calculated by the system calculation device and used as pilot control can be corrected to achieve the desired pressure ratios.
  • the directional control valves are for example directly controlled or pilot operated.
  • a pilot control (pilot valve) of a respective directional control valve is preferably controlled as a function of an actual slide position and a desired slide position of a valve slide of a respective directional control valve.
  • the directional valves and the system pressure providing hydraulic pump are electronically controlled.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the circuit according to an embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram of the circuit according to the invention
  • FIG. 3 in a further block diagram of the circuit according to the invention.
  • a circuit 1 which serves to control a rotating consumer in the form of a hydraulic motor 2.
  • This has a first port A and a second port B (working ports A, B).
  • a wind not shown, is driven, which is provided for example for offshore use.
  • connection A is connected via a working line 4 with a first directional control valve 6.
  • the port B is connected to a second directional control valve 10.
  • the working lines 4 and 8 are connected to the respective directional control valve 6 or 10 via a working port C.
  • a respective directional control valve 6 and 10 further comprises a pressure port P and a tank port T.
  • the pressure ports P are common to a hydraulic pump 12 (supply pump) each via a
  • a respective directional control valve 6, and 10 is designed as a proportionally adjustable 3/2-way valve. In a first switching position a of a valve spool is the
  • the valve spool of a respective directional control valve 6 and 10 is actuated via actuators 24 electromagnetically (optionally also hydraulically, pneumatically or mechanically).
  • An actual working pressure of the working line 4 can be detected via a pressure sensor 26 and an actual working pressure in the working line 8 via a pressure sensor 28.
  • a pressure sensor 30 is provided for detecting an actual system pressure on the output side of the hydraulic pump 12 in the pump lines 14, 16.
  • Tank lines 18, 20, a pressure sensor 32 is provided. Furthermore, one is
  • pressure medium is conveyed from the hydraulic pump 12 to the connection A of the hydraulic motor 2 with appropriately opened directional control valves 6, 10, and discharged accordingly from the connection B to the tank 22.
  • pressure medium is conveyed through the corresponding open directional control valves 6, 10 from the hydraulic pump 12 to port B of the hydraulic motor 2, and relieved from port A to the tank 22.
  • control electronics 38 which is shown schematically in Figure 1, the circuit 1 is controlled.
  • control electronics has a higher-level control 40 with a
  • the detachment controller 42 is provided with a force controller 44 (torque control) and a speed controller 46
  • System computation device 54 (signal conditioning), which depends either on
  • Force value 48 or dependent on the speed value is 50.
  • the system calculator 54 calculates a target valve opening 56 and a target pressure difference 58 for a first valve control 60 for the first directional control valve 6 (pressure control) and a target valve opening 62 and a target pressure difference 64 for a second valve control 66 (pressure control) for the second
  • the higher-level control 40 for the hydraulic winch thus has a detaching speed control 46 (position, speed or volume flow control) and a force control 44 (force, torque control). Independent of the direction of movement and load, the higher-level controller 40 then provides a uniform controller structure which covers all operating cases and modes, and thus continuously without
  • Hydraulic motor 2 of Figure 1 works.
  • the control 40 can also be independent of the level of the input values and thus constant for the entire operating range
  • Control 40 further has an output 52 (input 48, 50) for all subsequent calculations.
  • the controller 40 may provide, in all modes and states of operation, a detaching force controller 44 and speed controller 46 which may be included in their modes of operation
  • the system calculation device 54 may automatically calculate the actual pressure conditions in the system based on the load, the target system pressure or the actual system pressure, the actual tank pressure, the load direction and the movement direction. With these and the preselected desired differential pressures for the directional control valves 6, 10 from FIG. 1 or their relationships with one another, the signal conditioning can divide the output variable (control value 52) of the higher-level regulator 40 into the individual valve controls 60, 62.
  • the system calculator 54 may further include the output (control value 52) of the master controller 40 divided into one for the valve controllers 60, 66
  • valve setting values can optionally be provided with a valve characteristic.
  • a respective valve control 60, 66 can correct and readjust the actual working pressures at the connections A, B of the hydraulic motor 2 to the desired pressure difference 58, 64 predetermined by the system calculation device 54. It is conceivable to activate and deactivate the valve controls 60, 66 at any time as required.
  • the force control 44 is supplied with a setpoint force 68 or a setpoint torque and an actual force 70 or an actual torque of the hydraulic motor 2.
  • the speed controller 46 is then supplied with a desired speed 72 and an actual speed 74.
  • the force value 48 and the speed value 50 are then supplied to the detachment control 42. This in turn supplies the control value 52 to the system calculation device 54. Further
  • Inputs to the system calculator 54 are an actual system pressure 76, an actual pressure difference 78, the actual operating pressures of ports A, B of FIG. 1, an actual tank pressure 80, a mode 82, and a direction of travel 84.
  • Mode 82 indicates Whether a conventional method is used or a method according to the subject of this claim, the direction of movement 84 then specifies whether the hydraulic motor 2
  • the direction of movement 84 can be determined from the desired speed 72 or actual speed 74.
  • the system calculator 54 then calculates a desired system pressure 86 which is supplied to a system pressure regulator 88. It is conceivable to supply the actual system pressure 76 as a further input variable for the system pressure control 88.
  • An output of system pressure control 88 is a control value 90.
  • the system pressure control 88 may be a hydraulic, mechanical or electronic system pressure control. Their setpoint calculation in FIG. 54 can be based on the actual pressure conditions in the entire hydraulic system, instead of only on the pressure of the pump-facing side of the hydraulic machine 2
  • Pressure difference 78 and the actual tank pressure 80 and the default values for the desired desired pressure differences 58, 64 are zoomed.
  • the system pressure control also consider the load and movement direction of the hydraulic machine 2 and thus calculate a valid for all operating conditions minimum target system pressure.
  • the calculated minimum target system pressure may be further modified to accommodate extended requirements, such as increase in pressure in one
  • the target system pressure can be modified so that an energy-optimized minimum system pressure is generated for the entire system.
  • the system calculation device 54 shows the desired valve opening 56 and the desired pressure difference 58 and the desired valve opening 62 and the desired pressure difference 64, which are provided for the valve control 60 and 66, respectively, according to FIG. Furthermore, an actual valve opening 92 and an actual pressure difference 94 are provided as an input variable for the valve control 60. For the other valve control 66 also an actual valve opening 96 and an actual pressure difference 98 are provided.
  • a control value 100 is provided in the valve control 60 and a control value 102 for controlling the directional control valves 6 and 8 is provided in the valve control 66.
  • the hydraulic consumers are actuated at their connections with proportionally adjustable directional control valves which can be controlled separately for each direction of movement.
  • the directional control valves and a hydraulic pump providing system pressure are controlled electronically, mechanically, hydraulically or pneumatically.
  • a control or control electronics to the directional control valves and the hydraulic pump.

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Abstract

Offenbart ist eine Schaltung zur Ansteuerung eines oder mehrerer hydraulischer Verbraucher. Der/die hydraulischen Verbraucher sind an ihren Anschlüssen mit für jede Bewegungsrichtung separat ansteuerbaren proportional verstellbaren Wegeventilen angesteuert. Die Wegeventile und eine Hydropumpe, die einen Systemdruck bereitstellt, werden elektronisch angesteuert. In Abhängigkeit von der gewünschten Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit steuert eine Steuer- beziehungsweise Regelelektronik die Wegeventile und die Hydropumpe an. Hierdurch können bei bekannten Druck- und Lastverhältnissen rein rechnerisch die benötigen Ventilöffnungen ermittelt werden, die für die gewünschte Bewegung erforderlich sind.

Description

Schaltung zur Ansteuerunq eines rotierenden Verbrauchers
Beschreibung
Die Erfindung geht aus von einer Schaltung zur Ansteuerung eines rotierenden
Verbrauchers, insbesondere eines Hydromotors für eine Winde, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine Winde, insbesondere für den Hochseeeinsatz, kann von einem oder von mehreren Hydromotoren angetrieben werden. Die Ansteuerung des Hydromotors oder der
Hydromotoren kann durch eine Drosselregelung in einem offenen Kreis, in einem
geschlossenen Kreis oder in einer Mischform beider Kreise erfolgen. Beispielsweise hat der Hydromotor zwei Arbeitsanschlüsse, denen jeweils ein Wegeventil und somit eine Steuerkante zugeordnet ist, um einen jeweiligen Arbeitsanschluss mit einer Druckmittelquelle (Hydropumpe) oder einer Druckmittelsenke (Tank) zu verbinden. Die Drosselregelung kann über aufgelöste Steuerkanten verfügen, womit voneinander konstruktiv getrennte und unabhängig voneinander ansteuerbare Steuerkanten vorgesehen sind. Diese können somit unabhängig voneinander einen jeweiligen Arbeitsanschluss des Hydromotors mit der Druckmittelsenke oder der Druckmittelquelle verbinden. Die Anordnung von Steuerkanten kann in Kombination mit einem entsprechenden Regelsystem zu einer signifikanten Energieeinsparung führen. Des Weiteren kann eine aktive Systemdruckregelung für einen Systemdruck
(Versorgungsdruck) ausgangsseitig der als Druckmittelquelle eingesetzten Hydropumpe vorgesehen sein. Aktiv bedeutet, dass der Systemdruck während eines Betriebs des Hydromotors oder der Hydromotoren veränderlich und damit aktiv an entsprechende Anforderungen anpassbar ist. Damit ist ermöglicht, dass mit einem entsprechenden
Regelsystem ein Druckabfall über eine jeweilige Steuerkante reduziert werden kann, um Energie einzusparen. Das angesprochene Regelsystem lässt sich beispielsweise aufteilen in eine Motorregelung und die Systemdruckregelung. Die Motorregelung kann eine Positions- und Druckregelung sowie eine Regelung von deren Derivaten Geschwindigkeits-, Kraft- und Momentregelung des Hydromotors vorsehen. Bei dem Regelsystem kann weiter ein Umschaltbetrieb vorgesehen sein. Hierbei wird bei der Motorregelung der Motorregler in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des
Hydromotors (Heben / Senken / Stehen) umgeschaltet. Somit wird je nach
Bewegungsrichtung des Hydromotors ein Regelprinzip umgeschaltet, was in der Praxis einen nicht "sauberen" Nulldurchgang der Geschwindigkeit des Hydromotors zur Folge haben kann. Die Umschaltung erfordert deswegen eine Vielzahl von Überblendvorgängen innerhalb der Motorregelung, wodurch wiederum ein Undefinierter Systemzustand erfolgen kann. Des Weiteren ist für eine jeweilige Bewegungsrichtung des Hydromotors ein
"zugeschnittenes Regelprinzip" vorgesehen. Daraus folgt, dass die Motorregelung nur eine Lastrichtung der Winde zulässt. Sollte dann in einer Ausnahmesituation beispielsweise eine Beschleunigung in Richtung eines Senkens erfolgen, dann dies unter Umständen zu
Problemen führen.
Bei der Systemdruckregelung kann ebenfalls eine Umschaltung in Abhängigkeit der
Bewegungsrichtung des Hydromotors vorgesehen sein. In Abhängigkeit von der
Bewegungsrichtung wird für die Systemdruckregelung entweder ein Ist-Arbeitsdruck des einen Arbeitsanschlusses des Hydromotors oder ein Ist-Arbeitsdruck des anderen
Arbeitsanschlusses des Hydromotors verwendet. Dies resultiert üblicherweise in heftigen Schaltschlägen der Systemdruckregelung während des Nulldurchgangs des Hydromotors mit Richtungsumkehr der Bewegungsrichtung. Da die Systemdruckregelung auf den Ist- Arbeitsdrücken basiert, die von der Motorregelung geregelt werden, wird dem gesamten Regelsystem eine Dynamik in der Ansteuerung entzogen, was ein starkes Filtern von Ist- Werten erforderlich macht. Vorteilhaft bei dem Umschaltbetrieb ist, dass sich eine
vergleichsweise gute Energieeffizienz erreichen lässt. Neben der beschriebenen Motorregelung kann auch ein sogenannter "4/3-Betrieb" vorgesehen sein. Bei diesem werden die Steuerkanten gleich angesteuert, was zu einer gleichen Ventilöffnung der Wegeventile führt. Dies führt zu dem Vorteil, dass ein
übergeordneter Positions- (Geschwindigkeits-) und Druckregler (Kraft-, Momentregler) die Motorregelung übernimmt, der den beiden Steuerkanten somit denselben Vorgabewert ausgibt. Nachteilig ist, dass an beiden Steuerkanten eine identische Durchflussmenge einen identischen Druckabfall generiert, was in vielen Arbeitspunkten zu unnötigem
Energieverbrauch führt, z.B. muss bei allen Lastrichtungen der Systemdruck den Lastdruck übersteigen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Ansteuerung eines rotierenden Verbrauchers vorzusehen, die die genannten Nachteile beseitigt. Die Aufgabe wird gelöst mit einer Schaltung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist eine Schaltung (hydraulische Windenregelung oder hydraulische Ansteuerung einer Windenschaltung mit Großmotoren) zur Ansteuerung eines oder mehrerer rotierenden zwei oder mehr Arbeitsanschlüssen aufweisenden Verbrauchers, insbesondere eines Hydromotors für eine hydraulische Winde, vorgesehen. Zum Verbinden eines jeweiligen Anschlusses des Verbrauchers mit einer Druckmittelquelle und mit einem Tank beziehungsweise einer Druckmittelsenke ist jeweils ein proportional verstellbares
Wegeventil, insbesondere ein 3/2-Wege-Proportionalventil, vorgesehen. Über die
Wegeventile kann der Verbraucher angesteuert werden. Des Weiteren sind die Wegeventile separat voneinander ansteuerbar (aufgelöste Steuerkanten). Zum Messen eines jeweiligen Ist-Arbeitsdrucks des jeweiligen Arbeitsanschlusses des Verbrauchers ist ein jeweiliger Drucksensor vorgesehen. Für einen von einer Hydromaschine (Versorgungspumpe) bereit gestellten Ist-System druck ist ein weiterer Drucksensor vorgesehen. Des Weiteren hat die Schaltung einen Geschwindigkeitssensor oder Winkelsensor für eine Ist-Geschwindigkeit des Verbrauchers. Vorteilhafterweise ist eine Steuerelektronik beziehungsweise
Regelelektronik vorgesehen, die in Abhängigkeit von eine gewünschten Last- und/oder Bewegungsrichtung des Verbrauchers und in Abhängigkeit einer Ist-Geschwindigkeit des Verbrauchers die Wegeventile und die Hydromaschine steuert. Diese Lösung hat den Vorteil, dass bei bekannten Druck- und Lastverhältnissen rein rechnerisch benötigte Ventilöffnungen der Wegeventile ermittelt werden können, die für die gewünschte Bewegung des Hydromotors erforderlich sind. Durch die erfindungsgemäße Schaltung kann in Verbindung mit einer geeigneten elektronischen Ansteuerung ein ruckfreier Wechsel der Bewegungsrichtung durchgeführt werden (Senken, Bremsen, Stillstand, Beschleunigen, Heben), wie er beispielsweise für eine optimale Active-Heave- Kompensation (aktive Seegangskompensation) erforderlich ist. Mit der erfindungsgemäßen Schaltung ist ein für alle Betriebsmodi energieeffizientes, optimiertes, einheitliches und kontinuierlich ohne interne Sprünge und Rampen arbeitendes Regelsystem geschaffen, bei dem gewünschte Druckdifferenzen an den Wegeventilen (Steuerkanten) vorgewählt und bis auf Null reduziert werden können, um die Verluste im System zu minimieren. Durch die Schaltung können die Druckdifferenzen an den Wegeventilen variabel verändert werden, um Enegieoptimierung und/oder Funktionen höherer Wertigkeit zu realisieren, wie
beispielsweise die aktive Seegangskompensation. Des Weiteren ist somit eine hydraulische, mechanische oder elektronische Systemdruckregelung für hydraulische Winden geschaffen, deren Soll-Wertberechnung auf den tatsächlichen Druckverhältnissen im gesamten
Hydrauliksystem aufbaut, statt nur auf dem Druck einer pumpenzugewandten Seite des Verbrauchers. Dafür können Ist-Werte von Lastdifferenzdruck und Tankdruck sowie die Vorgabewerte für gewünschte Differenzdruckwerte an die Steuerkanten herangezogen werden. Des Weiteren kann zusätzlich die Last- und Bewegungsrichtung berücksichtigt werden und damit ein für alle Betriebszustände gültiger Soll-Systemdruck berechnet werden. Mit der erfindungsgemäßen Schaltung können die eingangs beschriebenen Betriebsarten zu einer gemeinsamen Betriebsart vereinigt werden, die die Vorteile von Umschaltbetrieb und 4/3-Betrieb miteinander verbindet. Hierzu kann eine neue Betriebsart definiert werden, die basierend auf dem bisherigen Betriebsarten das Energieeffizienzpotential des vorhandenen Hydrauliksystems ausschöpft sowie die erforderliche Performanz des Systems gewährleistet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung steuert die Steuerelektronik in Abhängigkeit einer Druckdifferenz der Ist-Arbeitsdrücke die Wegeventile, wodurch die korrekte Eingangsgröße, der Lastdifferenzdruck, ausgewertet wird, und somit von den absoluten Druckwerten abhängige Effekte eliminiert werden. Vorzugsweise hat die Steuerelektronik eine Systemberechnungsvorrichtung
(Signalaufbereitung). Diese kann in Abhängigkeit eines Soll-Systemdrucks und/oder eines Ist-Systemdrucks und/oder der Druckdifferenz und/oder der Bewegungsrichtung und/oder der Ist-Geschwindigkeit eine Soll-Ventilöffnung für ein jeweiliges Wegeventil und/oder eine Soll-Druckdifferenz für ein jeweiliges Wegeventil berechnen. Wird der Soll-Systemdruck anstelle des Ist-Systemdrucks berücksichtigt, so hat sich in der Praxis gezeigt, dass hierdurch eine stabilere Regelung ermöglich ist. Mit der Systemberechungsvorrichtung können alle Betriebszustände abgedeckt werden. In weiterer Ausgestaltung kann zusätzlich ein Drucksensor für einen Ist-Tankdruck des Tanks vorgesehen sein, wobei die Steuerelektronik dann die Wegeventile in zusätzlicher Abhängigkeit vom Ist-Tankdruck steuern kann, was sich vorteilhaft auf die Genauigkeiten der berechneten Werte auswirkt. Des Weiten kann die Systemberechnungsvorrichtung bei der Berechnung der Soll-Ventilöffnung und/oder der Soll-Druckdifferenz den Ist-Tankdruck berücksichtigen, womit die Regelung verbessert wird.
Mit der Systemberechnungsvorrichtung ist ermöglicht, dass eine Berechnung der
tatsächlichen Systemdruckverhältnisse anhand des Lastdrucks, des Soll-Systemdrucks oder Ist-Systemdrucks, des Ist-Tankdrucks und der Last- und Bewegungsrichtung ermöglicht ist. Des Weiteren können durch die Systemberechnungsvorrichtung die benötigten,
insbesondere vorgesteuerten, Soll-Ventilöffnungen berechnet werden. Des Weiteren ist bei der Systemberechnungsvorrichtung vorteilhaft, dass diese automatisch und abhängig von der aktuellen Bewegungs- und Lastrichtung des Hydromotors die benötigen individuellen Stellwerte der Wegeventile (Soll-Ventilöffnung, Soll-Druckdifferenz) und damit die Soll- Arbeitsdrücke an den Arbeitsanschlüssen der Hydromaschine berechnen kann. Es ist denkbar, die Stellwerte für die Wegeventile optional mit einer Ventilkennlinie zu
beaufschlagen. Wie vorstehend bereits angeführt, kann entweder der Soll-Systemdruck oder Ist-Systemdruck für die Berechnung verwendet werden. Bei der Verwendung des Soll- Systemdrucks kann eine Erhöhung der Regeldynamik des Systems erfolgen, da keine gesonderte Filterung des Ist-Systemdrucks notwendig ist. Dies setzt voraus, dass das System so konfiguriert ist, dass eine Systemdruckregelung über eine geringstmögliche Regelabweichung verfügt. Die Verwendung des Ist-Systemdrucks hingegen würde zu einer exakteren Berechnung der, insbesondere vorgesteuerten, Soll-Ventilöffnungen für ein jeweiliges Wegeventil führen.
Vorteilhafterweise hat die Steuerelektronik eine, insbesondere aktive, Systemdruckregelung. Diese kann in Abhängigkeit des Ist-Systemdrucks und eines Soll-Systemdrucks den
Systemdruck regeln. Die Systemdruckregelung weist vorzugsweise eine zu- und
wegschaltbare Energieeffizienzoptimierung auf. Es ist denkbar, dass die
Systemdruckregelung mechanisch, hydraulisch oder elektrisch auf einen eingestellten Soll- Systemdruck regelt.
Vorzugsweise ist der Soll-Systemdruck von der Systemberechnungsvorrichtung für die Systemdruckregelung vorgebbar. Ferner kann die Regelung des Systemdrucks nicht mehr auf einem jeweiligen Ist-Arbeitsdruck basieren, der abhängig von der Bewegungsrichtung ist, und einem darauf addierten konstanten Wert, sondern es ist vorteilhafterweise ein minimal erforderlicher Soll-Systemdruck, insbesondere über die Systemberechnungsvorrichtung, berechnet, der in Abhängigkeit von der Druckdifferenz der Ist-Arbeitsdrücke und/oder dem Ist-Tankdruck und in Abhängigkeit von der Last- und Bewegungsrichtung ist. Hierdurch kann eine Abhängigkeit von den absoluten Ist-Arbeitsdrücken und einer zugehörigen
Richtungsumschaltung und deren Detektion eliminiert werden und der Soll-Systemdruck wird stattdessen in Abhängigkeit der Druckdifferenz der Ist-Arbeitsdrücke mit variablem
Vorzeichen gesetzt.
Der minimale Soll-Systemdruck kann weiterhin derart modifiziert werden, dass die
Regelungsgüte und Energieeffizienz optimiert sind. Die Modifizierung sieht vorzugsweise ein definiertes Überblenden des Soll-Systemdrucks bei einem Richtungswechsel der
Bewegungsrichtung vor. Alternativ oder zusätzlich kann die Modifizierung eine gezielte Druckerhöhung in definierten Bereichen vorsehen, insbesondere im active-heave-control (AHC)-Regelbereich um einen Stillstandbereich oder anderen anwendungsindividuellen Bereichen.
Die Systemdruckregelung kann funktional unabhängig von der
Systemberechnungsvorrichtung (oder einer Motorregelung) sein. Vorteilhafterweise stellt dabei die Systemdruckregelung der Systemberechnungsvorrichtung (oder Motorregelung) ihre Soll- und Ist-Werte zur Weiterverarbeitung zur Verfügung.
Mit Vorteil ist bei der Motorregelung eine Ablösungssteuerung (alternating control) vorgesehen. Diese kann in Abhängigkeit einer Kraft und einer Geschwindigkeit eines
Verbrauchers einen Steuerwert ermitteln, der der Systemberechungsvorrichtung gemeldet wird. Bei der zentralen Größe beziehungsweise dem Steuerwert als Ausgang der
Ablösungssteuerung kann es sich wahlweise um eine Geschwindigkeitsgröße
(Volumenstrom-, Drehzahl-) oder Druckgröße (Kraft-Momentgröße) handeln, wobei dies vorteilhafterweise von der Belastung der Winde abhängt.
Vorzugsweise ist eine Geschwindigkeitssteuerung vorgesehen, die aus einer Soll- Geschwindigkeit des Verbrauchers und der Ist-Geschwindigkeit einen Geschwindigkeitswert bestimmt, der von der Systemberechungsvorrichtung zur Berechnung der Soll-Ventilöffnung und/oder der Soll-Druckdifferenz berücksichtigbar ist.
Des Weiteren kann eine Kraftsteuerung vorgesehen sein, die aus einer Soll-Kraft (Soll- Moment) und einer Ist-Kraft (Ist-Moment) der Verbraucher (der Last des Verbrauchers) einen Kraftwert bestimmt, der von der Systemberechnungsvorrichtung zur Berechnung der Soll- Ventilöffnung und/oder der Soll-Druckdifferenz berücksichtigbar ist.
Vorzugsweise meldet die Kraftsteuerung ihren Kraftwert und die Geschwindigkeitssteuerung ihren Geschwindigkeitswert der Ablösungssteuerung, womit diese drei Steuerungen einen übergeordneten Regelkreis zur Positions- (Geschwindigkeits-) und Kraftregelung (Druck-, Momentregelung) ermöglichen. Somit ist eine übergeordnete Ablösungssteuerung für hydraulische Winden ermöglicht, die unabhängig von Bewegungs- und Lastrichtung eine einheitliche Reglerstruktur zur Verfügung stellt und alle Betriebsfälle und/oder -modi abdeckt und somit kontinuierlich ohne Umschaltungen und Überblendungen, insbesondere beim Nulldurchgang, arbeitet. Die Ablösungssteuerung ermittelt dann aus dem Kraftwert und dem Geschwindigkeitswert den Steuerwert, der der Systemberechnungsvorrichtung gemeldet werden kann. Die übergeordnete Ablösungssteuerung arbeitet vorteilhafterweise durch ihren Bezug auf die Ist-Werte für Positions- (Geschwindigkeits-) und Kraftregelung (Druck-Momentregelung) und der Ausgabe des einheitlichen Steuerwerts (Stellgröße) mit durchgehend konstanten Parametern, die über den Regelbereich nicht angepasst werden müssen.
Die übergeordnete Ablösungssteuerung stellt somit eine Positions- oder
Geschwindigkeitsregelung (abhängig von Betriebsart), eine Druckregelung (Kraft-,
Momentregelung), eine Minimaldruckregelung (Minimalkraft-, Minimalmomentregelung), Maximaldruckregelung (Maximalkraft-, Maximalmomentregelung), eine automatische Umschaltung zwischen den Regelungsarten (ablösende Regelung) und ein sprungfreies Umschalten zwischen den Regelungsarten, zum Beispiel durch dynamisches Vorbesetzen benötigter Reglerparameter und -ausgangsgrößen etc., zur Verfügung.
Mit Vorteil ist für jeweiliges Wegeventil eine Ventilsteuerung (Druckregler) vorgesehen. Diese kann in Abhängigkeit der von der Systemberechnungsvorrichtung ermittelten Soll- Druckdifferenz oder Soll-Ventilöffnung und in Abhängigkeit einer Ist-Druckdifferenz (über das Wegeventil) und/oder eine Ist-Ventilöffnung das Wegeventil zusätzlich zu der berechneten Ventil-Sollöffnung steuern. Somit ist nach der Systemberechnungsvorrichtung für ein jeweiliges Wegeventil eine zusätzliche Ventilsteuerung zusätzlich zu der bereits berechneten Ventil-Sollöffnung vorgesehen. Diese kann dann zusätzlich die Ist-Arbeitsdrücke auf die von der Systemberechnungsvorrichtung vorgegebenen Soll- Arbeitsdrücke regeln. Dies führt vorteilhafterweise zu Verbesserungen im Regelverhalten, wenn beispielsweise verwendete hydraulische Kennlinien der Wegeventile ungenau sind. Mit der Aktivierung dieser nachgelagerten Ventilsteuerung können die von der Systemberechnungsvorrichtung berechneten und als Vorsteuerung verwendeten Stellwerte korrigiert werden, um die gewünschten Druckverhältnisse zu erreichen.
Die Wegeventile sind beispielsweise direkt gesteuert oder vorgesteuert. Eine Vorsteuerung (Pilotventil) eines jeweiligen Wegeventils ist vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Ist- Schieberstellung und einer Soll-Schieberstellung eines Ventilschiebers eines jeweiligen Wegeventils gesteuert. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Wegeventile und die den Systemdruck bereitstellende Hydropumpe elektronisch angesteuert.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 in einer schematischen Darstellung die Schaltung gemäß einer Ausführungsform, Figur 2 in einer Blockdarstellung die erfindungsgemäße Schaltung und
Figur 3 in einer weiteren Blockdarstellung die erfindungsgemäße Schaltung.
Gemäß Figur 1 ist eine Schaltung 1 vorgesehen, die zur Ansteuerung eines rotierenden Verbrauchers in Form eines Hydromotors 2 dient. Dieser hat einen ersten Anschluss A und einen zweiten Anschluss B (Arbeitsanschlüsse A, B). Über den Hydromotor 2 wird eine nicht dargestellte Winde angetrieben, die beispielsweise für den Hochseeeinsatz vorgesehen ist.
Der Anschluss A ist über eine Arbeitsleitung 4 mit einem ersten Wegeventil 6 verbunden. Über eine Arbeitsleitung 8 ist der Anschluss B mit einem zweiten Wegeventil 10 verbunden. Die Arbeitsleitungen 4 und 8 sind dabei an das jeweilige Wegeventil 6 beziehungsweise 10 über einen Arbeitsanschluss C angeschlossen. Ein jeweiliges Wegeventil 6 und 10 weist des Weiteren einen Druckanschluss P und einen Tankanschluss T auf. Die Druckanschlüsse P sind gemeinsam an eine Hydropumpe 12 (Versorgungspumpe) jeweils über eine
Pumpenleitung 14, 16 angeschlossen. Über den Tankanschluss T sind die Wegeventile 6 und 10 gemeinsam jeweils über eine Tankleitung 18 beziehungsweise 20 an einen Tank 22 angeschlossen. Die Hydropumpe 12 kann Druckmittel vom Tank 22 in die Pumpenleitungen 14, 16 fördern. Ein jeweiliges Wegeventil 6, und 10 ist als proportional verstellbares 3/2-Wegeventil ausgestaltet. In einer ersten Schaltstellung a eines Ventilschiebers ist dabei der
Druckanschluss P mit dem Arbeitsanschluss C verbunden und der Tankanschluss T abgesperrt. In Richtung von zweiten Schaltstellungen b ist der Arbeitsanschluss C mit dem Tankschluss T verbunden und der Druckanschluss P abgesperrt. Der Ventilschieber eines jeweiligen Wegeventils 6 und 10 ist dabei über Aktoren 24 elektromagnetisch (wahlweise auch hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch) betätigbar. Ein Ist-Arbeitsdruck der Arbeitsleitung 4 ist über einen Drucksensor 26 und ein Ist- Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung 8 über einen Drucksensor 28 erfassbar. Zum Erfassen eines Ist-Systemdrucks ausgangsseitig der Hydropumpe 12 in den Pumpenleitungen 14, 16 ist ein Drucksensor 30 vorgesehen. Für die Erfassung eines Ist-Tankdrucks in den
Tankleitungen 18, 20 ist ein Drucksensor 32 vorgesehen. Des Weiteren ist ein
Geschwindigkeitssensor (oder Drehgeber) 33 zum Erfassen einer Drehzahl und
Drehrichtung des Hydromotors 2 angeordnet.
Zum Heben 34 der Winde, was durch einen Pfeil gekennzeichnet ist, wird bei entsprechend geöffneten Wegeventilen 6, 10 Druckmittel von der Hydropumpe 12 zum Anschluss A des Hydromotors 2 gefördert und entsprechend vom Anschluss B zum Tank 22 entlassen. Zum Senken 36 der Winde, was ebenfalls durch einen Pfeil gekennzeichnet ist, wird dagegen Druckmittel durch die entsprechend geöffneten Wegeventile 6, 10 von der Hydropumpe 12 zum Anschluss B des Hydromotors 2 gefördert, und vom Anschluss A zum Tank 22 entlastet.
Über eine Steuerelektronik 38, die in Figur 1 schematisch dargestellt ist, ist die Schaltung 1 gesteuert.
Gemäß Figur 2 hat die Steuerelektronik eine übergeordnete Regelung 40 mit einer
Ablösungssteuerung 42 (ablösende Regelung). Die Ablösungssteuerung 42 ist mit einer Kraftsteuerung 44 (Momentregelung) und einer Geschwindigkeitssteuerung 46
(Geschwindigkeitsregelung) verbunden. Die Kraftsteuerung 44 meldet dabei einen Kraftwert 48 und die Geschwindigkeitssteuerung 46 einen Geschwindigkeitswert 50 an die
Ablösungssteuerung 42. Diese meldet dann einen Steuerwert 52 an eine
Systemberechnungsvorrichtung 54 (Signalaufbereitung), der entweder abhängig vom
Kraftwert 48 oder abhängig vom Geschwindigkeitswert 50 ist. Somit kann beispielsweise bei Bedarf für die Systemberechnungsvorrichtung nicht der Geschwindigkeitswert 50, sondern der Kraftwert 48 berücksichtigt werden, wenn beispielsweise eine maximal zulässige Kraft für die Winde erreicht ist. Ist diese Kraft nicht erreicht, so kann mit dem Geschwindigkeitswert 50 verfahren werden. Die Systemberechnungsvorrichtung 54 wiederum berechnet eine Soll- Ventilöffnung 56 und eine Soll-Druckdifferenz 58 für eine erste Ventilsteuerung 60 für das erste Wegeventil 6 (Druckregelung) und eine Soll-Ventilöffnung 62 und eine Soll- Druckdifferenz 64 für eine zweite Ventilsteuerung 66 (Druckregelung) für das zweite
Wegeventil 10 aus Figur 1 .
Die übergeordnete Regelung 40 für die hydraulische Winde weist somit eine ablösende Geschwindigkeitssteuerung 46 (Positions-, Geschwindigkeits- oder Volumenstromregelung) und eine Kraftsteuerung 44 (Kraft-, Momentregelung) auf. Der übergeordnete Regler 40 stellt dann unabhängig von Bewegungs- und Lastrichtung eine einheitliche Reglerstruktur zur Verfügung, die alle Betriebsfälle und -modi abdeckt und somit kontinuierlich ohne
Umschaltungen und Überblendungen, insbesondere bei einem Nulldurchgang des
Hydromotors 2 aus Figur 1 , arbeitet. Die Regelung 40 kann dabei auch mit von der Höhe der Eingangswerte unabhängigen und damit für den gesamten Betriebsbereich konstanten
Parametern arbeiten, während zur Optimierung des herkömmlichen Systems aufgrund des Umschaltens der Arbeitsbereiche verschiedene Parametersätze notwendig sind. Die
Regelung 40 verfügt weiter über eine Ausgangsgröße 52 (Eingangswerte 48, 50) für alle nachfolgenden Berechnungen.
Die Regelung 40 kann in allen Betriebsmodi und -zuständen eine ablösende Kraftsteuerung 44 und Geschwindigkeitssteuerung 46 zur Verfügung stellen, die in ihren
Übergangsbereichen sprungfrei und frei von Überblendungen weiter arbeitet. Die Systemberechnungsvorrichtung 54 kann anhand der Last, des Soll- Systemdrucks oder Ist-Systemdrucks, des Ist-Tankdrucks, der Last- und der Bewegungsrichtung automatisch die tatsächlichen Druckverhältnisse im System berechnen. Mit diesen und dem vorgewählten Wunsch-Differenzdrücken für die Wegeventile 6, 10 aus Figur 1 beziehungsweise deren Verhältnisse zueinander kann die Signalaufbereitung die Ausgangsgröße (Steuerwert 52) des übergeordneten Reglers 40 an die einzelnen Ventilsteuerungen 60, 62 aufteilen. Die Systemberechnungsvorrichtung 54 kann weiter die für die Ventilsteuerungen 60, 66 aufgeteilte Ausgangsgröße (Steuerwert 52) des übergeordneten Reglers 40 in einen
Ventilstellwert umrechnen sowie die Ist-Arbeitsdrücke an den Anschlüssen A, B des Hydromotors 2 aus Figur 1 berechnen. Zusätzlich können die Ventil stellwerte optional mit einer Ventilkennlinie versehen sein.
Eine jeweilige Ventilsteuerung 60, 66 kann die Ist-Arbeitsdrücke an den Anschlüssen A, B des Hydromotors 2 auf die von der Systemberechnungsvorrichtung 54 vorgegebene Soll- Druckdifferenz 58, 64 korrigieren und nachregeln. Es ist denkbar, die Ventilsteuerungen 60, 66 je nach Bedarf jederzeit variabel zu aktivieren und zu deaktivieren.
Gemäß Figur 3 sind die Kraftsteuerung 44, die Geschwindigkeitssteuerung 46 und die Ablösungssteuerung 42 gezeigt. Der Kraftsteuerung 44 wird hierbei eine Soll-Kraft 68 beziehungsweise ein Soll-Drehmoment und eine Ist-Kraft 70 beziehungsweise ein Ist- Drehmoment des Hydromotors 2 zugeführt. Der Geschwindigkeitssteuerung 46 wird dann eine Soll-Geschwindigkeit 72 und eine Ist-Geschwindigkeit 74 zugeführt. Der Kraftwert 48 und der Geschwindigkeitswert 50 werden dann der Ablösungssteuerung 42 zugeführt. Diese wiederum führt den Steuerwert 52 der Systemberechnungsvorrichtung 54 zu. Weitere
Eingangsgrößen für die Systemberechnungsvorrichtung 54 sind ein Ist-Systemdruck 76, eine Ist-Druckdifferenz 78, die Ist-Arbeitsdrücke der Anschlüsse A, B aus Figur 1 , ein Ist- Tankdruck 80, ein Mode 82 und eine Bewegungsrichtung 84. Der Mode 82 gibt vor ob ein herkömmliches Verfahren verwendet wird oder ein Verfahren nach Gegenstand dieses Patentanspruchs, die Bewegungsrichtung 84 gibt dann vor, ob die Hydromotor 2
beschleunigt oder verzögert und ob ein Heben oder Senken vorgesehen ist beziehungsweise erfolgt. Die Bewegungsrichtung 84 kann hierbei aus der Soll-Geschwindigkeit 72 oder Ist- Geschwindigkeit 74 bestimmt werden. Die Systemberechnungsvorrichtung 54 berechnet dann einen Soll-Systemdruck 86, der einer Systemdruckregelung 88 zugeführt wird. Es ist denkbar, als weitere Eingangsgröße für die Systemdruckregelung 88 den Ist-Systemdruck 76 zuzuführen. Eine Ausgangsgröße der Systemdruckregelung 88 ist ein Steuerwert 90.
Bei der Systemdruckregelung 88 kann es sich um eine hydraulische, mechanische oder elektronische Systemdruckregelung handeln. Deren Sollwertberechnung in 54 kann auf den tatsächlichen Druckverhältnissen im gesamten Hydrauliksystem aufbauen, statt nur auf dem Druck der pumpenzugewandten Seite der Hydromaschine 2. Dafür können die
Druckdifferenz 78 und der Ist-Tankdruck 80 sowie die Vorgabewerte für die gewünschten Soll-Druckdifferenzen 58, 64 heranzogen werden. Zusätzlich kann die Systemdruckregelung auch die Last- und Bewegungsrichtung der Hydromaschine 2 berücksichtigen und damit ein für alle Betriebszustände gültigen minimalen Soll-Systemdruck berechnen. Zusätzlich kann der berechnete minimale Soll-Systemdruck weiter modifiziert werden, um ihn an erweiterte Anforderungen anzupassen, wie beispielsweise an eine Druckerhöhung in einem
spezifischen Betriebsbereich oder an ein Überblenden im Wechselbereich der
Bewegungsrichtung. Denkbar ist auch, die Sollwertberechnung zu deaktivieren, um neben einem energieeffizienten Betrieb auch einen leistungsoptimierten Betrieb mit hohem modifiziertem Soll-Systemdruck zu realisieren. Ferner kann über die Systemdruckregelung 88 im Falle der Reduktion der gewünschten Soll-Druckdifferenzen 58, 64 bis auf Null, die Geschwindigkeit der Hydromaschine 2 geregelt werden. Im Falle von mehreren
Hydromaschinen bei der Schaltung 1 kann der Soll-Systemdruck so modifiziert werden, dass für das Gesamtsystem ein energieoptimierter minimaler Systemdruck generiert wird.
Des Weiteren sind in Figur 3 ausgangsseitig der Systemberechnungsvorrichtung 54 die Soll- Ventilöffnung 56 und die Soll-Druckdifferenz 58 und die Soll-Ventilöffnung 62 und die Soll- Druckdifferenz 64 gezeigt, die entsprechend der Figur 2 für die Ventilsteuerung 60 beziehungsweise 66 vorgesehen sind. Als Eingangsgröße für die Ventilsteuerung 60 sind des Weiteren eine Ist-Ventilöffnung 92 und eine Ist-Druckdifferenz 94 vorgesehen. Für die andere Ventilsteuerung 66 sind ebenfalls eine Ist-Ventilöffnung 96 und eine Ist- Druckdifferenz 98 vorgesehen. Ausgangsseitig ist bei der Ventilsteuerung 60 ein Steuerwert 100 und bei der Ventilsteuerung 66 ein Steuerwert 102 zur Ansteuerung der Wegeventile 6 und 8 vorgesehen.
Offenbart ist eine Schaltung zur Ansteuerung eines oder mehrerer hydraulischer
Verbraucher. Der/die hydraulischen Verbraucher sind an ihren Anschlüssen mit für jede Bewegungsrichtung separat ansteuerbaren proportional verstellbaren Wegeventilen angesteuert. Die Wegeventile und eine Hydropumpe, die einen Systemdruck bereitstellt, werden elektronisch, mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch angesteuert. In
Abhängigkeit von der gewünschten Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit steuert eine Steuer- beziehungsweise Regelelektronik die Wegeventile und die Hydropumpe an.
Hierdurch können bei bekannten Druck- und Lastverhältnissen rein rechnerisch die benötigen Ventilöffnungen ermittelt werden, die für die gewünschte Bewegung erforderlich sind. Bezugszeichenliste
1 Schaltung
2 Hydromotor
4 Arbeitsleitung
6 erstes Wegeventil
8 Arbeitsleitung
10 zweites Wegeventil
12 Hydropumpe
14 Pumpenleitung
16 Pumpenleitung
18 Tankleitung
20 Tankleitung
22 Tank
24 Aktor
26 Drucksensor
28 Drucksensor
30 Drucksensor
32 Drucksensor
33 Geschwindigkeitssensor
34 Heben
36 Senken
38 Steuerelektronik
40 übergeordnete Regelung
42 Ablösungssteuerung
44 Kraftsteuerung
46 Geschwindigkeitsteuerung
48 Kraftstellwert
50 Geschwindigkeitsstellwert
52 Stellwert
54 Systemberechnungsvorrichtung
56 Soll-Ventilöffnung
58 Soll-Druckdifferenz 60 Ventilsteuerung 62 Soll-Ventilöffnung 64 Soll-Druckdifferenz 66 Ventilsteuerung 68 Soll-Kraft
70 Ist- Kraft
72 Soll-Geschwindigkeit 74 Ist-Geschwindigkeit 76 Ist-Systemdruck 78 Druckdifferenz
80 Ist-Tankdruck
82 Mode
84 Bewegungsrichtung 86 Soll-Systemdruck 88 Systemdruckregelung 90 Stellwert
92 Ist-Ventilöffnung 94 Ist-Druckdifferenz 96 Ist-Ventilöffnung 98 Ist-Druckdifferenz 100 Stellwert
102 Stellwert
A, B Anschluss
C Arbeitsanschluss P Druckanschluss T Tankanschluss a erste Schaltstellungen zweite Schaltstellungen

Claims

Ansprüche
1. Schaltung zur Ansteuerung eines oder mehrerer Verbraucher (2), die jeweils zwei oder mehr Anschlüsse (A, B etc.) aufweisen, wobei für einen jeweiligen Anschluss (A, B etc.) ein proportional verstellbares Wegeventil (6, 10) zum Ansteuern des Verbrauchers (2) vorgesehen ist, die separat voneinander ansteuerbar sind, und wobei Drucksensoren (26, 28) für Ist-Arbeitsdrücke des Verbrauchers (2) und ein Drucksensor (30) für einen von einer Hydromaschine (12) bereit gestellten Ist-Systemdruck (76) vorgesehen sind, und wobei ein Geschwindigkeitssensor (33) für eine Ist-Geschwindigkeit (74) des Verbrauchers (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerelektronik (38) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von einer gewünschten Bewegungsrichtung des Verbrauches (2) und in Abhängigkeit einer Ist-Geschwindigkeit (74) des Verbrauchers (2) die Wegeventile (6, 10) und die Hydromaschine (12) steuert.
2. Schaltung nach Anspruch 1 , wobei die Steuerelektronik (38) in Abhängigkeit einer Druckdifferenz (78) der Ist-Arbeitsdrücke die Wegeventile (6, 10) steuert.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerelektronik (38) eine
Systemberechnungsvorrichtung (54) aufweist, die in Abhängigkeit eines Soll-Systemdrucks (86) oder des Ist-Systemdrucks (76) und der Druckdifferenz (78) und der Bewegungsrichtung (84) eine Soll-Ventilöffnung (56, 62) für ein jeweiliges Wegeventil (6, 10) und/oder eine Soll- Druckdifferenz (58, 64) für ein jeweiliges Wegeventil (6, 10) berechnet.
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis, 3, wobei ein Drucksensor (32) für einen Ist-Tankdruck (80) vorgesehen ist und die Steuerelektronik die Wegeventile (6, 10) in
Abhängigkeit vom Ist-Tankdruck (80) steuert.
5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Systemberechnungsvorrichtung (54) bei der Berechnung der Soll-Ventilöffnung (56, 62) und/oder der Soll-Druckdifferenz (58, 64) den Ist-Tankdruck (80) berücksichtigt.
6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerelektronik (38) eine Systemdruckregelung (88) aufweist, die in Abhängigkeit des Ist-Systemdrucks (76) und eines Soll-Systemdrucks (86) den Ist-Systemdruck regelt.
7. Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei eine Ablösungssteuerung (42) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit einer Kraft und einer Geschwindigkeit des Verbrauches (2) einen Steuerwert (52) ermittelt, der der Systemberechnungsvorrichtung (54) gemeldet ist.
8. Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei eine Geschwindigkeitssteuerung (46) vorgesehen ist, die aus einer Soll-Geschwindigkeit (72) des Verbrauchers (2) und der Ist-Geschwindigkeit (74) des Verbrauchers (2) einen Geschwindigkeitsstellwert (50) bestimmt, der von der Systemberechnungsvorrichtung (54) zur Berechnung der Soll- Ventilöffnung (54, 56) und/oder der Soll-Druckdifferenz (58, 64) berücksichtigbar ist.
9. Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei eine Kraftsteuerung (44) vorgesehen ist, die aus einer Soll-Kraft und einer Ist-Kraft (70) des Verbrauchers (2) einen Kraftstellwert (48) bestimmt, der von der Systemberechnungsvorrichtung (54) zur
Berechnung der Soll-Ventilöffnung (56) und/oder der Soll-Druckdifferenz (58, 64)
berücksichtigbar ist.
10. Schaltung nach Anspruch 9, wobei die Kraftsteuerung (44) ihren Kraftstell wert (48) und die Geschwindigkeitssteuerung (46) ihren Geschwindigkeitsstellwert (50) der
Ablösungssteuerung (42) meldet, die aus dem Kraftstell wert (48) und dem
Geschwindigkeitsstellwert (50) den Stellwert (52) ermittelt, der der
Systemberechnungsvorrichtung (54) gemeldet ist.
1 1. Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei für ein jeweiliges Wegeventil (6, 10) eine Ventilsteuerung (60, 66) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit der von der
Systemberechnungsvorrichtung (54) ermittelten Soll-Druckdifferenz (58, 64) und/oder Soll- Ventilöffnung (56, 62) und in Abhängigkeit einer Ist-Druckdifferenz (94, 98) und/oder einer Ist-Ventilöffnung (92, 96) das jeweilige Wegeventil (6, 10) steuert.
12. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wegeventile (6, 10) direkt gesteuert oder vorgesteuert sind.
13. Schaltung nach Anspruch 12, wobei eine Vorsteuerung eines jeweiligen Wegeventils (6, 10) in Abhängigkeit von einer Ist-Schieberstellung und einer Soll-Schieberstellung eines Ventilschiebers eines jeweiligen Wegeventils (6, 10) gesteuert ist.
14. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wegeventile (6, 10) und die den Systemdruck bereit stellende Hydromaschine (12) elektronisch angesteuert sind.
15. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerelektronik (38) die Wegeventile (6, 10) jeweils parameterabhängig für sich individuell steuert.
16. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerelektronik (38) die Wegeventile (6, 10) nach vorgegeben minimalen Differenzdrücken und damit in energieoptimiertem Betrieb steuert.
PCT/EP2015/079100 2014-12-19 2015-12-09 Schaltung zur ansteuerung eines rotierenden verbrauchers WO2016096565A1 (de)

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