DE3716200C2 - Steuer- und Regeleinrichtung für ein hydrostatisches Antriebsaggregat und Verfahren zum Betreiben eines solchen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuer- und Regeleinrichtung für ein hydrostatisches Antriebsaggregat gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 und weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Steuer- und Regeleinrichtung.

Eine gattungsbildende Steuer- und Regeleinrichtung für ein hydrostatisches Antriebsaggregat ist in der EP 0 053 323 beschrieben. Jedem Verbraucher ist ein in Zwischenstellungen drosselndes Wegeventil zugeordnet, das mittels eines Steuerdruckgebers beaufschlagbar ist. Die Öffnungswerte des Wegeventils bestimmt hierbei die Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauches. Durch das Druckgefälle an der Drosselstelle dieses Wegeventils wird das Einstellorgan der Pumpe im Sinne einer Bedarfsstromregelung angesteuert. Um bei einer Ansteuerung mehrere Verbraucher, wobei in diesem Betriebszustand an den einzelnen Verbrauchern immer unterschiedliche Drücke anstehen werden, zu erzielen, daß jeder Verbraucher sich lastunabhängig mit der gewünschten Geschwindigkeit bewegt, ist jedem Verbraucher eine einstellbare hydraulische Drosselstelle zugeordnet, die von einem Steuerdruck beaufschlagt wird, dessen Höhe von dem Druck des mit dem höchsten Druck arbeitenden Verbrauchers bestimmt ist.

Der Förderstrom der Pumpe muß in einem derartigen Betriebszustand mehrere Drosselstellen durchfließen, wodurch systembedingte Drosselverluste auftreten und ein Teil der Energie vernichtet wird. Weiterhin erfordern die hydraulischen Steuerdruckleitungen einen großen Bauaufwand.

Aus der DE 33 13 623 A1 ist eine Steuerung für hydraulische Antriebe mit einer Konstantpumpe und einem einzelnen Verbraucher bekannt, bei dem die Istgeschwindigkeit des Verbrauches und die Sollgeschwindigkeit in einer elektronischen Steuereinrichtung miteinander verglichen werden und ein Abgleich durch Verstellen eines elektrisch gesteuerten Proportionalventils vorgenommen wird. Die Pumpe liefert dabei einen stets gleichbleibenden Förderstrom, der je nach Geschwindigkeitsregelabweichung und somit je nach Stellung des Proportionalventils zwischen dem Verbraucher und dem Tank aufgeteilt wird. Durch Drosseln des dem Verbraucher zu fließenden Volumenstroms wird somit der Geschwindigkeitsistwert des Verbrauches dem Geschwindigkeitssollwert unter Verwendung einer elektronischen Steuereinrichtung angepaßt. Der überschüssige Volumenstrom wird über ein Druckbegrenzungsventil zum Tank abgeleitet, wodurch hydraulische Energie in erheblichem Umfang in Wärme umgewandelt wird. Hierbei handelt es sich jedoch um eine Drosselsteuerung, die erhebliche Energieverluste verursacht.

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Steuer- und Regeleinrichtung ist bekannt, mehreren Verbrauchern einen gemeinsamen Geschwindigkeitssollwert vorzugeben und eine Einrichtung vorzusehen, die dafür sorgt, daß nach einem Sollwert-Istwert- Vergleich die Istgeschwindigkeiten der Verbraucher einander angeglichen werden. Eine derartige Gleichlaufsteuerung mehrerer Verbraucher kann beispielsweise durch das Anhalten des zu schnellen Verbrauches erzielt werden. Dazu wird ein Schaltventil in Sperrstellung geschaltet, wodurch der überschüssige Volumenstrom über ein zusätzliches Schaltventil oder ein Druckbegrenzungsventil zum Tank fließt. Weiterhin kann ein Gleichlauf mehrerer Verbraucher durch ein Versorgen des zu langsamen Verbrauches mit einer zusätzlichen Menge Druckmittel erzielt werden. Der zusätzliche Volumenstrom wird dem Hauptstrom entnommen und dem langsameren Verbraucher mit Hilfe eines Ausgleichsventils und eines drosselnden Korrektur-Mengenregler zugeführt (Firmenschrift Kracht: Volutronic, Statische und dynamische Volumenstrommessung, neue Steuerungstechniken und Anwendungen für Hydraulik, Seite 1 bis 7).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuer- und Regeleinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen zu schaffen, mit der bzw. dem mit geringerem Energieverlust gearbeitet wird, die bei gattungsgemäßen Steuer- und Regeleinrichtungen in Form von Drosselverlusten systembedingt auftreten.

Diese Aufgabe wird durch eine Steuer- und Regeleinrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst. Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Steuerung und Regeleinrichtung ist folgende: Wird ein einzelner Verbraucher, beispielsweise ein Zylinder eines Baggers, beaufschlagt, so wird mit dem Geschwindigkeitssollwertgeber eine bestimmte Bewegungsgeschwindigkeit vorgegeben. In der elektronischen Steuereinrichtung wird der sich einstellende Geschwindigkeitsistwert mit dem vorgegebenen Geschwindigkeitssollwert verglichen und über die elektronische Steuereinrichtung in Abhängigkeit der Geschwindigkeitsregelabweichung das Einstellorgan der Pumpe derart eingestellt, daß der Pumpenförderstrom genauso groß ist, daß sich am Verbraucher die gewünschte Geschwindigkeit einstellt, das heißt, der Geschwindigkeitsistwert dem Geschwindigkeitssollwert entspricht. Das Drosselventil ist dabei voll geöffnet, so daß an diesem keine Energieverluste entstehen.

Werden mehrere Verbraucher betätigt, beispielsweise neben einem ersten Zylinder ein zweiter Arbeitszylinder zugeschaltet, so wird die Kraft an der Kolbenstange und somit der in dem Arbeitszylinder erforderliche Druck in den betätigten Zylinder nicht zwangsläufig gleich sein. Dadurch strömt der von der Pumpe geförderte Strom zunächst in den Zylinder, in dem eine Kolbenverschiebung schon mit geringerem Druck möglich ist, mit der Folge, daß sich in diesem Zylinder ein hoher Geschwindigkeitsistwert ergibt. Dieses hohe Geschwindigkeitsistwertsignal wird dann in der elektrischen Steuereinrichtung ausgewertet und abhängig von diesem Signal das diesem Verbraucher zugeordnete elektromagnetische Drosselventil in eine drosselnde Stellung angesteuert, mit der Folge, daß einerseits diesem Arbeitszylinder ein geringerer Strom zufließt und folglich dem anderen Arbeitszylinder wieder ein größerer Strom zufließt, so daß sich an beiden Zylindern der jeweils gewünschte Geschwindigkeitsistwert einstellt. Durch die Drosselung in dem angesteuerten Drosselventil des mit dem geringeren Druck arbeitenden Verbrauchers wird vor diesem Drosselventil ein Druck angestaut, der dem Druck entspricht, mit dem der mit höheren Druck arbeitende Verbraucher arbeiten muß. Das jeweils dem mit höherem Druck arbeitenden Verbraucher zugeordnete elektromagnetische Drosselventil bleibt jedoch voll geöffnet. Die Geschwindigkeitsregelabweichung des Verbrauchers, dessen Geschwindigkeitswert unter dem Geschwindigkeitssollwert liegt, steuert dabei das Einstellorgan der Pumpe an.

Durch Wahl der Zylinderdurchmesser und der Hebelarmlängen, an dem die Kolbenstangen angreifen, kann konstruktiv vorbestimmt werden, in welchem Zylinder bei welchen bestimmten Betriebszuständen der höhere und in welchem der niedrigere Druck erforderlich sein wird, so daß es möglich sein wird, dort, wo am häufigsten ein hoher Strom fließt, die geringsten Drosselverluste zu erzielen. Insgesamt wirkt die elektronische Steuereinrichtung mit den Drosselventilen als eine Lastenverteileinrichtung. Durch die vollständig geöffneten Drosselstellen des Verbrauches mit einem zu niedrigen Geschwindigkeitsistwert werden Drosselverluste vermieden.

Bei einem Antriebsaggregat, bei dem jeder Verbraucher in beide Bewegungsrichtungen betreibbar ist und mit einem Richtungsumschaltventil verbunden ist, ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß in beiden Verbraucheranschlußleitungen je ein von der elektronischen Steuereinrichtung steuerbares elektromagnetisches Drosselventil angeordnet ist.

Die Drosselventile sind somit in die Zulaufleitungen zu den einzelnen Verbrauchern, und in den Rücklaufleitungen angeordnet, wobei diese gemeinsam oder einzeln angesteuert werden können.

Bei Verwendung eines im Bremsbetrieb betreibbaren Verbraucher ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ablaufleitung des Verbrauchers an ein von der elektronischen Steuereinrichtung gesteuertes Druckbegrenzungsventil angeschlossen ist. Dadurch kann eine Bremsschaltung erzielt werden. Beim Erreichen einer zu hohen Geschwindigkeit des Verbrauchers im Bremszustand wird das durch Rückschlagventile in der Abflußleitung des Verbrauchers ein Staudruck bewirkt, der eine bremsende Wirkung erzeugt.

Bei einer Steuer- und Regeleinrichtung für ein Antriebsaggregat mit einem Verbraucher mit einer rotierenden Welle wird in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß an die Pumpenförderzweigleitung zwischen dem diesem Verbraucher zugeordneten Drosselventil und dem Verbraucher ein elektrischer, an die elektronische Steuereinrichtung angeschlossener, ein Mindestdrucksignal gebender Druckschalter angeschlossen ist. Sobald der Druck in der Förderzweigleitung einen Grenzwert unterschreitet, gibt der Druckschalter ein Mindestdrucksignal ab, in dessen Abhängigkeit ein Druckbegrenzungsventil gehalten oder das Fördervolumen der Pumpe verändert werden kann. Dadurch wird Kavitation während eines Bremszustandes vermieden.

Im Grundprinzip ist bei der Steuer- und Regeleinrichtung für ein Antriebssystem gemäß der Erfindung, insbesondere für ein Antriebssystem für einen Bagger, ein geschlossenes Regelsystem vom Geschwindigkeitssollwertgeber zum Verbraucher gegeben. Das heißt die beispielsweise vom Baggerführer am als Geschwindigkeitssollwertgeber dienenden Kommandohebel angesteuerte Bewegung des Endverbrauchers wird vom Geschwindigkeitsistwertgeber des Verbrauchers zurückgemeldet und die zum Einstellen der Pumpe auf den erforderlichen Förderstrom benötigten Einstellwerte der Zwischenglieder zwischen Primärenergiequelle und Verbraucher, nämlich Stellzylinder der Pumpe, Drosselventil, Richtungsventil werden von der elektronischen Steuereinrichtung angesteuert. Das gilt nicht nur wenn nur ein Verbraucher angesteuert ist, sondern gilt auch bei Ansteuern mehrerer Verbraucher gleichzeitig bzw. bei Zuschalten eines weiteren Verbrauchers. In jedem Fall wird das Summensignal aller Verbrauchergeschwindigkeiten, sowohl die Summe der Sollgeschwindigkeiten wie die Summe der Istgeschwindigkeiten, so geregelt, daß der Mengenstrombedarf und damit der Förderstrom der Pumpe exakt dem Bedarf der Verbraucher angepaßt wird, wobei Drosselverluste in Drosselstellen minimiert sind.

Für den Geschwindigkeitsistwertgeber ergeben sich unterschiedliche Ausgestaltungsmöglichkeiten. Es ist möglich, den dem einzelnen Verbraucher zufließenden hydraulischen Strom mit üblichen hydraulischen Strommessern, beispielsweise umlaufenden und abgebenden Flügelrädern, wie sie in Zapfsäulen verwendet werden, zu messen. Weiterhin ist es möglich, die jeweilige Lage der Kolbenstange zu messen und aus der Änderung der Lage der Kolbenstange die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens zu errechnen. Derartige Geber, die ein von der Lage des Kolbens im Zylinder abhängiges Signal abgeben, sind ebenfalls an sich bekannt (DE-OS 33 24 584; DE-OS 18 07 174).

Die obengenannte Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Steuer- und Regeleinrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 5 gelöst.

Bei Betrieb mit nur einem Verbraucher wird vom Baggerführer durch Betätigung des Kommandohebels eine Bewegung dieses Endverbrauchers angesteuert. In diesem Fall wird durch die elektronische Steuereinrichtung das zugehörige Richtungsventil angesteuert. Danach wird der Förderstrom der einstellbaren Pumpe derart angesteuert, wie es dem am Kommandohebel vorgegebenen Geschwindigkeitssollwert entspricht und die zugehörigen Stellglieder, nämlich Drosselventil und Richtungsventil werden voll geöffnet. Gleichzeitig wird am Verbraucher der Geschwindigkeitsistwert ermittelt und mit dem Sollwert des Kommandohebels in der elektronischen Steuereinrichtung verglichen. Bei einer auftretenden Differenz zwischen Istwert und Sollwert wird das Pumpenhubvolumen pro Umdrehung so lange nachgeführt, bis die Differenz zwischen Geschwindigkeitssollwert und Geschwindigkeitsistwert gleich Null ist. Da die übrigen Verstellglieder, nämlich Drosselventil, Richtungsventil voll geöffnet sind, entstehen an ihnen keinerlei zusätzliche Drosselverluste.

Wird vom Baggerführer ein weiterer Kommandohebel betätigt, um gleichzeitig zwei Verbraucher zu beaufschlagen, so werden für den zusätzlich zugeschalteten Verbraucher auch zuerst Richtungsventil und Verbraucherdrosselventil geöffnet.

Gleichzeitig wird die Pumpe durch das Summensignal der foroderten Mengenströme von erstem und zweitem Verbraucher angesteuert. Da im Regelfall die einzelnen Verbraucher unterschiedlichen Druckbedarf haben, wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers mit dem niedrigeren Druckbedarf höher sein als seine Sollgeschwindigkeits. Das hat zur Folge, daß die Zulaufmenge zu diesem mit niedrigerem Druck arbeitenden Verbraucher mittels des Droselventiles angedrosselt werden muß, bis an diesem Verbraucher der Geschwindigkeitsistwert dem Geschwindigeitssollwert entspricht. Gleichzeitig wird der Verbraucher mit dem höheren Druckbedarf einen zu niedrigen Geschwindigkeitsistwert aufweisen. Dieser Verbraucher wird nunmehr signaltechnisch bezüglich der Steuereinheit als Führungsverbraucher definiert, das heißt sein Verbraucherdrosselventil bleibt voll geöffnet und seine Geschwindigkeitsregelabweichung wird zur Nachsteuerung der Pumpe verwendet. Dies bewirkt, daß dieser Verbraucher ohne Leistungsverluste betrieben wird, während der Mengenbedarf des zweiten Verbrauchers über das Verbraucherdrosselventil geregelt wird.

Wird nunmehr ein dritter Verbraucher zugeschaltet, so ergibt sich zunächst in Bezug auf diesen dritten Verbraucher die gleiche Wirkung wie in Bezug auf den zweiten Verbraucher. Es kann jedoch der Fall auftreten, daß die Geschwindigkeitsistwerte von zwei Verbrauchern beide kleiner sind als die Sollwerte. In diesem Fall werden dann die Drosselventile dieser beiden Verbraucher voll aufgesteuert und die Pumpe weiter auf größeres Fördervolumen pro Umdrehung eingestellt. Nach einiger Zeit wird einer dieser beiden Verbraucher dann einen zu hohen Geschwindigkeitswert aufweisen, so daß das Verbraucherdrosselventil an diesem Verbraucher angesteuert wird und den Strom, der zu diesem Verbraucher fließt, androsselt. Dann wird automatisch der Geschwindigkeitssollwertgeber des Verbrauchers, dessen Geschwindigkeit sich dann noch als zu niedrig erweist, zum Führungssignal, der die Ausschwenklage der Pumpe steuert, da er gemäß vorgenannten Definition den höchsten Druck besitzt. Das diesem Verbraucher zugeordnete Drosselventil wird daher voll geöffnet.

Ist in einem solchen Antriebssystem ein ausgeglichener Betriebszustand erreicht worden, in dem alle Verbraucheristwerte den zugeordneten Sollwerten entsprechen, und wird dann durch irgendwelche Störgrößen bewirkt, daß an einem oder mehreren Verbrauchern eine zu hohe Geschwindigkeit auftritt, so wird die Pumpe so lange auf kleineres Hubvolumen pro Umdrehung zurückgeregelt, bis einer der Verbraucher eine zu niedrige Geschwindigkeit aufweist. Der Geschwindigkeitsistwertgeber dieses Verbrauchers wird dann der Führungsgrößensignalgeber, das heißt, er übernimmt die Funktion der Pumpenfeinregelung, während die übrigen Verbraucher über die Drosselventile gesteuert werden.

Wird hierbei ein Betriebszustand ermittelt, bei dem die Summe der Geschwindigkeitsistwerte kleiner ist als die Summe der Geschwindigkeitssollwerte und das Pumpeneinstellorgan die Endlage erreicht hat wird die Primärenergiequelle auf höhere Drehzahl verstellt, sobald das Pumpeneinstellorgan die Endlage für das maximale Fördervolumen erreicht hat.

Sind mehrere Pumpen vorhanden und bleibt in den Kreisen der einen Pumpe die Summe der Geschwindigkeitistwerte kleiner als die Summe der Geschwindigkeitssollwerte, obwohl die Pumpe ihre Maximalförderanlage erreicht hat und die Primärenergiequelle die Maximalnenndrehzahl erreicht hat, so kann durch die Steuereinrichtung automatisch die Förderleitung der zweiten Pumpe mit der Förderleitung der ersten Pumpe verbunden werden, sofern die zweite Pumpe nicht ihrerseits ausgelastet ist. Die erst Pumpe bleibt dann voll ausgeschwenkt und das Hubvolumen pro Umdrehung der zweiten Pumpe wird abhängig von der Größe der Summe der Sollwerte bzw. vom Ergebnis des Sollwert-Istwert-Vergleiches gesteuert. Denkbar wäre auch, die Steuerung der ersten Pumpe beizubehalten und nur wie im Normalbetrieb die erste Pumpe zu steuern, dabei kann es schwieriger sein, einen stetigen Übergang beim Zuschalten zu erzielen. Denkbar, aber schwieriger wäre, beide Pumpen gleichzeitig zu steuern.

Beim Betrieb eines Verbrauchers kann es zudem vorkommen, daß der Verbraucher in seine Endlage auf Anschlag führt. Es ergeben sich an diesem die beiden folgenden Bedingungen: Der Geschwindigkeitsistwert ist gleich Null, während der Geschwindigkeitssollwert ungleich Null ist. Durch den zu niedrigen Geschwindigkeitsistwert wird automatisch dieser Verbraucher zu dem die Führung übernehmenden Verbraucher. Bleibt die Geschwindigkeit Null, so wird die Pumpe auf einen berechneten reduzierten Förderstrom eingestellt, der außer dem Summensignal der anderen zugeschalteten Verbraucher für diesen Verbraucher nunmehr das Lecköl und seine vorgegebene Reserve deckt. Die darüberhinaus vom Sollwert geforderte Menge wird dadurch nicht unnötigerweise über die Überdruckventile unter Drosselung abgelassen, da dieses Abströmen unter drosseln einen Energieverlust bedeuten würde.

Wird zusätzlich an dem Verbraucher ein Drucksensor verwendet, so kann der vorausberechnete Einstellwert der Pumpe durch die Ausbildung eines Druckregelbereiches weiter so reduziert werden, daß durch die Pumpe gerade der erforderliche Leckölstrombedarf gedeckt wird.

Die Einrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung sind ebenso anwendbar bei hydraulischen Verbrauchern mit linearer Bewegung (Zylinder-Kolben-Aggregaten) wie auch bei Verbrauchern hydraulischer Energie mit rotierender Welle, wobei bei mehreren Verbrauchern beliebig viele derselben lineare Verbraucher sein können und jeweils der Rest Verbraucher mit rotierender Welle.

Ein Verbraucher kann auch ein Fahrmotor, bei dem im Betrieb ein Bremszustand auftreten kann, in dem der Hydromotor an der Welle mechanische Energie aufnimmt, die in dem Hydromotor in hydraulische Energie umgesetzt wird. Bei Bergabfahrt ergibt sich das Problem, daß der Hydromotor im Bremszustand in die Ablaufleitung zum Tank fördert, wobei andererseits in der Leitung zwischen Pumpe und Hydromotor ein Unterdruck entstehen kann mit der Folge einer Kravitationsgefahr und somit Gefahr der Zerstörung der hydraulischen Einheiten, da dann der von der Pumpe geförderte Strom nicht mehr ausreicht. Übersteigt die Drehzahl des Hydromotors den vorgegebenen Sollwert, das heißt, das Fahrzeug geht in den Schiebebetrieb über, so wird diese Tatsache vom Drehzahlistwertgeber erfaßt. Daraufhin wird die Pumpe auf einen bestimmten Wert des Hubvolumens pro Umdrehung eingestellt, um den von dem Hydromotor aufgenommenen Ölstrom zu liefern. Durch das in der Ablaufleitung des Hydromotors in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung angeordnete Druckbegrenzungsventil, wird im Bremsbetrieb bei einer Ansteuerung des Druckbegrenzungsventils durch die elektronische Steuereinrichtung der Druck in der Ablaufleitung des Hydromotors erhöht und zwar derart erhöht, daß der tatsächliche Geschwindigkeitsistwert, der als Drehzahl der Hydromotorwelle erfaßt wird, dem vorgegebenen Sollwert entspricht. Diese Kontrolle und Steuerung wird dabei vom gleichen Geschwindigkeitsregler übernommen, der in der Beschleunigungsphase auf das Drosselventil in der Zulaufleitung eingewirkt hat.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist zusätzlich in der Zulaufleitung des Hydromotors ein Druckschalter eingebaut, der bei einem sehr schnellen Abbau des Druckes in der Zulaufleitung des Hydromotors ein Signal abgibt, wenn ein bestimmter, vorgegebener Druckwert unterschritten wird. Dieser Druckschalter schaltet dann sofort ebenfalls das Druckbegrenzungsventil in der Rücklaufleitung des Hydromotors zu und läßt die Pumpe ausschwenken und/oder das Drosselventil öffnen, auch wenn vom Drehzahlistwertgeber noch keine oder nur eine geringe Geschwindigkeitserhöhung gemeldet wird. Somit soll bei einem schnellen Umschlagen vom Fahrantriebbetrieb in den Bremsbetrieb die Gefahr der Kavitation vermieden werden. Druckschalter an den einzelnen Leitungen können auch benutzt werden, um zusammen mit einem Signal für die Bewegungsrichtung des Verbrauchers festzustellen, ob dieser im Bremsbetrieb arbeitet. Zudem ist es möglich, daß ein in einer Förderzweigleitung eines Verbrauchers angeordneter Drucksensor bei Überschreiten eines vorbestimmten Druckwertes ein Signal an die elektronische Steuereinrichtung abgibt.

Grenzlastregelung sind an sich bekannt, das heißt bei einem Antriebssystem aus einer Primärenergiequelle und einem hydrostatischen Getriebe Regelungen, bei denen dann, wenn die Drehzahl der Primärenergiequelle infolge eines zu hohen, an der Abtriebswelle der Primärenergiequelle abgegebenen Drehmomentes absinkt, die Pumpe des hydrostatischen Getriebes auf kleineres Hubvolumen pro Umdrehung und damit auf kleineres Drehmoment an der Pumpenantriebswelle eingestellt wird. Diese sind auch in der Ausgestaltung als elektronische Regelung bekannt. Dem vorgenannten erfindungsgemäßen System der Verbraucherregelung ist eine solche Grenzlastregelung überlagert. Wird die Antriebsmaschine bei einem hohen Leistungsbedarf der Verbraucher überlastet, so wird sie unter ihren von der Einstellung des Leistungsregelorganes vorgegebenen Drehzahlnennwert gedrückt. Diese Drückung wird durch einen Vergleich zwischen Sollwert und Istwert der Primärenergiequellendrehzahl erfaßt. Unterschreitet die Istdrehzahl einen vom Sollwertgeber vorgegebenen Wert, so werden die einzelnen Endverbraucher in ihrem Leistungsbedarf so weit zurückgeregelt, daß die Primärenergiequelle die Summe der aufgenommenen Leistungen liefern kann. Der Wert, wie weit die Drehzahl der Antriebsmaschine gedrückt werden kann, das heißt die Grenzdrehzahl, wird vorgegeben, das heißt, der Grenzlastregler steuert sowohl die Pumpe als auch die Drosselventile.

Ist eine elektronische Grenzlastregelung vorhanden und greift diese bei Drücken der Drehzahl der antreibenden Brennkraftmaschine ein oder ist das Pumpensummensignal durch viele zugeschaltete Verbraucher zu groß, so werden unabhängig von der momentanen Stellung der einzelnen Sollwertgeber-Kommandoverstellhebel die von diesen gelieferten Sollwerte in einem frei festzulegenden Maß so weit zurückgenommen, daß kein fehlerhaftes Verhalten des Baggers entsteht. Ein solcher Steuereingriff kann derart ausgestaltet sein, daß alle Geschwindigkeitsistwerte im gleichen Verhältnis zurückgesteuert werden, das heißt, daß bei einer angesteuerten überlagerten Bewegung die resultierende Bewegung die gleiche bleibt, lediglich verlangsamt wird, das heißt, die Koordinierung der Bewegungen bleibt erhalten. Bei einer anderen Auslegung ist es aber auch möglich, die Geschwindigkeitsreduzierungen gewollt in anderer Weise zu verteilen, so daß beispielsweise ein bestimmter Verbraucher in einem stärkeren Maß zurückgeregelt wird als ein anderer.

Bei einer Sollwertvorgabe durch die die Pumpe mehr als die maximale Fördermenge liefern müßte, ist weiterhin vorgesehen, daß alle Sollwerte für die Geschwindigkeitsregelung in einem vorbestimmten Verhältnis, vorzugsweise alle im gleichen Verhältnis vermindert werdend. Es kann somit eine Überlastung des Antriebssystems vermieden werden.

Weiterhin kann eine elektronische Druck- bzw. Druckbe­ grenzungsregelung durch Einbau von Drucksensoren in den einzelnen Verbraucherleitungen erzielt werden und kann eine Verrechnung der Meßwerte mit den einzelnen Positionen der Verbraucher erreicht werden, so daß kritische Situationen, wie sie zum Beispiel bei Drehen eines Baggeroberteiles mit zu hoher Last auftreten können, vermieden werden, da durch die Drucksensoren dann eine Ermittlung der Lastverhältnisse erfolgt und daraus in der elektronischen Steuereinrichtung eine Reduzierung zum Beispiel der Drehgeschwindigkeit erfolgen kann derart, daß kritische Situationen oder Überlastungen nicht ein­ treten können.

Im Folgenden ist die Erfindung und ihre Wirkungsweise anhand eines durch ein Schaltschema dargestellten Aus­ führungsbeispieles erläutert.

Die einstellbare Pumpe 1 wird über die Welle 2 durch die Primärenergiequelle 3 angetrieben, deren Leistungsregel­ organ mittels eines Einstellhebels 4 eingestellt werden kann, wobei dieser Einstellhebel 4 mit einem Geschwindig­ keitssollwertpotentiometer 5 verbunden ist. Die Welle der Primärenergiequelle 3 ist weiterhin mit einem Ge­ schwindigkeitsistwertgeber 6 verbunden. Von dem Geschwin­ digkeitssollwertgeber 5 geht eine Leitung 7 aus und von dem Geschwindigkeitsistwertgeber 6 geht eine Leitung 8 aus, wobei die beiden Leitungen 7 und 8 mit einer elektronischen Steuereinrichtung 9 verbunden sind.

An die Pumpe 1 ist eine Pumpenförderleitung 10 angeschlossen, von der eine Zweigleitung 11 zu einem Verbraucher 12 führt. Weiterhin ist an die Pumpenförderleitung 10 eine weitere Zweigleitung 13 angeschlossen, die zu einem Verbraucher 14 führt und ist eine dritte Zweigleitung 15 angeschlossen, die zu einem Hydromotor 16 führt.

In der Zweigleitung 11 ist ein elektromagnetisch einstell­ bares Drosselventil 17 angeordnet und zwischen diesem und dem Verbraucher 12 ein elektrisch steuerbares Richtungsumschaltventil 18, an das eine zu einem Behälter 19 führende Ablaufleitung 20 angeschlossen ist, in den ein zweites elektromagnetisches Drosselventil 21 angeordnet ist. Die elektromagnetischen Drosselventile 17, 18 und 21 sind Proportionalventile.

In gleicher Weise ist in der Zweigleitung 13 ein elektro­ magnetisches Drosselventil 23 angeordnet und zwischen diesem und dem Verbraucher 14 ein Richtungsumschalt­ ventil 24, wobei in der Ablaufleitung 25 ein zweites elektromagnetisches Drosselventil 26 angeordnet ist.

In der Zweigleitung 15 ist eine elektromagnetische Drossel­ stelle 27 angeordnet und ein Richtungsumschaltventil 28. Die von dem Richtungsumschaltventil 28 ausgehende Ablauf­ leitung 29 führt zu einem Druckbegrenzungsventil 30, welches elektromagnetisch steuerbar ist.

Die elektromagnetischen Drosselventile 17 und 21 werden über eine elektrische Steuerleitung 31 angesteuert und das Richtungsumschaltventil 18 wird über eine elektrische Steuerleitung 32 angesteuert. Ebenso werden die elektro­ magnetischen Drosselventile 23 und 26 Über eine elektrische Steuerleitung 33 angesteuert und wird das Richtungsumschalt­ ventil 24 durch eine elektrische Steuerleitung 34 angesteuert.

An die Zweigleitung 15 ist zwischen der elektromagnetischen Drosselstelle 27 und dem Richtungsumschaltventil 28 ein Druckschalter 35 angeschlossen, von dem eine elektrische Signalleitung 36 ausgeht. Die elektromagnetische Drossel­ stelle 27 wird über eine elektrische Signalleitung 37 angesteuert und das Druckbegrenzungsventil 30 wird über eine elektrische Steuerleitung 38 angesteuert, wobei alle elektrischen Steuerleitungen 31, 32, 33, 34, 36, 37 und 38 an die elektronische Steuereinrichtung 9 ange­ schlossen sind.

Der Verbraucher 12 ist mit einem Geschwindigkeitsistwert­ geber 40 versehen und der Verbraucher 14 ist mit einem Geschwindigkeitsistwertgeber 41 versehen und der Hydro­ motor 16 ist mit einem Drehzahlgeber 42 versehen, wobei von dem Geschwindigkeitsistwertgeber 40 eine elektrische Signalleitung 43 ausgeht und von dem Geschwindigkeitsist­ wertgeber 41 eine elektrische Signalleitung 44 ausgeht und von dem Drehzahlgeber 42 eine elektrische Signal­ leitung 45 ausgeht, wobei die Signalleitungen 43, 44 und 45 ebenfalls an die elektronische Steuereinrichtung 9 angeschlossen sind.

Das Stellglied 46 der Pumpe 1 ist mit einer elektrischen Stelleinrichtung 47 verbunden, die an eine elektrische Steuerleitung 48 angeschlossen ist, die ebenfalls an die elektronische Steuereinrichtung 9 angeschlossen ist.

Der Kommandohebel 50 dient als Geschwindigkeitssollwert­ geber für den Verbraucher 12 und ist über eine elektrische Steuerleitung 54 an die elektronische Steuereinrichtung 9 angeschlossen.

Der Kommandohebel 51 dient als Geschwindigkeitssollwert­ geber für den Verbraucher 14 und ist über eine elektrische Steuerleitung 55 an die elektronische Steuereinrichtung 9 angeschlossen.

Der Kommandohebel 53 dient als Sollwertgeber für den Hydro­ motor 16 und ist über eine elektrische Steuerleitung 56 an die elektronische Steuereinrichtung 9 angeschlossen.

Wird beispielsweise der Kommandohebel-Geschwindigkeits­ sollwertgeber 50 willkürlich angesteuert, so wird das Richtungsumschaltventil 18 in eine bestimmte geöffnete Stellung gebracht. Gleichzeitig sind die magnetischen Drosselventile 17 und 21 voll geöffnet und wird die Pumpe derart ausgeschwenkt, daß der von dem Geschwindigkeitsist­ wertgeber 40 gemeldete Geschwindigkeitsistwert dem an dem Kommandohebel 50 vorgegebenen Sollwert entspricht. Wird nunmehr zusätzlich der Geschwindigkeitssollwerthebel 51 betätigt, so wird auch das Richtungsumschaltventil 24 in eine seiner geöffneten Endstellungen gefahren und die Geschwindigkeit am Geschwindigkeitsistwertgeber 41 über­ wacht. Ist die Kraft an der Kolbenstange des Verbrauchers 14 bezogen auf die Kolbenfläche kleiner als die Kraft an der Kolbenstange des Verbrauchers 12, so wird sich der Kolben in dem Zylinder 14 schneller fortbewegen als es dem an dem Hebel 51 vorgegebenen Sollwert entspricht, während umgekehrt der Kolben in dem Zylinder 12 eine kleinere Istgeschwindigkeit aufweist als an dem Kommando­ hebel 50 vorgegeben. In diesem Fall wird durch die elektronische Steuerung 9 über die Leitung 33 ein Signal gegeben, durch welches die beiden elektromagnetischen Drosselventile 23 und 26 in eine Drosselstellung gefahren werden, so daß vor diesen in der Zweigleitung 13 ein Druck aufgestaut wird, der dem Druck entspricht, der in dem Zylinder 12 erforderlich ist, wobei gleichzeitig durch dieses Druckaufstauen der die Drosselstelle 23 durch­ fließende Strom derartig klein wird, daß der Geschwindig­ keitsistwert dem Sollwert entspricht.

Ist über den Kommandohebel 53 der Hydromotor 16 angesteuert, so ergibt sich sinngemäß die gleiche Regelwirkung. Kommt jedoch der Hydromotor 16 in den Bremsbetrieb und tritt infolge dessen in der Zweigleitung 15 ein Unterdruck auf, so spricht der Druckschalter 35 an, wenn ein vorgegebener Grenzwert des Druckes unterschritten wird. Aufgrund des Signales des Druckschalters 35 erfolgt ein Regeleingriff, der den Förderstrom der Pumpe 1 so vergrößert, daß nicht durch Unterdruck in der Zulaufleitung zu dem Hydromotor 16 an diesem Kavitationsschäden entstehen können. Wird gleich­ zeitig im Bremsbetrieb die Drehzahl des Hydromotors 16, das heißt das am Drehzahlsignalgeber 42 gemessene Drehzahl­ signal, größer als das Sollwertsignal, welches durch den Hebel 53 vorgegeben ist, so wird das Druckbegrenzungsventil 30 auf höheren Druck eingestellt, so daß in der Ablauf­ leitung 29 ein Druck angestaut wird. Sind zwei Verbraucher 12 und 14 oder 12 und 16 oder 14 und 16 gleichzeitig ange­ steuert oder werden alle drei Verbraucher 12, 14 und 16 gleichzeitig angesteuert und ist die Summe der Geschwindig­ keitssollwerte größer als die Summe der Geschwindigkeits­ istwerte, so wird zunächst dem Einstellorgan 47 der Pumpe 1 ein Signal gegeben, durch das die Pumpe auf größeres Hub­ volumen pro Umdrehung eingestellt wird.

Kann auch auf diesem Wege noch nicht ein Angleichen der Geschwindigkeitsistwerte an die Geschwindigkeitssollwerte erzielt werden, wird durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Zusatzeinrichtung automatisch der Betätigungs­ hebel 4 derart verstellt, daß die Primärenergiequelle 3 auf höhere Drehzahl eingestellt wird.

Claims (12)

1. Steuer- und Regeleinrichtung für ein hydrostatisches Antriebsaggregat mit einer einstellbaren Pumpe, die von einer Primärenergiequelle angetrieben wird und von der mehrere Verbraucher hydrostatischer Energie beaufschlagt werden, wobei für jeden Verbraucher ein Geschwindigkeitssollwertgeber vorgesehen ist und jedem Verbraucher eine einstellbare Drosselstelle zugeordnet ist, vorzugsweise Steuer- und Regeleinrichtung für einen hydrostatischen Antrieb für einen Bagger, dadurch gekennzeichnet, daß der Geschwindigkeitssollwertgeber ein ein elektrisches Signal an eine elektronische Steuereinrichtung abgebender Geber ist, daß jedem Verbraucher ein an die elektronische Steuereinrichtung ange­ schlossener Geschwindigkeitsistwertgeber zugeordnet und die jeweils einem Verbraucher zugeordnete Drosselstelle als von der elektronischen Steuer­ einrichtung gesteuertes elektromagnetisches Drosselventil ausgebildet ist und daß die elektronische Steuereinrichtung mit einem Einstellorgan zur Förder­ volumeneinstellung der Pumpe derart steuernd in Verbindung steht, daß bei Betätigung von nur einem Verbraucher die zugeordnete Drosselstelle vollständig geöffnet ist und abhängig von der Geschwindigkeitsregelabweichung das Einstellorgan der Pumpe gesteuert wird und bei Betätigung mehrerer Verbraucher die Drosselstelle des Verbrauchers, dessen Geschwindigkeitsistwertsignal kleiner als das zugeordnete Geschwindigkeitssollwertsignal ist, zumindest zu Beginn vollständig geöffnet und die Drosselstellen der weiteren Verbraucher abhängig von deren Geschwindigkeitsregelabweichungen zumindest teilweise geschlossen sind und abhängig von der Geschwindigkeitsregelabweichung des Verbrauchers, dessen Geschwindigkeitsistwertsignal zu niedrig ist, das Einstellorgan der Pumpe gesteuert wird.

2. Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 1 für ein hydrostatisches Antriebsaggregat, bei dem jeder Verbraucher in beide Bewegungsrichtungen betreibbar ist und mit einem Richtungsumschaltventil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Verbraucher­ anschlußleitungen je ein von der elektronischen Steuer­ einrichtung (9) steuerbares elektromagnetisches Drossel­ ventil (17 und 21 bzw. 23 und 26) angeordnet ist.

3. Steuer- und Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit einem im Bremsbetrieb betreibbaren Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufleitung des Verbrauchers an ein von der elektronischen Steuerein­ richtung (9) gesteuertes Druckbegrenzungsventil (30) angeschlossen ist.

4. Steuer- und Regeleinrichtung nach einem der vorange­ gangenen Ansprüche mit einem Verbraucher mit rotierender Welle, dadurch gekennzeichnet, daß an die Pumpenförder­ zweigleitung (15) zwischen dem diesem Verbraucher (16) zugeordneten Drosselventil (27) und dem Verbraucher (16) ein elektrischer, an die elektronische Steuerein­ richtung (9) angeschlossener, ein Mindestdrucksignal gebender Druckschalter (35) angeschlossen ist.

5. Verfahren zum Betreiben einer Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betätigung eines Verbrauchers ein Geschwindigkeitssollwert vorgegeben, ein dem Verbraucher zugeordnetes elektromagnetisches Drosselventil voll geöffnet, ein Geschwindigkeitsistwert erfaßt und das Fördervolumen der Pumpe abhängig von der Geschwindigkeitsregelabweichung eingestellt wird und daß bei gleichzeitiger Betätigung mehrerer Verbraucher das jeweils demjenigen Verbraucher, dessen Geschwindigkeitsistwertsignal zu hoch ist, zugeordnete elektromagnetische Drosselventil in eine Drosselstellung angesteuert wird, bis die Differenz zwischen Geschwindigkeitssollwert und Geschwindigkeitsistwert an diesem Verbraucher gleich Null ist, wobei das elektromagnetische Drosselventil des Verbrauchers, dessen Geschwindig­ keitsistwert den zugeordneten Geschwindigkeitssollwert unterschreitet, voll geöffnet bleibt und das Geschwindigkeitsistwertsignal dieses Verbrauchers als Führungssignal für die Einstellung des Einstellorgans der Pumpe von der elektronischen Steuereinrichtung ausgewertet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergleich der Summen der Geschwindigkeitssoll­ werte und der Geschwindigkeitsistwerte vorgenommen wird und die Lage des Pumpeneinstellorganes (46) fest­ gestellt wird, wobei dann, wenn die Summe der Geschwin­ digkeitsistwerte kleiner ist als die Summe der Geschwin­ digkeitssollwerte und das Pumpeneinstellorgan die Endlage erreicht hat, die Primärenergiequelle (1) auf höhere Drehzahl angesteuert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6 für ein Antriebssystem mit mehreren Pumpen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen der Endlage des Einstellorganes der Pumpe (1) und gegebenenfalls Erreichen der maximalen Nenndrehzahl der Primärenergiequelle (3) und bei unbelasteter zweiter Pumpe die Förderleitung dieser zweiten Pumpe über ein elektrisches, von der elektrischen Steuereinrichtung (9) angesteuertes Zusammenschaltventil mit der Förderleitung der ersten Pumpe (1) verbunden wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5 zum Betreiben einer Antriebs­ einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4 für ein Antriebsaggregat mit einem im Bremsbetrieb betreib­ baren Verbraucher, vorzugsweise Fahrmotor, dadurch gekennzeichnet, daß im Bremsbetrieb das in der Ablauf­ leitung des Verbrauchers (16) angeordnete Druckbe­ grenzungsventil (30) in eine Drosselstelle einge­ steuert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5 oder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen an der zum Verbraucher führenden Förderzweigleitung angeordneten Drucksensor bei Unterschreiten eines Grenzwertes des Druckes ein Signal an die elektronische Steuereinrichtung (9) gegeben wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen an einer zu einem Verbraucher führenden Förderzweigleitung angeordneten Drucksensor bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes des Druckes ein Signal an die elektronische Steuereinrichtung (9) gegeben wird und daß dieses Signal in der elektronischen Steuereinrichtung (9) zusammen mit den Signalen über die Änderung des Geschwin­ digkeitssollwertes oder des Geschwindigkeitsistwertes im Sinne einer Beschleunigungsbegrenzungssteuerung und/oder einer Geschwindigkeitsbegrenzungssteuerung verarbeitet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10 zum Betreiben einer Steuereinrichtung mit einer Drückungsgrenzlast­ regelung, dadurch gekennzeichnet, daß bei Drücken der Primärenergiequellendrehzahl unter einen vorbestimmten Grenzwert alle Geschwindigkeitssollwerte in einem vorbestimmten Verhältnis vermindert werden, vorzugsweise alle im gleichen Verhältnis vermindert werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Sollwertvorgabe, durch die die Pumpe mehr als die maximale Fördermenge liefern müßte, alle Sollwerte für die Geschwindigkeits­ regelung in einem vorbestimmten Verhältnis vermindert werden, vorzugsweise alle im gleichen Verhältnis ver­ mindert werden.