DE102020204254A1

DE102020204254A1 - Hydraulisches System

Info

Publication number: DE102020204254A1
Application number: DE102020204254.3A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Oschmann; Botond Szeles
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-04-01
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2021-10-07
Also published as: CN113494494A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches System, das eine Verstellpumpe mit verstellbarem Hubvolumen, mehrere hydraulische Verbraucher, die von der Verstellpumpe mit Druckfluid versorgbar sind und von denen jeder einen anderen typischen Lastdruck hat, und mehrere über ein elektronisches Steuergerät entsprechend den für die Verbraucher angeforderten individuellen Druckfluidmengen ansteuerbare Ventilanordnungen umfasst, von denen jede ein hinsichtlich des Durchflussquerschnitts stetig verstellbares Drosselelement aufweist, über das einem Verbraucher die individuelle Druckfluidmenge unter Bildung einer Druckdifferenz zuführbar ist. Das Drosselelement eines ersten Verbrauchers wird bei Betätigung eines weiteren Verbrauchers mit einem höheren typischen Lastdruck derart eingestellt, das die Drosselwirkung stärker ist als bei einer alleinigen Betätigung des ersten Verbrauchers.Es soll auf einfache Weise sichergestellt werden, dass die Verteilung der geförderten Druckfluidmenge weitgehend einer gewünschten Verteilung entspricht. Dazu sind für einen Verbraucher, der einen gegenüber dem höchsten typischen Lastdruck niedrigeren typischen Lastdruck hat, in dem elektronischen Steuergerät die Durchflussquerschnitte des Drosselelements, die dem Verbraucher mit dem niedrigeren Lastdruck zuzuführenden Druckfluidmengen und die für den Verbraucher mit dem niedrigeren Lastdruck spezifischen Druckabfälle bei einer alleinigen Betätigung und bei einer Betätigung gleichzeitig mit einem Verbraucher mit einem höheren typischen Lastdruck als Wertetripel abgelegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches System, das insbesondere für eine mobile Arbeitsmaschine vorgesehen ist und das eine Verstellpumpe mit einem verstellbarem Hubvolumen sowie mit einem Druckanschluss und mit einem Sauganschluss, mehrere hydraulische Verbraucher, die von der Verstellpumpe mit Druckfluid versorgbar sind und von denen jeder einen anderen typischen Lastdruck hat, und mehrere über ein elektronisches Steuergerät entsprechend den für die hydraulischen Verbraucher angeforderten individuellen Druckfluidmengen ansteuerbare und elektrohydraulisch betätigbare Ventilanordnungen umfasst, von denen jede ein hinsichtlich des Durchflussquerschnitts stetig verstellbares Drosselelement aufweist, über das einem hydraulischen Verbraucher die geforderte individuelle Druckfluidmenge unter Bildung einer Druckdifferenz zuführbar ist. Das Drosselelement eines ersten hydraulischen Verbrauchers wird bei Betätigung eines weiteren hydraulischen Verbrauchers mit einem höheren typischen Lastdruck derart eingestellt, das die Drosselwirkung stärker ist als bei einer alleinigen Betätigung des ersten hydraulischen Verbrauchers
Ein derartiges hydraulisches System ist aus der DE 10 2017 210 703 A1 oder aus der der US 9 303 387 B2 bekannt. Bei den bekannten hydraulischen Systemen wird der Durchflussquerschnitt eines Drosselelements jeweils auf komplizierte Weise in Abhängigkeit von den angeforderten individuellen Druckfluidmengen und von dem höchsten typischen Lastdruck der gleichzeitig betätigten hydraulischen Verbraucher berechnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches System mit den eingangs angeführten Merkmalen, derart weiterzuentwickeln, dass mit einfachen Ventilanordnungen und mit einer einfachen Ansteuerlogik für die Ventilanordnungen in ausreichendem Maße sichergestellt werden, dass die Verteilung der geförderten Druckfluidmenge auf die gleichzeitig betätigten hydraulischen Verbraucher weitgehend einer gewünschten Verteilung entspricht.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind für einen hydraulischen Verbraucher, der einen gegenüber dem höchsten typischen Lastdruck niedrigeren typischen Lastdruck hat, in dem elektronischen Steuergerät die Stellungen und damit die Durchflussquerschnitte des Drosselelements, die dem hydraulischen Verbraucher mit dem niedrigeren Lastdruck zuzuführenden Druckfluidmengen und die für den hydraulischen Verbraucher mit dem niedrigeren Lastdruck spezifischen Druckabfälle über das Drosselelement bei einer alleinigen Betätigung und bei einer Betätigung gleichzeitig mit einem hydraulischen Verbraucher mit einem höheren typischen Lastdruck als Wertetripel abgelegt.
Das Drosselelement kann durch Steuernuten an einem stetig verstellbaren Steuerschieber eines Ventils ausgebildet sein, mit dem zugleich die Bewegungsrichtung eines hydraulischen Verbrauchers gesteuert wird. Das Drosselelement kann aber auch eine zusätzlich zu einem die Bewegungsrichtung steuernden Steuerkolben vorhanden und zwischen diesem und dem Druckanschluss der Verstellpumpe angeordnet sein.
Gemäß der Erfindung werden keine Koeffizienten oder Durchflussbeiwerte berechnet oder benötigt, da die Ansteuerung eines Drosselelements nur in Abhängigkeit von der angeforderten individuellen Druckfluidmenge und von dem erforderlichen Druckabfall über das Drosselelement erfolgt. Im elektronischen Steuergerät ist dazu zumindest für die Drosselelemente, die hydraulischen Verbrauchern zugeordnet sind, deren typischer Lastdruck nicht der höchste typische Lastdruck ist, jeweils ein Kennfeld abgespeichert, in dem die Stellung und damit der Druckflussquerschnitt des Drosselelements und das Ansteuersignal für das Drosselelement in Abhängigkeit von der angeforderten individuellen Druckfluidmenge und des erforderlichen Druckabfalls abgelesen werden kann. Wird ein hydraulischer Verbraucher alleine betätigt, so wird das Drosselelement in Abhängigkeit von der angeforderten Druckfluidmenge in Stellungen gebracht, die zu einem kleinen Druckabfall über das Drosselelement führen. Wird ein erster hydraulischer Verbraucher gleichzeitig mit einem zweiten hydraulischen Verbraucher betätigt, der einen höheren typischen Lastdruck hat, so wird das dem hydraulischen Verbraucher mit dem niedrigeren typischen Lastdruck zugeordnete Drosselelement in Abhängigkeit von der angeforderten Druckfluidmenge in Stellungen gebracht, die zu einem größeren Druckabfall über dieses Drosselelement führen, der Durchflussquerschnitt des Drosselelements ist also dann kleiner als bei einer alleinigen Betätigung des hydraulischen Verbrauchers mit dem niedrigeren typischen Lastdruck. Vorzugsweise wird das Drosselelement des ersten hydraulischen Verbrauchers so eingestellt, dass sich, wenn der Lastdruck des ersten hydraulischen Verbrauchers dessen typischer Lastdruck wäre, ein wenigstens annähernd um die Differenz zwischen dem typischen Lastdruck des zweiten hydraulischen Verbrauchers und dem typischen Lastdruck des ersten hydraulischen Verbrauchers höherer Druckabfall am Drosselelement einstellt.
Natürlich kann der tatsächliche Lastdruck eines hydraulischen Verbrauchers von dem typischen Lastdruck abweichen. Bei einer alleinigen Betätigung eines hydraulischen Verbrauchers wirkt sich das nicht auf den Druckabfall über das Drosselelement aus. Es ändert sich lediglich der Pumpendruck genauso wie sich der Lastdruck geändert hat. Denn bei einer vorgegebenen Druckfluidmenge und einem vorgegebenen Durchflussquerschnitt ergibt sich über diesen immer der gleiche Druckabfall. Werden dagegen mehrere hydraulische Verbraucher gleichzeitig betätigt, und weicht bei einem oder mehreren dieser hydraulischen Verbraucher der tatsächliche Lastdruck vom typischen Lastdruck ab, so wird die Summe der angeforderten Druckfluidmengen nicht mehr wie gewünscht unter den hydraulischen Verbrauchern aufgeteilt. Zum Beispiel fließt einem hydraulischen Verbraucher, dessen tatsächlicher Lastdruck niedriger als der typische Lastdruck zu Lasten der anderen Verbraucher mehr Druckfluidmenge als gewünscht zu. Der Bediener kann jedoch durch Änderung der Mengenvorgabesignale die gewünschte Mengenverteilung unter Erhaltung der Gesamtmenge einstellen.
Ein erfindungsgemäßes hydraulisches System kann in vorteilhafter Weise weiter ausgestaltet werden.
Können mehr als zwei hydraulische Verbraucher mit unterschiedlichen typischen Lastdrücken gleichzeitig betätigt werden, so sollte bei einer Betätigung eines ersten hydraulischen Verbrauchers gleichzeitig mit zwei oder mehr hydraulischen Verbrauchern, die jeweils einen höheren typischen Lastdruck als der erste hydraulische Verbraucher haben, für die Stellung des Drosselelements, das dem ersten hydraulischen Verbraucher zugeordnet ist, der spezifische Druckabfall maßgebend sein, der für eine Betätigung des ersten hydraulischen Verbrauchers mit demjenigen der gleichzeitig betätigten hydraulischen Verbraucher abgelegt ist, der den höchsten typischen Lastdruck hat.
Es ist günstig, wenn zumindest für einen hydraulischen Verbraucher die vorgegebenen Werte für den spezifischen Druckabfall am zugehörigen Drosselelement mit zunehmendem Durchflussquerschnitt des Drosselelements und damit zunehmender Durchflussmenge kleiner werden. Dadurch kann ein mit zunehmender Druckfluidmenge einhergehender zunehmender Druckabfall in einer Zuleitung zum Drosselelement kompensiert werden. Das Verhalten des spezifischen Druckabfalls kann auch für den hydraulischen Verbraucher mit dem höchsten typischen Lastdruck vorgesehen sein. Auch für den hydraulischen Verbraucher mit dem höchsten typischen Lastdruck ist dann ein Kennfeld im elektronischen Steuergerät abgespeichert.
Die Verstellpumpe wird von einer Leistungsquelle, die eine Verbrennungsmaschine, ein Elektromotor oder eine sonstige Maschine sein kann, angetrieben. Es ist nun günstig, wenn die Leistungsquelle, von der die Verstellpumpe antreibbar ist, hinsichtlich ihrer Drehzahl von dem elektronischen Steuergerät steuerbar ist. Die Verstellpumpe ist dann drehzahlvariabel antreibbar. Basierend auf Mengenvorgabesignalen, die zum Beispiel über einen Joystick von dem Bediener einer mobilen Arbeitsmaschine erzeugt werden, und einer daraus resultierenden Mengenanforderung können die Drehzahl der Leistungsquelle und damit die Drehzahl der Verstellpumpe und weiterhin das Hubvolumen der Verstellpumpe so eingestellt werden, dass ein Betrieb mit einem hohen Wirkungsgrad erhalten wird.
Es kann vorkommen, dass die Summe der bei einer gleichzeitigen Betätigung mehrerer hydraulischer Verbraucher angeforderten individuellen Druckfluidmengen größer ist als die von der Verstellpumpe auch bei maximalem Hubvolumen und gegebener Drehzahl geförderten Druckfluidmenge. Deshalb ist vorgesehen, dass im elektronischen Steuergerät die Summe der bei einer gleichzeitigen Betätigung mehrerer hydraulischer Verbraucher angeforderten individuellen Druckfluidmengen mit der von der Verstellpumpe maximal förderbaren Druckfluidmenge verglichen wird. Ist die Summe der angeforderten individuellen Druckfluidmengen größer als die maximal förderbare Druckfluidmenge, so werden die Ventilanordnungen der gleichzeitig betätigten hydraulischen Verbraucher in Abweichung von der Bedieneranforderung vom Steuergerät derart angesteuert, dass die Summe der Druckfluidmengen die von der Verstellpumpe maximal förderbare Druckfluidmenge nicht übersteigt.
Übersteigt bei einer gleichzeitigen Betätigung mehrerer hydraulischer Verbraucher die Summe der Druckfluidmengen gemäß Bedieneranforderung die von der Verstellpumpe maximal förderbare Druckfluidmenge, so liegt ein Fall der Unterversorgung vor. Es können nun die angeforderten individuellen Druckfluidmengen jeweils um den gleichen Faktor reduziert werden. Dann bleibt das Verhältnis der den hydraulischen Verbrauchern zufließenden Druckmittelmengen zueinander erhalten. Eine zusammengesetzte Bewegung, zum Beispiel die Bewegung eines Baggerlöffels wird dann unter Erhalt der Bewegungsbahn nur langsamer.
Das Hubvolumen der Verstellpumpe wird unter Berücksichtigung der Drehzahl der Verstellpumpe entsprechend der Summe der angeforderten individuellen Druckfluidmengen eingestellt wird. Insofern handelt es sich um eine mengengesteuerte Verstellpumpe.
Für die Mengensteuerung ist es günstig, wenn das Hubvolumen der Verstellpumpe proportional zu einem Ansteuersignal, insbesondere proportional zu einem elektrischen Ansteuersignal, mit dem ein Regelventil angesteuert wird, verstellbar ist. Liegt ein elektrisches Ansteuersignal vor, so spricht man auch von einer elektroproportionalen (EP-)-Regelung der Verstellpumpe. Dabei wird die Stellung eines das Hubvolumen bestimmenden Bauteils der Verstellpumpe als Kraft, die zum Beispiel von einer Feder ausgeübt wird, auf den Regelkolben eines Regelventils zurückgeführt, an dem gegen diese Kraft zum Beispiel ein Proportionalelektromagnet angreift. Je nach der Stärke eines durch den Proportionalelektromagneten fließen Stromes und somit je nach der Größer der Magnetkraft stellt sich in verschiedenen Positionen des das Hubvolumen bestimmenden Bauteils am Regelkolben des Regelventils ein Gleichgewicht zwischen der Federkraft und der Magnetkraft ein. Bei jedem gegebenen elektrischen Strom gelangt der Regelkolben des Regelventils somit in eine Regelstellung, in der das Hubvolumen der Verstellpumpe sich nicht ändert.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Stellung eines das Hubvolumen bestimmenden Bauteils der Verstellpumpe durch einen Hubvolumensensor erfassbar ist und ein Regelventil der Verstellpumpe als ein proportional betätigbares Wegeventil ausgebildet ist, das nur bei einer bestimmten Höhe des Ansteuersignals, zum Beispiel bei einer bestimmten Höhe des durch einen Proportionalelektromagneten fließenden Stroms, dem sogenannten Neutralstrom, eine Regelstellung einnimmt. Der Magnetstrom wird für eine Verkleinerung des Hubvolumens gegenüber dem Neutralstrom in die eine Richtung und für eine Vergrößerung des Hubvolumens in die andere Richtung verändert. Meldet der Hubvolumensensor, dass das das Hubvolumen bestimmenden Bauteils der Verstellpumpe seine neue Stellung erreicht hat, wird der Elektromagnet wieder mit dem Neutralstrom bestromt.
Der Mengenregelung der Verstellpumpe kann eine Druckregelung überlagert sein.
Für zumindest einen hydraulischen Verbraucher kann ein spezifischer Maximaldruck festgelegt sein, wobei bei gleichzeitiger Betätigung mehrerer hydraulischer Verbraucher mit verschiedenen spezifischen Maximaldrücken der höchste dieser spezifische Maximaldrücke für die Verstellung der Verstellpumpe maßgebend ist.
Das hydraulische System kann einen Drucksensor umfassen, mit dem der Pumpendruck am Druckanschluss der Verstellpumpe erfassbar ist und als elektrisches Signal an das elektronische Steuergerät gegeben wird. Das Signal des Drucksensors ist für eine Druckregelung nutzbar. Zusätzlich ist dann auch auf einfache Weise eine Leistungsbegrenzung möglich, indem im elektronischen Steuergerät durch Bildung des Produkts aus der Summe der angeforderten individuellen Druckfluidmengen und dem Pumpendruck die angeforderte Leistung ermittelt und mit einer angebotenen Leistung verglichen wird und die vom Steuergerät vorgegebenen individuellen Druckfluidmengen gegenüber den angeforderten individuellen Druckfluidmengen soweit verringert werden, dass mit den verringerten Druckfluidmengen die angebotene Leistung nicht überschritten wird.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Systems, verschiedene Diagramme zur Verdeutlichung der Funktionsweise und mehrere Varianten für die Regelung einer in dem System eingesetzten Verstellpumpe, die als Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise ausgebildet ist, sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen

1 das Ausführungsbeispiel mit drei hydraulischen Verbrauchern,
2 das Schaltbild einer Verstellpumpe mit einer elektroproportionalen Regelung des Schwenkwinkels und mit einer überlagerten Druckregelung,
3 das Schaltbild einer Verstellpumpe, bei der das Ausgangssignal eines Schwenkwinkelsensors zur Regelung der Winkelstellung der Schrägscheibe verwendet wird,
4 ein Diagramm, in dem Mengen und Drücke gegen den Hub des Steuerkolbens einer Ventilanordnung aufgetragen sind,
5 ein erstes Diagramm mit den Mengenanforderungen für zwei hydraulische Verbraucher, mit den den beiden hydraulischen Verbrauchern bei ausreichender Fördermenge der Verstellpumpe zufließenden Mengen und mit der Druckdifferenz über die den zwei hydraulischen Verbrauchern zugeordneten Drosselelementen und
6 ein zweites Diagramm mit den Mengenanforderungen für zwei hydraulische Verbraucher, mit den den beiden hydraulischen Verbrauchern bei Unterversorgung zufließenden Mengen und mit der Druckdifferenz über die den zwei hydraulischen Verbrauchern zugeordneten Drosselelementen,

Das hydraulische System umfasst eine Verstellpumpe 10 in Schrägscheibenbauweise. Die nur durch einen durch das Pumpensymbol gehenden Pfeil angedeutete Schrägscheibe 11 ist mit Hilfe einer Verstellvorrichtung 12 in ihrer Winkelstellung verstellbar. Durch eine Verstellung ändert sich das Hubvolumen der Verstellpumpe 10, also die pro Umdrehung einer Triebwelle 13 der Verstellpumpe geförderte Druckfluidmenge. Und zwar ist die Schrägscheibe 11 um eine senkrecht durch die Achse der Triebwelle 13 gehende Schwenkachse zwischen einer Stellung, in der die Gleitfläche für die Kolben der Verstellpumpe senkrecht oder nahezu senkrecht auf der Achse der Triebwelle 13 steht und einer maximalen Schrägstellung der Gleitfläche verstellbar. Die Verstellpumpe 10 saugt über einen Sauganschluss 14 Druckfluid aus einem Tank 15 an und fördert Druckfluid über einen Druckanschluss 16 in eine Pumpenleitung 17. Die Verstellpumpe 10 ist von einer Leistungsquelle 18, insbesondere von einem Verbrennungsmotor, zum Beispiel einem Dieselmotor, oder einem Elektromotor, antreibbar. Die Drehzahl der Leistungsquelle 18 und damit die Drehzahl der Verstellpumpe 10 wird von einem Drehzahlsensor 19 erfasst, der ein elektrisches Ausgangssignal abgibt.
Das hydraulische System umfasst außerdem drei Ventilanordnungen 25, 26 und 27. Die Ventilanordnung 25 weist als Komponente eines proportional verstellbaren 4/3-Wegeventils 28 einen Steuerkolben 29 auf, der in seine Längsrichtung stetig verschiebbar ist. Die Ventilanordnung 26 weist als Komponente eines proportional verstellbaren Wegeventils 30 einen Steuerkolben 31 auf, der in seine Längsrichtung stetig verschiebbar ist. Die Ventilanordnung 27 weist als Komponente eines proportional verstellbaren Wegeventils 32 einen Steuerkolben 33 auf, der ebenfalls in seine Längsrichtung stetig verschiebbar ist. Für die Wegeventile sind gleiche Schaltsymbole verwendet. Im Detail können sich die Wegeventile jedoch voneinander unterscheiden. Jedes Wegeventil 28, 29, 30 hat einen Pumpenanschluss P, der über ein Lasthalteventil 34 an die Pumpenleitung 16 angeschlossen ist, einen Tankanschluss T, der über eine Tankleitung 35 mit dem Tank 15 verbunden ist, sowie einen Arbeitsanschluss A und einen Arbeitsanschluss B. Bei jeder Ventilanordnung 25, 26, 27 ist zwischen dem Arbeitsanschluss A und dem Tankanschluss T ein erstes Druckbegrenzungs-Nachsaugventil 36 und zwischen dem Arbeitsanschluss B und dem Tankanschluss B ein zweites Druckbegrenzungs-Nachsaugventil 37 eingefügt.
Die Wegeventile 25, 26 und 27, genauer deren Steuerkolben 29, 31, 33 sind elektrohydraulisch proportional zu einem Ansteuersignal betätigbar. Ohne Ansteuersignal nimmt ein Steuerkolben eine federzentrierte Mittelstellung ein, in der er den Pumpenanschluss P, den Tankanschluss T und die beiden Arbeitsanschlüsse A und B mit positiver Überdeckung gegeneinander absperrt. Der Steuerkolben ist durch Ansteuerung eines Proportionalelektromagneten 40 in Richtung einer fluidischen Verbindung des Arbeitsanschlusses A mit dem Pumpenanschluss P und einer fluidischen Verbindung des Arbeitsanschlusses B mit dem Tankanschluss T gegen Federkraft verschiebbar, wobei der Verschiebeweg von der Höhe des durch den Elektromagneten 40 hindurchfließenden elektrischen Stroms abhängt. Letztendlich wirkt auf den Steuerkolben der Regeldruck eines in den Figuren der Einfachheit halber nicht gezeigten Druckreduzierventils, dessen Regelkolben von dem Elektromagneten in die eine Richtung und vom Regeldruck in die entgegengesetzte Richtung beaufschlagt wird. Es stellt sich somit jeweils ein solcher Regeldruck ein, dass die vom Regeldruck auf den Regelkolben ausgeübte Kraft genauso groß wie die Magnetkraft ist. Durch Ansteuerung eines Proportionalelektromagneten 41 in Richtung einer fluidischen Verbindung des Arbeitsanschlusses A mit dem Tankanschluss T und einer fluidischen Verbindung des Arbeitsanschlusses B mit dem Pumpenanschluss P gegen Federkraft verschiebbar.
Die Steuerkolben 29, 30, 31 sind in bekannter Weise mit Steuernuten versehen und öffnen bei einer Verschiebung aus der Mittelstellung nach einem kurzen Anfangshub für den Durchfluss von Druckfluid von dem Pumpenanschluss P zum Arbeitsanschluss A beziehungsweise zum Arbeitsanschluss B einen zunehmend größer werdenden Durchflussquerschnitt mit einer Drosselwirkung. Die Steuerkolben haben also eine Richtungsfunktion für den Fluss des Druckfluids und sind zugleich auch Drosselelemente.
Das hydraulische System nach 1 umfasst weiterhin drei hydraulische Verbraucher 45, 46 und 47, die im vorliegenden Fall als Differentialzylinder ausgebildete Hydrozylinder mit einer kolbenstangenseitigen, ringförmigen Zylinderkammer 48 und mit einer kolbenstangenabseitigen Zylinderkammer 49 sind, die einen kreisscheibenförmigen Querschnitt hat. Die Zylinderkammer 48 des Hydrozylinders 45 ist mit dem Arbeitsanschluss B und die Zylinderkammer 49 des Hydrozylinders 45 mit dem Arbeitsanschluss A des Wegeventils 25 fluidisch verbunden. Die Zylinderkammer 48 des Hydrozylinders 46 ist mit dem Arbeitsanschluss B und die Zylinderkammer 49 des Hydrozylinders 46 mit dem Arbeitsanschluss A des Wegeventils 26 fluidisch verbunden. Die Zylinderkammer 48 des Hydrozylinders 47 ist mit dem Arbeitsanschluss B und die Zylinderkammer 49 des Hydrozylinders 47 mit dem Arbeitsanschluss A des Wegeventils 27 fluidisch verbunden. Der Hydrozylinder 45 sei zum Beispiel ein Auslegerzylinder, der Hydrozylinder 46 der Stielzylinder und der Hydrozylinder 47 der Löffelzylinder eines Baggers, wobei der Auslegerzylinder den höchsten typischen Lastdruck, der Stielzylinder einen mittleren typischen Lastdruck und der Löffelzylinder den niedrigsten typischen Lastdruck habe. Wenn im Folgenden von einem Auslegerzylinder die Rede ist, so sei damit jeweils auch der übliche Aufbau mit zwei parallel zueinander angeordneten Auslegerzylindern umfasst. Es können noch weitere hydraulische Verbraucher, insbesondere auch ein Drehwerksmotor für die Drehung des Oberwagens eines Baggers gegenüber dem Fahrgestell.
Der Druck in der Pumpenleitung 17 wird durch einen Drucksensor 50 erfasst, der ein elektrisches Ausgangssignal abgibt.
Von der Pumpenleitung 17 zweigt ein Bypass-Strömungspfad 51 zum Tank 15 ab. In diesem Strömungspfad ist ein Cut-Ventil 52 angeordnet, das als 2/2 Wegeventil ausgebildet ist. Ein Ventilschieber des Cut-Ventils 52 nimmt unter der Wirkung einer Ventilfeder 53 eine Ruhestellung ein, in der das Cut-Ventil geöffnet ist und ist durch einen Proportionalelektromagneten 54 aus der Ruhestellung heraus stetig verstellbar, wobei sein Durchflussquerschnitt mit zunehmender Verstellung kleiner und schließlich zu null wird. Somit kann mit dem Cut-Ventil 52 eine Fluidverbindung zwischen der Druckseite der Verstellpumpe 10 und dem Tank 15 gesteuert werden. Die Größe des Ansteuersignals für das Cut-Ventil 52 ist mit der Ansteuerung der Wegeventile 28, 30 und 32 abgestimmt.
Die Proportionalelektromagnete 40 und 41 werden von einem elektronischen Steuergerät 57 angesteuert, dem Steuerbefehle von zwei von einer Bedienperson betätigten Joysticks 58 zugeleitet werden. Die Größe eines Steuerbefehls steht für eine Druckfluidmenge, die einem hydraulischen Verbraucher zufließen soll. Das elektronische Steuergerät 57 kommuniziert zudem mit einem Motorsteuergerät 59, von dem es die Information über die von dem Drehzahlsensor 19 erfasste Drehzahl der Verstellpumpe 10 erhält und über das es die Drehzahl der Leistungsquelle 18 und damit der Verstellpumpe 10 steuern kann. Dem Steuergerät 57 wird außerdem als Eingangssignal das elektrische Ausgangssignal des Drucksensors 50 zugeführt.
In einer ersten Variante ist die Verstellvorrichtung 12 für die Verstellpumpe 10 gemäß einer elektroproportionalen (EP-)Regelung mit überlagerter Druckregelung ausgebildet, wie dies in 2 dargestellt ist. Die Verstellvorrichtung 12 umfasst einen Stellkolben 63, der geradlinig verschiebbar ist und eine Stellkammer 64 begrenzt, der -gesteuert von zwei Regelventilen - Druckmittel zufließen und aus der Druckmittel über die Regelventile verdrängt werden kann. Der Stellkolben 63 liegt unter der Wirkung des in der Stellkammer 64 herrschenden Drucks an der Schrägscheibe 11 an und versucht, die Schrägscheibe 11 in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens zu verstellen.
In die Gegenrichtung wirkt auf die Schrägscheibe 11 eine Gegenfeder 65, die anders als in dem Schaltbild nach 2 dargestellt, nicht direkt am Stellkolben 63, sondern, an der Schrägscheibe 11 angreift. Ein Angriff der Gegenfeder am Stellkolben würde eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Stellkolben und der Schrägscheibe nach beiden Verstellrichtungen notwendig machen.
Auf eine Flanschfläche des strichpunktiert angedeuteten Pumpengehäuses 66 ist ein als Druckregler fungierendes Regelventil 67 aufgebaut, das einen Regelkolben 68 zur Regelung, genauer zur Begrenzung des Pumpendrucks aufweist. Der Regelkolben 68 ist von einer einstellbaren Regelfeder 69 in Richtung einer Ruheposition beaufschlagt, die in 2 gezeigt ist, und aus der Ruheposition stetig verstellbar. Er stellt mit dem nicht näher bezeichneten Gehäuse ein proportional verstellbares 3/2 Wegeventil dar.
Das Regelventil 67 hat in einer Montagefläche, mit der es auf der Flanschfläche aufliegt, einen Druckanschluss P, einen Steueranschluss A und einen Tankanschluss T. Der Druckanschluss P ist über eine Verbohrung innerhalb des Pumpengehäuses 66 mit einem zum Druckanschluss 16 der Verstellpumpe 10 führenden Hochdruckkanal fluidisch verbunden. Der Tankanschluss ist über eine Verbohrung innerhalb des Pumpengehäuses mit dem Inneren des Pumpengehäuses 66 und über einen Leckageanschluss des Pumpengehäuses in nicht näher gezeigter Weise mit einem Tank verbunden. Der Steueranschluss A ist über eine Verbohrung im Pumpengehäuse 66 mit der Stellkammerbohrung verbunden, in der der Stellkolben 63 verschiebbar geführt ist. Das Regelventil 67 kann über den Steueranschluss A Druckmittel vom Druckanschluss P her direkt der Stellkammer 64 zuführen oder Druckmittel aus der Stellkammer zum Tankanschluss T ablassen.
Der Regelkolben 68 des Druckreglers 67 wird gegen die Regelfeder 69 vom Pumpendruck beaufschlagt.
In der Ruhestellung des Druckreglers 67 ist dessen Steueranschluss A mit dem Tankanschluss T verbunden, so dass durch die Gegenfeder 65 Druckmittel aus der Stellkammer 64 verdrängt werden kann. Dadurch wird das Hubvolumen der Verstellpumpe vergrößert. Wird der Pumpendruck so hoch, dass er das Druckäquivalent der Regelfeder 69 übersteigt, so wird der Regelkolben 68 des Druckreglers 67 aus seiner Ruheposition bewegt, so dass über den Druckregler der Stellkammer 64 vom Druckanschluss P der Verstellpumpe 10 her Druckfluid zuführbar ist und das Hubvolumen der Verstellpumpe verringert wird.
Vom Steueranschluss A des Druckreglers 67 führt der Fluidpfad nicht direkt in die Stellkammer 64. Vielmehr ist in diesen Fluidpfad noch ein durch einen Proportionalelektromagneten 70 proportional betätigbares Regelventil 71 eingefügt, das als Einbaupatrone in die Stellkammerbohrung eingesetzt ist und die Stellkammer 64 auf der dem Stellkolben 63 gegenüberliegenden Seite begrenzt. Das Regelventil 71, salopp auch EP-Regler genannt, hat einen Druckanschluss, der direkt mit der Hochdruckseite der Verstellpumpe 10 verbunden ist, einen indifferenten Anschluss, der mit dem Steueranschuss A des Druckreglers 67 verbunden ist und einen Stellkammeranschluss, der mit der Stellkammer 64 verbunden ist. Ein Regelkolben 72 des Regelventils 71 wird von der Kraft einer zwischen dem Regelkolben 72 und dem Stellkolben 63 eingespannten Rückkopplungsfeder 73 in Richtung einer Ruhelage beaufschlagt, in der der Stellkammeranschluss mit dem Druckanschluss des Regelventils 71 verbunden ist. Die Kraft der Rückkopplungsfeder hängt dabei von der Position des Stellkolbens 63 und damit von der Position der Schrägscheibe 11 ab. Der Proportionalelektromagnet 70 vermag den Regelkolben 72 gegen die Rückkopplungsfeder 73 in Positionen zu verschieben, in der der Stellkammeranschluss mit dem indifferenten Anschluss und weiter über den Steueranschluss A des Druckreglers 67 mit dem Druckanschluss P oder mit dem Tankanschluss T des Druckreglers verbunden ist. Gegenüber dem in der Stellkammer 64 anstehenden Druck ist der Regelkolben 72 druckausgeglichen. Der in der Stellkammer herrschende Druck übt also keine resultierende Kraft auf den Regelkolben 72 aus. Der Regelkolben 72 nimmt eine Regelposition ein, wenn die von der Rückkopplungsfeder 73 ausgeübte Kraft genauso groß wie die Kraft des Proportionalelektromagneten 70 ist. Da die von der Rückkopplungsfeder 73 ausgeübte Kraft von der Position der Schrägscheibe 11 abhängt, wird somit proportional zu dem den Proportionalelektromagneten 70 fließenden Strom ein bestimmter Schwenkwinkel der Schrägscheibe 11 eingeregelt. Durch das Regelventil 71 ist also eine elektroproportionale Verstellung der Verstellpumpe realisiert.
Bei der in der 2 gezeigten Variante einer elektroproportionalen Verstellung hat das Regelventil 71 eine dritte Stellung, in die es bei einem Steuersignalverlust gelangt. Die Verstellpumpe wird bei einem Steuersignalverlust auf maximales Hubvolumen gestellt.
Die in 3 gezeigte Verstelleinrichtung 12 zur Verstellung der Schrägscheibe 11 der Verstellpumpe 10 umfasst einen einfachwirkenden Stellkolben 76, mit dem die Schrägscheibe im Sinne einer Verkleinerung der Schrägstellung und damit einer Verkleinerung des Hubvolumens verschwenkbar ist, und einen einfachwirkenden Gegenkolben 77, der zusammen mit einer Feder 78 die Schrägscheibe im Sinne einer Vergrößerung der Schrägstellung und damit einer Vergrößerung des Hubvolumens verschwenken kann und dessen wirksame Fläche kleiner ist als die wirksame Fläche des Stellkolbens 76. Eine den Gegenkolben 77 umgebende Gegenkammer 79 ist dauernd mit dem Druckanschluss P der Verstellpumpe 10 verbunden, so dass der Gegenkolben mit dem Pumpendruck beaufschlagt ist.
Der Zufluss und der Abfluss von Hydrauliköl zu und aus einer Stellkammer 80, in die der Stellkolben 76 eintaucht, wird durch ein als proportional verstellbares 3/2 Wegeventil ausgebildetes Regelventil 81 gesteuert, das einen Druckanschluss 82, der mit dem Druckanschluss P der Verstellpumpe verbunden ist, einen Tankanschluss 83, der mit dem Inneren des Pumpengehäuses 66 und darüber mit dem Tank 15 fluidisch verbunden ist. Das Regelventil 81 hat schließlich einen Stellkammeranschluss 84, der fluidisch mit der Stellkammer 80 verbunden ist. In einer Ruhestellung, die das Regelventil 81 unter der Wirkung einer Druckfeder 85 einnimmt, besteht ein großer Durchflussquerschnitt zwischen dem Stellkammeranschluss 84 und dem Tankanschluss 83. Durch einen Proportionalelektromagneten 86 kann das Regelventil 81 in Abhängigkeit von der Höhe des Magnetstromes gegen die Kraft der Druckfeder 85 verschieden weit aus der Ruhestellung herausbewegt werden. Bei einer bestimmten Höhe des durch den Proportionalelektromagneten 86 fließenden elektrischen Stroms nimmt ein nicht näher dargestellter Regelkolben des Regelventils 81 eine Regelstellung ein, in der der Stellkammeranschluss 84 mit einer kleinen negativen Überdeckung gegen den Druckanschluss 82 und gegen den Tankanschluss 83 weitgehend abgesperrt ist. In der Regelstellung wird nur der geringe aus der Stellkammer abfließende Leckagestrom ersetzt. Die Schrägstellung der Schrägscheibe 11 und damit das Hubvolumen der Verstellpumpe 10 ändern sich nicht. Den dann durch den Proportionalelektromagneten 86 fließenden Strom bezeichnet man deshalb auch als Neutralstrom.
Wird der durch den Proportionalelektromagneten 86 fließende elektrische Strom gegenüber dem Neutralstrom verringert, so vermag die Druckfeder 85 den Regelkolben aus der Regelposition in eine Position zu verschieben, in der der Stellkammeranschluss 84 zum Tankanschluss 83 hin offen ist. Die Größe des Durchflussquerschnitts hängt dabei davon ab, wie groß die Differenz zwischen dem Neutralstrom und dem augenblicklichen Strom ist. Es kann nun aus der Stellkammer 80 Hydrauliköl über den Stellkammeranschluss 84 und den Tankanschluss 83 verdrängt werden, so dass die Schrägstellung der Schrägscheibe 11 vergrößert wird. Wird der durch den Proportionalelektromagneten 86 fließende elektrische Strom gegenüber dem Neutralstrom erhöht, so vermag der Proportionalelektromagnet den Regelkolben aus der Regelposition in eine Position zu verschieben, in der der Stellkammeranschluss 84 zum Druckanschluss 82 hin offen ist. Die Größe des Durchflussquerschnitts hängt davon ab, wie groß die Differenz zwischen dem augenblicklichen Strom und dem Neutralstrom ist. Es kann nun der Stellkammer 80 vom Druckanschluss P der Verstellpumpe 10 her Hydrauliköl zufließen, so dass die Schrägstellung der Schrägscheibe 11 verkleinert wird.
Bei der Verstellpumpe 10 gemäß 3 wird der Schwenkwinkel der Schrägscheibe 11 durch einen Schwenkwinkelsensor 87 erfasst, der ein elektrisches Ausgangssignal an das elektronische Steuergerät 75 abgibt. Dieses vergleicht das dem Istwert des Schwenkwinkels entsprechende Ausgangssignal des Schwenkwinkelsensors 87 mit einem Sollwert und steuert das Regelventil 81 in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert des Schwenkwinkels an.
In dem elektronischen Steuergerät 57 wird aus den über einen Joystick 58 oder mehrere Joysticks 58 generierten Signalen für die den Hydrozylindern zuzuführenden individuellen Druckfluidmengen ein Summensignal gebildet, das der Summe aller vorgegebenen individuellen Druckfluidmengen entspricht. Aus dem Summensignal wird in dem Steuergerät 57 unter Berücksichtigung der Drehzahl der Verstellpumpe 10 ein Sollwert für den Schwenkwinkel der Schrägscheibe 11 der Verstellpumpe ermittelt. Bei der Variante nach 2 wird ein entsprechendes Steuersignal für das EP-Regelgerät 71 erzeugt. Bei der Variante nach 3 wird das Regelventil 81 angesteuert, bis der Schwenkwinkelsensor 87 signalisiert, dass der Istwert des Schwenkwinkels mit dem Sollwert übereinstimmt. Das Hubvolumen der Verstellpumpe 10 ist dann so eingestellt, dass diese bei der gegebenen Drehzahl die Summe aller vorgegebenen individuellen Druckfluidmengen fördert. Ändern sich die Drehzahl oder das Summensignal, so wird das Hubvolumen entsprechend verändert.
Mit Hilfe des Drucksensors 50 und des Steuergeräts 57 kann eine Leistungslimitierung der Verstellpumpe 10 erfolgen. Dazu wird in dem Steuergerät 57 das die angeforderte, von der Verstellpumpe und damit von der Leistungsquelle zu erbringende Leistung angebende Produkt aus der Summe der individuellen Druckfluidmengen und dem von dem Drucksensor 50 erfassten Pumpendruck mit einer im Voraus abgeleiteten, zur Verfügung stehenden Leistung verglichen. Falls die angeforderte Leistung höher ist als die zur Verfügung stehende Leistung, werden die individuellen Druckfluidmengen für die hydraulischen Verbraucher 45, 46, 47 soweit reduziert, dass die zur Verfügung stehende Leistung nicht überschritten wird.
In dem Diagramm nach 4 ist auf der Abszisse die Auswirkung eines Ansteuersignals für einen Steuerkolben eines Wegeventils 28, 30 oder 32 aufgetragen. Die Auswirkung besteht in einem in bar angegebenen Steuerdruck pst, mit dem der Steuerkolben beaufschlagt wird, einem in Millimeter angegebenen Hub, den der Steuerkolben aufgrund der Druckbeaufschlagung macht, und in einem in Quadratmillimeter angegebenen Durchflussquerschnitt A, den der Steuerkolben bei dem gemachten Hub öffnet. Auf der Ordinate sind die für einen hydraulischen Verbraucher angeforderte individuelle Druckfluidmenge Q in l/min, der Durchflussquerschnitt A_cut des Cutventils 52 in Quadratmillimeter und der für den hydraulischen Verbraucher zugelassene Maximaldruck p_Max in bar sowie die bei einer Einzelbetätigung eines hydraulischen Verbrauchers vorgegebene Druckdifferenz Δp in bar über den Durchflussquerschnitt des Steuerkolbens aufgetragen. Die Kurve 90 gibt die Beziehung zwischen dem Hub des Steuerkolbens und der angeforderten individuellen Druckmittelmenge an. Die Kurve 91 gibt die Beziehung zwischen dem Hub des Steuerkolbens und der über den vom Steuerkolben geöffneten Durchflussquerschnitt auftretenden Druckdifferenz Δp an. Man erkennt, dass der Durchflussquerschnitt jeweils so eingestellt wird, dass sich die Druckdifferenz Δp mit zunehmendem Hub des Steuerkolbens etwas verringert. Die Kurve 92 gibt die Beziehung zwischen dem Durchflussquerschnitt des Cutventils 52 und dem Hub des Steuerkolbens an. Man erkennt, dass das Cutventil zunächst weit offen ist und sich sein Durchflussquerschnitt zu verringern beginnt, kurz bevor der Steuerkolben den Anfangshub beendet hat und seinerseits beginnt, einen Durchflussquerschnitt zu öffnen. Mit zunehmendem Hub des Steuerkolbens verringert sich der Durchflussquerschnitt am Cutventil 52 weiter und wird schon weit vor dem maximalen Hub des Steuerkolbens zu null. Zusätzlich zur Mengen- und Druckabfallanforderung kann für einen hydraulischen Verbraucher auch ein verbraucherspezifischer Maximaldruck bestimmt sein. Die Kurve 93 in 4 zeigt die Abhängigkeit eines solchen Maximaldrucks vom Hub des Steuerkolbens. Man erkannt, dass der Maximaldruck bei geringem Hub des Steuerkolbens steil ansteigt und dann mit zunehmendem Hub des Steuerkolbens konstant bleibt.
Für die Variante mit verbraucherspezifischen Maximaldrücken ist der den Pumpendruck erfassende Drucksensor 50 von Vorteil. Die vorbestimmten maximalen Verbraucherdrücke der gleichzeitig betätigten hydraulischen Verbraucher werden durch Maximalbildung zu einer Größe verarbeitet, die Eingang in die Regelung der Verstellpumpe findet. Falls der von dem Drucksensor 50 erfasste aktuelle Pumpendruck höher sein sollte als der erlaubte Maximaldruck, wird die Fördermenge der Verstellpumpe 10 reduziert, bis die erlaubte Druckgrenze am Druckanschluss16 nicht mehr überschritten wird. Hierdurch wird eine Lastfühligkeit erhalten.
In 5 ist auf den beiden Abszissen die Zeit t aufgetragen. Die Kurve 94 gibt die Auslenkung eines Joysticks im Sinne einer Bewegung eines Baggerlöffels, die Kurve 95 die Auslenkung des Joysticks im Sinne einer Bewegung des Auslegers nach oben an. Man erkennt, dass zunächst nur der Löffelzylinder 47 und nach einer gewissen Zeit auch der Auslegerzylinder 45 betätigt werden. Und zwar bleibt die Auslenkung des Joysticks nach einer anfänglichen Zunahme jeweils konstant. Da die Größe der Auslenkung des Joysticks das Maß für die dem Löffelzylinder 47 zuzuführende Druckfluidmenge ist, steigt diese anfänglich an und bleibt dann konstant, wie die Kurve 96 zeigt. Nach einer Auslenkung des Joysticks im Sinne einer Bewegung des Auslegers steigt die zum Auslegerzylinder 45 fließende Druckfluidmenge ebenfalls anfänglich an und bleibt dann konstant, wie die Kurve 97 zeigt. Die zusätzliche Bewegung des Auslegers beeinflusst nicht die dem Löffelzylinder 47 zufließende Druckfluidmenge, da die Verstellpumpe 10 die Summe der den gleichzeitig betätigten Zylindern 45 und 47 zufließenden Druckfluidmengen zu fördern vermag. Allerdings hat der Löffelzylinder 47 einen kleineren typischen Lastdruck als der Auslegerzylinder 45. Deshalb wird bei zusätzlicher Ansteuerung des Auslegerzylinders der Hub des Steuerkolbens 33 des Wegeventils 32 und damit auch der Durchflussquerschnitt an diesem Steuerkolben verkleinert. Der Druckabfall wird größer im Vergleich zu dem Druckabfall bei alleiniger Betätigung des Löffelzylinders 47. Den Druckabfall über den Steuerkolben 33 des Wegeventils 32 zeigt die Kurve 98 und den Druckabfall über den Steuerkolben 29 des Wegeventils 28 zeigt die Kurve 99 aus 5.
In 6 ist auf den beiden Abszissen ebenfalls die Zeit t aufgetragen. Die Kurve 100 gibt die Auslenkung eines Joysticks im Sinne einer Bewegung des Auslegers, die Kurve 101 die Auslenkung des Joysticks im Sinne einer Bewegung des Drehwerks eines Baggers an. Und zwar bleibt wiederum wie in 5 die jeweilige Auslenkung des Joysticks nach einer anfänglichen Zunahme konstant. Der typische Lastdruck des Auslegerzylinders 45 ist geringer als der typische Lastdruck des Drehwerks. Man erkennt, dass zunächst nur der Auslegerzylinder 45 und nach einer gewissen Zeit auch das Drehwerk betätigt werden. Die Druckfluidmenge für den Auslegerzylinder 45, die durch Kurve 102 gezeigt ist, steigt mit der Auslenkung des Joysticks an und ist dann auf einem dem Maß der konstanten Auslenkung des Joysticks entsprechenden Niveau ebenfalls konstant. Nach einer Auslenkung des Joysticks im Sinne einer Bewegung des Drehwerks steigt die zum Drehwerk fließende Druckfluidmenge ebenfalls anfänglich an und bleibt dann konstant, wie die Kurve 103 zeigt. Allerdings ist die Summe der für den Auslegerzylinder 45 und den nicht näher gezeigten Hydromotor des Drehwerks entsprechend den Auslenkungen des Joysticks oder der Joysticks angeforderten Druckfluidmengen größer als die von der Verstellpumpe 10 maximal förderbare Druckfluidmenge. Deshalb wird der Hub des Steuerkolbens 29 des Wegeventils 28, das dem Auslegerzylinder 45 zugeordnet ist, bei Betätigung des Drehwerks soweit verringert, dass die die dem Auslegerzylinder 45 zufließende Druckfluidmenge ab der Betätigung des Drehwerks weniger wird und schließlich auf einem niedrigeren Niveau wieder konstant ist. Dem Auslegerzylinder 45 und dem Drehwerksmotor fließen nun Druckfluidmengen zu, die gegenüber den angeforderten Druckfluidmengen verhältnisgleich reduziert sind. Durch die Betätigung des Drehwerks ist somit nicht nur der Druckabfall über den Steuerkolben 29 des Wegeventils 28 größer geworden als bei einer alleinigen Betätigung des Auslegerzylinders, sondern es ist auch die dem Auslegerzylinder zufließende Druckfluidmenge kleiner geworden. Der Druckabfall über den Steuerkolben 29 des Wegeventils 28 ist durch die Kurve 104 gezeigt. Die Kurve 105 zeigt den Druckabfall über ein Drosselelement für die Steuerung des Drehwerkmotors.
Bezugszeichenliste

10: Verstellpumpe
11: Schrägscheibe von 10
12: Verstellvorrichtung für 11
13: Triebwelle von 10
14: Sauganschluss von 10
15: Tank
16: Druckanschluss von 10
17: Pumpenleitung
18: Leistungsquelle
19: Drehzahlsensor
25: Ventilanordnung
26: Ventilanordnung
27: Ventilanordnung
28: 4/3-Wegeventils
29: Steuerkolben von 28
30: 4/3-Wegeventils
31: Steuerkolben von 28
32: 4/3-Wegeventils
33: Steuerkolben von 28
34: Lasthalteventil
35: Tankleitung
36: erstes Druckbegrenzungs-Nachsaugventil
37: zweites Druckbegrenzungs-Nachsaugventil
40: Proportionalelektromagnet
41: Proportionalelektromagnet
45: Hydrozylinder
46: Hydrozylinder
47: Hydrozylinder
48: kolbenstangenseitige, ringförmige Zylinderkammer von 45, 46, 47
49: kolbenstangenabseitige Zylinderkammer von 45, 46, 47
50: Drucksensor
51: Bypass-Strömungspfad zwischen 17 und 15
52: Cut-Ventil
53: Ventilfeder von 52
54: Proportionalelektromagneten
57: elektronisches Steuergerät
58: Joystick
59: Motorsteuergerät
63: Stellkolben
64: Stellkammer
65: Gegenfeder
66: Pumpengehäuse
67: Regelventil
68: Regelkolben von 67
69: Regelfeder
70: Proportionalelektromagnet
71: Regelventil
72: Regelkolben von 71
73: Rückkopplungsfeder
76: Stellkolben
77: Gegenkolben
78: Feder
79: Gegenkammer
80: Stellkammer
81: Regelventil
82: Druckanschluss von 81
83: Tankanschluss von 81
84: Stellkammeranschluss von 81
85: Druckfeder
86: Proportionalelektromagnet
87: Schwenkwinkelsensor
90: Kurve angeforderte Druckfluidmenge über Steuerkolbenhub
91: Kurve Druckdifferenz gegen Steuerkolbenhub
92: Kurve Durchflussquerschnitt des Cutventils gegen Steuerkolbenhub
93: Kurve Maximaldruck gegen Steuerkolbenhub
94: Kurve Auslenkung eines Joysticks gegen die Zeit
95: Kurve Auslenkung des Joysticks gegen die Zeit
96: Kurve Druckfluidmenge zu Löffelzylinder 47 gegen die Zeit
97: Kurve Druckfluidmenge zu Auslegerzylinder 45 gegen die Zeit
98: Kurve Druckabfall am Steuerkolben 33 gegen die Zeit
99: Kurve Druckabfall am Steuerkolben 29 gegen die Zeit
100: Kurve Auslenkung eines Joysticks gegen die Zeit
101: Kurve Auslenkung des Joysticks gegen die Zeit
102: Kurve Druckfluidmenge zu Auslegerzylinder 45 gegen die Zeit
103: Kurve Druckfluidmenge zu Drehwerk gegen die Zeit
104: Kurve Druckabfall am Steuerkolben 29 gegen die Zeit
105: Kurve Druckabfall am Drosselelement eines Drehwerks gegen die Zeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017210703 A1 [0002]
US 9303387 B2 [0002]

Claims

Hydraulisches System, das eine Verstellpumpe (10) mit einem verstellbarem Hubvolumen sowie mit einem Druckanschluss (16) und mit einem Sauganschluss (14), mehrere hydraulische Verbraucher (45, 46, 47), die von der Verstellpumpe (10) mit Druckfluid versorgbar sind und von denen jeder einen anderen typischen Lastdruck hat, und mehrere über ein elektronisches Steuergerät (57) entsprechend den für die hydraulischen Verbraucher (45, 46, 47) angeforderten individuellen Druckfluidmengen ansteuerbare und elektrohydraulisch betätigbare Ventilanordnungen (25, 26, 27) umfasst, von denen jede ein hinsichtlich des Durchflussquerschnitts stetig verstellbares Drosselelement (29, 31, 33) aufweist, über das einem hydraulischen Verbraucher (45, 46, 47) die geforderte individuelle Druckfluidmenge unter Bildung einer Druckdifferenz zuführbar ist, wobei das Drosselelement eines ersten hydraulischen Verbrauchers bei Betätigung eines weiteren hydraulischen Verbrauchers mit einem höheren typischen Lastdruck derart eingestellt wird, das die Drosselwirkung stärker ist als bei einer alleinigen Betätigung des ersten hydraulischen Verbrauchers, dadurch gekennzeichnet, dass für einen hydraulischen Verbraucher (46, 47), der einen gegenüber dem höchsten typischen Lastdruck niedrigeren typischen Lastdruck hat, in dem elektronischen Steuergerät (57) die Stellungen und damit die Durchflussquerschnitte des Drosselelements (31, 33), die dem hydraulischen Verbraucher (46, 47) mit dem niedrigeren typischen Lastdruck zuzuführenden Druckfluidmengen und die für den hydraulischen Verbraucher (46, 47) mit dem niedrigeren typischen Lastdruck die bei diesem Lastdruck spezifischen Druckabfälle über das Drosselelement (31, 33) bei einer alleinigen Betätigung und bei einer Betätigung gleichzeitig mit einem hydraulischen Verbraucher (45, 46) mit einem höheren typischen Lastdruck als Wertetripel abgelegt sind.
Hydraulisches System nach Patentanspruch 1, wobei bei einer Betätigung eines ersten hydraulischen Verbrauchers (46, 47) gleichzeitig mit zwei oder mehr hydraulischen Verbrauchern (45, 46), die jeweils einen höheren typischen Lastdruck als der erste hydraulische Verbraucher (46, 47) haben, für die Stellung des Drosselelements (31, 33), das dem ersten hydraulischen Verbraucher (46, 47) zugeordnet ist, für die Betätigung des ersten hydraulischen Verbrauchers (46, 47) dessen spezifischer Druckabfall maßgebend ist, der für eine Betätigung mit demjenigen der gleichzeitig betätigten hydraulischen Verbraucher (45, 46) abgelegt ist, der den höchsten typischen Lastdruck hat.
Hydraulisches System nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei zumindest für einen hydraulischen Verbraucher (45, 46, 47) die vorgegebenen Werte für den spezifischen Druckabfall am zugehörigen Drosselelement (29, 31, 33) mit zunehmendem Durchflussquerschnitt des Drosselelements (29, 31, 33) kleiner werden.
Hydraulisches System nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei eine Primärenergiequelle (18), von der die Verstellpumpe (10) antreibbar ist, hinsichtlich ihrer Drehzahl von dem elektronischen Steuergerät (57) steuerbar ist.
Hydraulisches System nach Patentanspruch 4, wobei die Primärenergiequelle (18) hinsichtlich ihrer Drehzahl und die Verstellpumpe (10) hinsichtlich ihres Hubvolumens derart gesteuert werden, dass ein Betrieb mit einem hohen Wirkungsgrad vorliegt.
Hydraulisches System nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei im elektronischen Steuergerät (57) die Summe der bei einer gleichzeitigen Betätigung mehrerer hydraulischer Verbraucher (45, 46, 47) angeforderten individuellen Druckfluidmengen mit der von der Verstellpumpe (10) maximal förderbaren Druckfluidmenge verglichen wird und wobei die Ventilanordnungen (25, 26, 27) der gleichzeitig betätigten hydraulischen Verbraucher (45, 46, 47) in Abweichung von der Bedieneranforderung vom Steuergerät (57) derart angesteuert werden, dass die Summe der Druckfluidmengen die von der Verstellpumpe (10) maximal förderbare Druckfluidmenge nicht übersteigt.
Hydraulisches System nach Patentanspruch 6, wobei die bei einer gleichzeitigen Betätigung mehrerer hydraulischer Verbraucher (45, 46, 47) die angeforderten individuellen Druckfluidmengen jeweils um den gleichen Faktor reduziert werden, wenn die Summe der Druckfluidmengen gemäß Bedieneranforderung die von der Verstellpumpe (10) maximal förderbare Druckfluidmenge übersteigt.
Hydraulisches System nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei das Hubvolumen der Verstellpumpe (10) unter Berücksichtigung der Drehzahl der Verstellpumpe (10) entsprechend der Summe der angeforderten individuellen Druckfluidmengen eingestellt wird und die Verstellpumpe (10) somit mengengesteuert ist.
Hydraulisches System nach Patentanspruch 8, wobei das Hubvolumen der Verstellpumpe (10) proportional zu einem Ansteuersignal, mit dem ein Regelventil (71) angesteuert wird, verstellbar ist.
Hydraulisches System nach Patentanspruch 8, wobei die Stellung eines das Hubvolumen bestimmenden Bauteils (11) der Verstellpumpe (10) durch einen Hubvolumensensor (87) erfassbar ist und ein Regelventil (81) der Verstellpumpe (10) als ein proportional betätigbares Wegeventil ausgebildet ist, das nur bei einer bestimmten Höhe des Ansteuersignals eine Regelstellung einnimmt.
Hydraulisches System nach einem der Patentansprüche 8 bis 10, wobei der Mengenregelung der Verstellpumpe (10) eine Druckregelung überlagert ist.
Hydraulisches System nach Patentanspruch 11, wobei für zumindest einen hydraulischen Verbraucher (45, 46, 479 ein spezifischer Maximaldruck festgelegt ist und wobei bei gleichzeitiger Betätigung mehrerer hydraulischer Verbraucher (45, 46, 47) mit verschiedenen spezifischen Maximaldrücken der höchste dieser spezifische Maximaldrücke für die Verstellung der Verstellpumpe (10) maßgebend ist.
Hydraulisches System nach einem der Patentansprüche 8 bis 12, wobei ein Drucksensor (50) vorhanden ist, mit dem der am Druckanschluss (16) anstehende Pumpendruck der Verstellpumpe (10) erfassbar ist und als elektrisches Signal an das elektronische Steuergerät (57) gegeben wird, wobei im elektronischen Steuergerät (57) durch Bildung des Produkts aus der Summe der angeforderten individuellen Druckfluidmengen und dem Pumpendruck die angeforderte Leistung ermittelt und mit einer angebotenen Leistung verglichen wird und wobei die vom elektronischen Steuergerät (57) vorgegebenen individuellen Druckfluidmengen gegenüber den angeforderten individuellen Druckfluidmengen soweit verringert sind, dass mit den verringerten Druckfluidmengen die angebotene Leistung nicht überschritten wird.