DE4440304A1 - Gerät und Verfahren zur Steuerung des Motors und der Hydraulikpumpen eines hydraulischen Baugeräts - Google Patents
Gerät und Verfahren zur Steuerung des Motors und der Hydraulikpumpen eines hydraulischen BaugerätsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Bauge
rät wie einen Bagger, Belader, Bulldozer und dergleichen und
insbesondere ein Gerät und ein Verfahren zum Steuern des Mo
tors und der Pumpen eines solchen hydraulischen Baugeräts,
um die Automatisierung des hydraulischen Baugeräts zu errei
chen.
Wie gut bekannt ist, umfassen hydraulische Baugeräte eine
Mehrzahl von Pumpen variabler Verdrängung und Arbeits
werkzeuge wie Kranausleger, Arme und Kübel, die eine Mehr
zahl von Hydraulikzylindern als ihre Betätigungselemente ver
wenden. Die Manipulation solcher Arbeitswerkzeuge wird ausge
führt, indem Manipulationsbefehlsmittel wie Schalthebel, Pe
dale und Hebel, die nahe dem Fahrersitz angeordnet sind, be
tätigt werden. Andererseits sind die Geschwindigkeit jedes
Arbeitswerkzeugs und das Geschwindigkeitsverhältnis des Ar
beitswerkzeugs zu anderen diesem zugeordneten Arbeitswerkzeu
gen proportional zu dem Manipulationsmaß und dem Manipula
tionsverhältnis des Manipulationsbefehlsmittels, welches dem
Arbeitswerkzeug zugeordnet ist. Um den Geschwin
digkeitsanforderungen jedes Arbeitswerkzeugs zu genügen, ist
jede Pumpe so ausgelegt, daß sie eine Menge Betriebsöl pro
portional zu dem Manipulationsmaß des Manipulationsbefehls
mittels liefert bzw. fördert.
Gegenwärtig hat die Pumpe jedoch eine mechanische Beschrän
kung hinsichtlich der maximalen Förderölmenge. Wo das Ar
beitswerkzeug elektronisch unter Verwendung einer elektri
schen Manipulationsbefehlseinrichtung und eines solenoidge
steuerten Proportionalventils gesteuert wird, kann die Summe
der erforderlichen Pumpenfördermengen, die den entspre
chenden Befehlswerten des Manipulationsbefehlsmittels für
die Arbeitswerkzeuge und den entsprechenden Geschwindigkei
ten der Arbeitswerkzeuge entsprechen, die maximale
Förderölmenge unter dem vorhandenem Lastdruck in
Abhängigkeit von einer Änderung des Lastdruckes, welche
durch eine Änderung der Arbeitsumstände beim Baggern,
Beladen und Nivellieren verursacht werden kann,
überschreiten.
Wenn in einem solchen Fall die Arbeitswerkzeuge zusammen ar
beiten, kann es vorkommen, daß das vorhandene Geschwindig
keitsverhältnis jedes Arbeitswerkzeugs zu den anderen ihm zu
geordneten Arbeitswerkzeugen nicht dem Manipulationsverhält
nis entsprechen, das auf einem entsprechend Manipulationsbe
fehlssignal für das Arbeitswerkzeug gemäß den bekannten
Motor-Pumpen-Steuerverfahren basiert. Mit anderen Worten
brauchen die Geschwindigkeit des Arbeitswerkzeugs und das
Geschwindigkeitsverhältnis des Arbeitswerkzeugs zu jedem ihm
zugeordneten Arbeitswerkzeug aufgrund von Änderungen in den
Arbeitsbedingungen und den Lastdrücken nicht dem Manipula
tionsmaß und dem Manipulationsverhältnis zu entsprechen, die
auf dem Manipulationsbefehlssignal basieren. Dies führt zu
einer Herabsetzung der Bearbeitbarkeit und der Arbeitseffi
zienz. Weiterhin kann ein Abwürgen des Motors aufgrund einer
Überbelastung während des Arbeitsvorgangs auftreten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin,
ein Gerät und ein Verfahren zum Steuern eines Motors und von
Pumpen eines hydraulischen Baugeräts anzugeben, die eine
Saugleistung der Pumpen entsprechend dem Manipulationsmaß
und dem Manipulationsverhältnis basierend auf einem Manipula
tionsbefehlssignal für ein Arbeitswerkzeug ermöglicht, um op
timal der maximalen Ausgangsleistung des Motors zu entspre
chen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, ein Gerät und ein Verfahren zum Steuern eines Motors
und von Pumpen eines hydraulischen Baugeräts anzugeben, die
es ermöglichen, daß die Geschwindigkeit jedes Arbeits
werkzeugs und das Geschwindigkeitsverhältnis des Arbeitswerk
zeugs zu den anderen Arbeitswerkzeugen, welche diesem zuge
ordnet sind, dem Manipulationsverhältnis basierend auf einem
entsprechenden Manipulationsbefehlssignal für das
Arbeitswerkzeug unabhängig von Änderungen in den Arbeitsum
ständen und dem Lastdruck entspricht, wodurch die
Bearbeitbarkeit und Arbeitseffizienz verbessert werden.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Gerät
und ein Verfahren zum Steuern eines Motors und der Pumpen
eines hydraulischen Baugeräts anzugeben, die in der Lage
sind, eine Verringerung der Ausgangsleistung aufgrund von Än
derungen in den Arbeitsumständen und eine Verringerung der
Ausgangsleistung aufgrund einer Veränderung des Zustandes
des Motors mit der Zeit zu verhindern, und die in der Lage
sind, die Ausgangsleistung des Motors in einem weiten
Lastbereich in einem hohen Maß zu verwenden und dadurch eine
Verbesserung in der Bearbeitbarkeit pro Leistungseinheit zu
erreichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung
ein Gerät zur Steuerung des Motors und der Hydraulikpumpe
eines hydraulischen Baugeräts mit einem Motor als eine
Energiequelle, mindestens einer durch den Motor angetriebe
nen Hydraulikpumpe variabler Verdrängung, mindestens einem
Betätigungselement zur Betätigung eines entsprechenden
Arbeitswerkzeugs, einem solenoidgesteuerten Proportionalöl
mengensteuerventil, das in einer Ölleitung zwischen der Hy
draulikpumpe und dem Betätigungselement angeordnet ist und
eine Verbindung der Ölleitung entsprechend einem vorgegebe
nen Eingangssignal schalten und eine Förderölmenge proportio
nal zu dem Eingangssignal einstellen kann, und einem sole
noidgesteuerten Proportionalventil, das eine Förderölmenge
der Hydraulikpumpe gemäß einem vorgegebenen Eingangssignal
einstellen kann, wobei das Gerät aufweist: ein Arbeitswerk
zeugmanipulationsbefehlsmittel, das geeignet ist, ein Manipu
lationsbefehlssignal für das Arbeitselement, welches durch
einen Treiber erzeugt worden ist, zu empfangen; ein Motor
drehzahlerfassungsmittel zur Erfassung einer Drehzahl des Mo
tors; ein Pumpenförderölmengenerfassungsmittel zur Erfassung
einer Förderölmenge der Hydraulikpumpe; ein
Pumpenförderdruckerfassungsmittel zur Erfassung eines Förder
drucks der Hydraulikpumpe; und ein Steuermittel zur Steue
rung des solenoidgesteuerten Proportionalventils auf der
Basis der Motordrehzahldaten von dem Motordrehzahlerfassungs
mittel und Pumpenförderdruckänderungsdaten von dem Pumpenför
derdruckerfassungsmittel, so daß eine Saugleistung der Hy
draulikpumpe einer maximalen Ausgangsleistung des Motors ent
spricht und das Ölmengensteuerventil so steuerbar ist, daß
eine dem Betätigungselement zuzuführende Ölmenge einem Mani
pulationsmaß und einem Manipulationsverhältnis basierend auf
dem Manipulationsbefehlssignal von dem Manipulationsbefehls
mittel entspricht.
Andere Ziele und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden
aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. In
der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein Schaltbild des Gesamtsystems eines hy
draulischen Baggers, bei welchem ein
Motor-Pumpen-Steuergerät gemäß der
vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 2 ein Blockschaltbild des
Motor-Pumpen-Steuergeräts gemäß der
vorliegenden Erfindung, das in dem Bagger
mit dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau verwendet
wird; und
Fig. 3 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Steue
rung von Motor- und Pumpenbetätigungen in
einem Bagger gemäß Fig. 1 gemäß der vorlie
genden Erfindung.
Fig. 1 ist ein Schaltbild, daß das Gesamtsystem eines Bag
gers darstellt, bei welchem ein Motor-Pumpen-Steuergerät
gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt der Bagger einen Motor 80
als eine Energiequelle, ein Paar von hydraulischen Pumpen
25a und 25b, die durch den Motor 80 angetrieben werden und
eine variable Verdrängung haben, und ein Paar von hydrauli
schen Zylindern 105a und 105b als Betätigungselemente, die
entsprechende Arbeitswerkzeuge jeweils betätigen können.
Ein Paar von solenoidgesteuerten, Proportionalölmengensteuer
ventilen 95a und 95b sind in Ölleitungen vorgesehen, die zwi
schen entsprechenden Hydraulikpumpen 25a und 25b und den je
weils entsprechenden Hydraulikzylindern 105a und 105b vorge
sehen sind. Die Ölmengensteuerventile 95a und 95b dient
dazu, eine Verbindung der entsprechenden Ölleitung gemäß
einem vorgegebenen Eingangssignal zu schalten und die För
derölmenge so einzustellen, daß sie proportional zu dem Ein
gangssignal ist.
Der Bagger besitzt weiterhin ein Paar von solenoidgesteuer
ten Proportionalventilen 35a und 35b, die jeweils geeignet
sind, die Förderölmengen der Hydraulikpumpen 25a und 25b ent
sprechend vorgegebenen Eingangssignalen einzustellen.
Der Bagger besitzt auch eine Steuereinrichtung, um den Ge
samtbetrieb des Baggers elektronisch zu steuern. Die Steuer
einrichtung umfaßt eine Manipulationsbefehlseinheit 10 für
Arbeitswerkzeuge, eine mit einem Mikrocomputer versehene
Steuerung 85, eine Motordrehzahlerfassungseinheit 45, ein
Paar von Erfassungseinheiten 55a und 55b zur Erfassung der
von den Pumpen geförderten Ölmenge, und ein Paar von Erfas
sungseinheiten 65a und 65b für den Pumpenförderdruck.
Grundsätzlich ist das elektronische Hydrauliksystem des Bag
gers gesteuert, um den solenoidgesteuerten Proportionalventi
len 35a und 35b eine Ölmenge zuzuführen, die proportional zu
dem Manipulationsmaß der Manipulationsbefehlseinheit 10 ist,
indem eine Berechnung durch die Steuerung 85 auf der Basis
der Motordrehzahldaten von der Motordrehzahlerfassungs
einheit 45 und den Pumpenförderdruckänderungsdaten von den
Erfassungseinheiten 65a und 65b für den Pumpenförderdruck
ausgeführt wird, so daß die Ansaugleistung wieder der
Hydraulikpumpen 25a und 25b der maximalen Ausgangsleistung
des Motors entspricht.
Das elektronische Hydrauliksystem wird auch betätigt, um
durch die Ölmengensteuerventile 95a und 95b die Ölmenge zu
steuern, die den Hydraulikzylinder 105a und 105b zugeführt
werden, so daß sie dem Manipulationsmaß und dem Mani
pulationsverhältnis von der Manipulationsbefehlseinheit 10
entsprechen.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild des Motor-Pumpen-Steuerge
räts gemäß der vorliegenden Erfindung, das in dem Bagger mit
dem zuvor erläuterten Aufbau verwendet wird.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, umfaßt das Motor-Pumpen-Steuerge
rät eine Manipulationsberechnungseinheit 20. Diese dient
dazu, ein Manipulationsbefehlssignal von der Manipulationsbe
fehlseinheit 10 zu erfassen und ein Bezugseingangssignal
QREF für die Steuerung der durch die Pumpe geförderten Ölmen
ge, das indikativ für den Ölmengenwert, der von der Pumpe ge
fördert werden muß und proportional zu dem Manipulationsmaß
ist auf der Grundlage des erfaßten Manipulationsbefehlssig
nals zu berechnen und außerdem ein Bezugseingangssignal VREF
für die Arbeitswerkzeuggeschwindigkeitssteuerung, das indika
tiv für den erforderlichen Arbeitswerkzeugsgeschwindig
keitswert ist, proportional zu dem Manipulationsmaß und dem
Manipulationsverhältnis auf der Grundlage des erfaßten Mani
pulationsbefehlssignals zu berechnen.
Das Motor-Pumpen-Steuergerät umfaßt auch eine Motor-Pum
pen-Steuereinheit 70 zur Erzeugung eines Signals QMAX für
die vorliegende maximale von der Pumpe geförderte Ölmenge
durch eine Steuerungsberechnung unter Verwendung eines Feh
lers EN(NREF - NREAL) zwischen dem Bezugseingangssignal NREF
für die Motordrehmomentsteuerung zur Erhaltung der maximalen
Leistung des Motors und einem Ist-Motordrehzahlsignal NREAL
und auf der Basis eines Pumpenförderdruckänderungssignals
PVAR. Das Signal QMAX für die vorliegende maximale von der
Pumpe geförderte Ölmenge von der Motor-Pumpen-Steuereinheit
70 wird einer Steuereinheit 30 für die Geschwindigkeit und
die Pumpenförderölmenge übermittelt.
Auf der Basis des Bezugseingangssignals QREF von der Manipu
lationsberechnungseinheit 20 und des Signals QMAX für die
vorliegende maximale von der Pumpe geförderte Ölmenge von
der Motor-Pumpen-Steuereinheit 70 stellt die Einstelleinheit
30 für die Geschwindigkeit und die Pumpenförderölmenge das
Bezugseingangssignal QREF und das Bezugseingangssignal VREF
wieder ein. Das von der Einstelleinheit 30 für die Geschwin
digkeit und die Pumpenförderölmenge gelieferte Signal wird
einer Steuereinheit 40 für die Geschwindigkeit des Arbeits
werkzeugs und einer Steuereinheit 50 für die Pumpenförderöl
menge zugeführt.
Die Steuereinheit 50 für die Pumpenförderölmenge führt eine
gesteuerte Berechnung unter Verwendung eines Fehlers EQ
(QREF2 - QREAL) zwischen dem Ausgangssignal von der Einstell
einheit 30 für die Geschwindigkeit und die Pumpenförderölmen
ge, d. h. einem anderen Bezugseingangssignal QREF für die
Pumpenförderölmengensteuerung, und einem Signal QREAL für
die Ist-Pumpenförderölmenge von der Erfassungseinheit für
die Pumpenförderölmenge aus. Durch die gesteuerte Berechnung
erzeugt die Steuereinheit 50 für die Pumpenförderölmenge ein
Steuersignal VPUMP für die Pumpenförderölmenge, das wiederum
zu einem solenoidgesteuerten Proportionalventil einer Pumpe
60 zugeführt wird, um die Pumpenförderölmenge zu steuern.
Andererseits führt die Steuereinheit 40 für die Arbeitswerk
zeuggeschwindigkeit eine gesteuerte Berechnung unter Verwen
dung des Ausgangssignals von der Einstelleinheit 30 für die
Geschwindigkeit und die Pumpenförderölmenge, d. h. dem Be
zugseingangssignal VREF2, für die Arbeitswerkzeugsgeschwin
digkeitssteuerung aus. Durch die gesteuerte Berechnung er
zeugt die Steuereinheit 40 für die Arbeitswerkzeuggeschwin
digkeit ein Steuersignal VMCV für die Arbeitswerkzeugge
schwindigkeit, das wiederum einen solenoidgesteuerten Pro
portionalventil der Motor-Pumpen-Steuereinheit 70 zugeführt
wird, um die Geschwindigkeit des Arbeitswerkzeugs zu
steuern.
Die Betriebsweise der Motor-Pumpen-Steuereinheit 70 wird nun
im Detail in Verbindung mit einem in Fig. 3 gezeigten Fluß
diagramm erläutert werden.
An einem ersten Schritt S1, der in Fig. 3 gezeigt ist, wird
eine Unterscheidung getroffen, ob ein Manipulationsbefehls
signal von der Manipulationsbefehlseinheit 10 erzeugt worden
ist. Wenn bei Schritt S1 bestimmt worden ist, daß kein Mani
pulationsbefehlssignal von der Manipulationsbefehlseinheit
10 erfolgt worden ist, geht die Prozedur zu einem zweiten
Schritt S2 weiter.
An dem zweiten Schritt S2 wird das Signal QMAX für die
vorliegende maximale Pumpenförderölmenge gleich einem Signal
Qmin für eine vorliegende minimale Pumpenförderölmenge
gesetzt. Mit anderen Worten wird die vorliegende maximale
Pumpenzuführölmenge QMAX als die vorliegende minimale
Pumpenförderölmenge Qmin, die mechanisch durch die Punkte
lieferbar ist, festgelegt.
Wenn andererseits bei dem Schritt S1 festgestellt worden
ist, daß das Manipulationsbefehlssignal von der Manipula
tionsbefehlseinheit 10 erzeugt worden ist, geht die Prozedur
zu einem dritten Schritt S3 weiter. An dem dritten Schritt
S3 werden die Eingabe eines Bezugseingangssignals NREF für
die Motordrehzahlsteuerung, eines Ist-Motordrehzahlsignals
NREAL und eines Pumpenförderdrucks P ausgeführt. Dann wird
eine Berechnung eines Pumpenförderdruckänderungssignals PVAR
auf der Basis der eingegebenen Signale ausgeführt.
Anschließend wird ein vierter Schritt S4 ausgeführt, um ein
Fehlersignal EN(NREF - NREAL) zwischen dem Bezugseingangssig
nal NREF und dem Ist-Motordrehzahlsignal NREAL zu berechnen,
die beide an den Schritt S3 ermittelt worden sind.
An einem fünften Schritt S5 wird dann eine Berechnung eines
Steuersignals C(C = f(EN)) unter Verwendung des Fehlersig
nals EN, welches an dem vierten Schritt S4 berechnet worden
ist, und einer Steuerfunktion f(x) ausgeführt.
Anschließend wird ein sechster Schritt S6 ausgeführt, um ein
Steuersignal D (D = C + PVAR) zu berechnen, indem das Steuer
signal C, das an dem fünften Schritt S5 berechnet worden
ist, auf der Basis des Pumpenförderdruckänderungssignals
PVAR eingestellt wird.
Unter Verwendung des Steuersignals D, das in dem sechsten
Schritt S6 berechnet worden ist, wird dann die vorliegende
maximale Pumpenförderölmenge QMAX (QMAX = Qmin - D) an einem
siebten Schritt S7 berechnet.
An einem achten Schritt S8 erfolgt eine Bestimmung, ob das
Signal QMAX für die vorliegende maximale Pumpenförderölmenge
nicht größer als das Signal Qmin für die vorliegende
minimale Pumpenförderölmenge, die mechanisch durch die Pumpe
lieferbar ist, ist. Wenn das Signal QMAX für die vorliegende
maximale Pumpenförderölmenge nicht größer als das Signal
Qmin für die vorliegende minimale Pumpenförderölmenge ist,
dann wird bestimmt, daß dies indikativ für die vorliegende
minimale Pumpenförderölmenge Qmin ist.
Es erfolgt auch eine Entscheidung an dem achten Schritt S8,
ob das Signal QMAX für die vorliegende maximale
Pumpenförderölmenge nicht kleiner ist als das Signal Qmax
für die vorliegende maximale Pumpenförderölmenge, die
mechanisch durch die Pumpe lieferbar ist. Wenn das Signal
QMAX für die vorliegende maximale Pumpenförderölmenge nicht
kleiner als das Signal Qmax für die vorliegende maximale
Pumpenförderölmenge ist, dann wird bestimmt, daß dies
indikativ für die vorliegende maximale Pumpenförderölmenge
Qmax ist.
Anschließend wird das Signal QMAX für die vorliegende
maximale Pumpenförderölmenge, das an jedem der Schritte S2
und S8 berechnet worden ist, der Einstelleinheit 30 für die
Geschwindigkeit und die Pumpenförderölmenge zugeführt. Dann
ist die Steuerprozedur beendet.
Unter Bezugnahme auf die obige Beschreibung bestimmt die
Motor-Pumpen-Steuereinheit 70 die Drehzahl bei voller Dros
elklappe, d. h. den maximalen Motorleistungspunkt, als die
Bezugsdrehzahl, wenn das Manipulationsbefehlssignal von der
Manipulationsbefehlseinheit 10 erzeugt worden ist. Wenn der
Motor während eines Arbeitsvorgangs einer Belastung unterwor
fen wird, wird die Motordrehzahl verringert, während das
Pumpenförderdruckänderungssignal PVAR und das Drehmoment
erhöht werden.
Wenn die Ist-Motordrehzahl, welche durch die Motordrehzahler
fassungseinheit 45 erfaßt worden ist, kleiner als die Bezugs
drehzahl ist, wird die vorliegende maximale
Pumpenförderölmenge optimal verringert, um die
Ansaugleistung der Pumpe zu verringern. Dies wird durch
gesteuerte Berechnungen des Pumpen
förderdruckänderungssignals PVAR und des Drehzahlfehlers er
reicht. Die Einstelleinheit 30 für die Geschwindigkeit und
die Pumpenölzuführmenge stellt das Eingangssignal VREF für
eine Arbeitswerkzeuggeschwindigkeitssteuerung und das
Bezugseingangssignal QREF2 für eine Steuerung der Pumpenför
derölmenge ein.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, verhindert
das Motor-Pumpen-Steuergerät gemäß der vorliegenden Erfin
dung, welches bei Baugeräten mit Arbeitswerkzeugen, die eine
Mehrzahl von Pumpen variabler Verdrängung und eine Mehrzahl
von hydraulischen Zylindern als ihre Betätigungselemente ver
wenden, verwendet wird, daß ein Abwürgephänomen des Motors
aufgrund einer in einem Arbeitsvorgang erzeugten Überbela
stung, einer Verringerung in der Ausgangsleistung aufgrund
einer Änderung der Arbeitsumstände und einer Verringerung in
der Ausgangsleistung aufgrund einer Änderung des Motorzustan
des während der Zeit.
Das Motor-Pumpen-Steuergerät der vorliegenden Erfindung ver
wendet auch die Ausgangsleistung des Motors in beträchtli
cher Weise über einen weiten Lastbereich, wodurch eine Ver
besserung in der pro Leistungseinheit erzielbaren Arbeit er
reicht wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Arbeit automati
siert werden, weil die Geschwindigkeit jedes Arbeitswerk
zeugs und das Geschwindigkeitsverhältnis des Arbeitswerk
zeugs zu den anderen diesem zugeordneten Arbeitselementen op
timal so gesteuert werden, daß sie dem Manipulationsmaß und
dem Manipulationsverhältnis basierend auf dem Manipulations
befehlssignal unabhängig von Änderungen in den Arbeitsumstän
den und des Lastdruckes entsprechen. Weiterhin werden Verbes
serungen hinsichtlich der Bearbeitbarkeit und der Arbeitsef
fizienz erreicht.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Er
findung für darstellende Zwecke beschrieben worden sind, wer
den Fachleute erkennen, daß verschiedene Modifikationen, Hin
zufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne von dem Schutz
umfang der vorliegenden Erfindung, wie er in den beiliegen
den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
Claims (5)
1. Gerät zur Steuerung des Motors (80) und der Hydraulikpum
pen (25a, 25b) eines hydraulischen Baugeräts mit einem
Motor (80) als eine Energiequelle, mindestens einer
durch den Motor (80) angetriebenen Hydraulikpumpe (25a,
25b) variabler Verdrängung, mindestens einem Betätigungs
element (105a, 105b) zur Betätigung eines entsprechenden
Arbeitswerkzeugs, einem solenoidgesteuerten Proportio
nalölmengensteuerventil (95a, 95b), das in einer Öllei
tung zwischen der Hydraulikpumpe (25a, 25b) und dem
Betätigungselement (105a, 105b) angeordnet ist und eine
Verbindung der Ölleitung entsprechend einem vorgegebenen
Eingangssignal schalten und eine Förderölmenge proportio
nal zu dem Eingangssignal einstellen kann, und einem
solenoidgesteuerten Proportionalventil (35a, 35b), das
eine Förderölmenge der Hydraulikpumpe (25a, 25b) gemäß
einem vorgegebenen Eingangssignal einstellen kann, wel
ches aufweist:
ein Arbeitswerkzeugmanipulationsbefehlsmittel (10), das geeignet ist, ein Manipulationsbefehlssignal für das Arbeitselement, welches durch einen Treiber erzeugt wor den ist, zu empfangen;
ein Motordrehzahlerfassungsmittel (45) zur Erfassung einer Drehzahl des Motors (80);
ein Pumpenförderölmengenerfassungsmittel (55a, 55b) zur Erfassung einer Förderölmenge der Hydraulikpumpe (25a, 25b);
ein Pumpenförderdruckerfassungsmittel (65a, 65b) zur Er fassung eines Förderdrucks der Hydraulikpumpe (25a, 25b); und
ein Steuermittel (85) zur Steuerung des solenoidgesteuer ten Proportionalventils (35a, 35b) auf der Basis der Mo tordrehzahldaten von dem Motordrehzahlerfassungsmittel (45) und Pumpenförderdruckänderungsdaten von dem Pumpen förderdruckerfassungsmittel (55a, 55b), so daß eine Saug leistung der Hydraulikpumpe (25a, 25b) einer maximalen Ausgangsleistung des Motors (80) entspricht, und das Öl mengensteuerventil (95a, 95b) steuerbar ist, daß eine dem Betätigungselement (105a, 105b) zuzuführende Ölmenge einem Manipulationsmaß und einem Manipulationsverhältnis basierend auf dem Manipulationsbefehlssignal von dem Ma nipulationsbefehlsmittel (10) entspricht.
ein Arbeitswerkzeugmanipulationsbefehlsmittel (10), das geeignet ist, ein Manipulationsbefehlssignal für das Arbeitselement, welches durch einen Treiber erzeugt wor den ist, zu empfangen;
ein Motordrehzahlerfassungsmittel (45) zur Erfassung einer Drehzahl des Motors (80);
ein Pumpenförderölmengenerfassungsmittel (55a, 55b) zur Erfassung einer Förderölmenge der Hydraulikpumpe (25a, 25b);
ein Pumpenförderdruckerfassungsmittel (65a, 65b) zur Er fassung eines Förderdrucks der Hydraulikpumpe (25a, 25b); und
ein Steuermittel (85) zur Steuerung des solenoidgesteuer ten Proportionalventils (35a, 35b) auf der Basis der Mo tordrehzahldaten von dem Motordrehzahlerfassungsmittel (45) und Pumpenförderdruckänderungsdaten von dem Pumpen förderdruckerfassungsmittel (55a, 55b), so daß eine Saug leistung der Hydraulikpumpe (25a, 25b) einer maximalen Ausgangsleistung des Motors (80) entspricht, und das Öl mengensteuerventil (95a, 95b) steuerbar ist, daß eine dem Betätigungselement (105a, 105b) zuzuführende Ölmenge einem Manipulationsmaß und einem Manipulationsverhältnis basierend auf dem Manipulationsbefehlssignal von dem Ma nipulationsbefehlsmittel (10) entspricht.
2. Gerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Steuermittel (85) umfaßt:
eine Manipulationsberechnungseinheit (20) zur Berechnung eines erforderlichen Pumpenförderölmengenwertes propor tional zu dem Manipulationsmaß von dem Manipulationsbe fehlsmittel (10) und eines erforderlichen Arbeitswerk zeuggeschwindigkeitswertes proportional zu dem Manipula tionsmaß und dem Manipulationsverhältnis von dem Mani pulationsbefehlsmittel (10);
eine Motor-Pumpen-Steuereinheit (70) zur Erzeugung eines Signals (QMAX), das die vorliegende maximale Pumpenförde rölmenge anzeigt, durch eine gesteuerte Berechnung unter Verwendung eines Fehlers zwischen einem Bezugseingangs signals (NREF) für eine Motorgeschwindigkeitssteuerung, um die maximale Ausgangsleistung des Motors (80) zu er halten, und einem Ist-Motordrehzahlsignal (NREF), wel ches durch das Motordrehzahlerfassungsmittel (45) erfaßt worden ist, und auf der Basis des Pumpenförderdruckände rungssignals (PVAR), welches durch das Pumpenförderdruckerfassungsmittel (55a, 55b) erfaßt wor den ist;
eine Steuereinheit (30) für die Arbeitswerkzeuggeschwin digkeit und die Pumpenförderölmenge, um den erforderli chen Pumpenförderölmengenwert und den erforderlichen Ar beitswerkzeuggeschwindigkeitswert, die in der Manipula tionsberechnungseinheit (20) auf der Basis des Signals (QMAX) für die vorliegende maximale Pumpenförderölmenge, welches in der Motor-Pumpen-Steuereinheit (70) ermittelt worden ist, erhalten worden sind, neu einzustellen;
eine Pumpenförderölmengensteuereinheit (50) zur Erzeu gung eines Pumpenförderölmengensteuersignals (VPUMP) durch eine gesteuerte Berechnung unter Verwendung eines Fehlers (EQ) zwischen dem erforderlichen Pumpenförderöl mengenwert (QREF2), der in der Steuereinheit (30) für die Arbeitswerkzeuggeschwindigkeit und die Pumpenförder ölmenge neu eingestellt worden ist, und dem Ist-Pumpen förderölmengensignal (QREAL), welches durch die Pumpen förderölmengenerfassungseinheit (55a, 55b) erfaßt worden ist, und zum Weiterleiten des erzeugten Pumpenförderöl mengensteuersignals (VPUMP) an das solenoidgesteuerte Proportionalventil (35a, 35b), um die Förderölmenge der Hydraulikpumpe (25a, 25b) zu steuern; und
eine Arbeitswerkzeuggeschwindigkeitssteuereinheit (40) zur Erzeugung eines Arbeitswerkzeuggeschwindigkeitsanfor derungssignals (VMCV) durch eine gesteuerte Berechnung unter Verwendung des geforderten Arbeitswerkzeuggeschwin digkeitswertes (VREF2), der in der Steuereinheit (30) für die Arbeitswerkzeuggeschwindigkeit und die Pumpenför derölmenge neu eingestellt worden ist, und zur Weiterlei tung des erzeugten Arbeitswerkzeuggeschwindigkeitsanfor derungssignals (VMCV) an das Ölmengensteuerventil (95a, 95b), um die Geschwindigkeit des Arbeitswerkzeugs zu steuern.
eine Manipulationsberechnungseinheit (20) zur Berechnung eines erforderlichen Pumpenförderölmengenwertes propor tional zu dem Manipulationsmaß von dem Manipulationsbe fehlsmittel (10) und eines erforderlichen Arbeitswerk zeuggeschwindigkeitswertes proportional zu dem Manipula tionsmaß und dem Manipulationsverhältnis von dem Mani pulationsbefehlsmittel (10);
eine Motor-Pumpen-Steuereinheit (70) zur Erzeugung eines Signals (QMAX), das die vorliegende maximale Pumpenförde rölmenge anzeigt, durch eine gesteuerte Berechnung unter Verwendung eines Fehlers zwischen einem Bezugseingangs signals (NREF) für eine Motorgeschwindigkeitssteuerung, um die maximale Ausgangsleistung des Motors (80) zu er halten, und einem Ist-Motordrehzahlsignal (NREF), wel ches durch das Motordrehzahlerfassungsmittel (45) erfaßt worden ist, und auf der Basis des Pumpenförderdruckände rungssignals (PVAR), welches durch das Pumpenförderdruckerfassungsmittel (55a, 55b) erfaßt wor den ist;
eine Steuereinheit (30) für die Arbeitswerkzeuggeschwin digkeit und die Pumpenförderölmenge, um den erforderli chen Pumpenförderölmengenwert und den erforderlichen Ar beitswerkzeuggeschwindigkeitswert, die in der Manipula tionsberechnungseinheit (20) auf der Basis des Signals (QMAX) für die vorliegende maximale Pumpenförderölmenge, welches in der Motor-Pumpen-Steuereinheit (70) ermittelt worden ist, erhalten worden sind, neu einzustellen;
eine Pumpenförderölmengensteuereinheit (50) zur Erzeu gung eines Pumpenförderölmengensteuersignals (VPUMP) durch eine gesteuerte Berechnung unter Verwendung eines Fehlers (EQ) zwischen dem erforderlichen Pumpenförderöl mengenwert (QREF2), der in der Steuereinheit (30) für die Arbeitswerkzeuggeschwindigkeit und die Pumpenförder ölmenge neu eingestellt worden ist, und dem Ist-Pumpen förderölmengensignal (QREAL), welches durch die Pumpen förderölmengenerfassungseinheit (55a, 55b) erfaßt worden ist, und zum Weiterleiten des erzeugten Pumpenförderöl mengensteuersignals (VPUMP) an das solenoidgesteuerte Proportionalventil (35a, 35b), um die Förderölmenge der Hydraulikpumpe (25a, 25b) zu steuern; und
eine Arbeitswerkzeuggeschwindigkeitssteuereinheit (40) zur Erzeugung eines Arbeitswerkzeuggeschwindigkeitsanfor derungssignals (VMCV) durch eine gesteuerte Berechnung unter Verwendung des geforderten Arbeitswerkzeuggeschwin digkeitswertes (VREF2), der in der Steuereinheit (30) für die Arbeitswerkzeuggeschwindigkeit und die Pumpenför derölmenge neu eingestellt worden ist, und zur Weiterlei tung des erzeugten Arbeitswerkzeuggeschwindigkeitsanfor derungssignals (VMCV) an das Ölmengensteuerventil (95a, 95b), um die Geschwindigkeit des Arbeitswerkzeugs zu steuern.
3. Verfahren zur Steuerung der Betätigung eines Motors (80)
und einer Pumpe (25a, 25b) in einem hydraulischen Bauge
rät mit einem Motor (80) als Energiequelle, mindestens
einer durch den Motor (80) angetriebenen Hydraulikpumpe
(25a, 25b) variabler Verdrängung, mindestens einem Betä
tigungselement (105a, 105b) zur Betätigung eines entspre
chenden Arbeitswerkzeuges, einem solenoidgesteuerten Pro
portionalölmengensteuerventil (95a, 95b), das in einer
Ölleitung zwischen der Hydraulikpumpe (25a, 25b) und dem
Betätigungselement (105a, 105b) angeordnet ist, um eine
Verbindung der Ölleitung entsprechend einem vorgegebenen
Eingangssignal zu schalten und eine Förderölmenge propor
tional zu dem Eingangssignal einzustellen, einem sole
noidgesteuerten Proportionalventil (35a, 35b) zum Ein
stellen einer Förderölmenge der Hydraulikpumpe (25a,
25b) entsprechend einem vorgegebenen Eingangssignal,
einem Arbeitswerkzeugmanipulationsbefehlsmittel (10),
das ein von einem Treiber erzeugtes Manipulationsbefehls
signal für das Arbeitswerkzeug erhält, einem Motordreh
zahlerfassungsmittel (45) zur Erfassung der Drehzahl des
Motors, einem Pumpenförderölmengenerfassungsmittel (55a,
55b) zum Erfassen einer Förderölmenge der Hydraulikpumpe
und einem Pumpenförderdruckerfassungsmittel (65a, 65b)
zum Erfassen eines Förderdrucks der Hydraulikpumpe (25a,
25b), das den Schritt aufweist,
daß das solenoidgesteuerte Proportionalventil (35a, 35b) auf der Basis von Motordrehzahldaten von dem Motordreh zahlerfassungsmittel (45) und von Pumpenförderdruckände rungsdaten von dem Pumpenförderdruckerfassungsmittel (65a, 65b) gesteuert wird, so daß eine Saugleistung der Hydraulikpumpe (25a, 25b) einer maximalen Ausgangs leistung des Motors (80) entspricht, und
daß das Ölmengensteuerventil (95a, 95b) so gesteuert wird, daß eine dem Betätigungselement (105a, 105b) zuzu führende Ölmenge einem Manipulationsmaß und einem Manipu lationsverhältnis basierend auf dem Manipulationsbefehls signal von dem Manipulationsbefehlsmittel (10) ent spricht.
daß das solenoidgesteuerte Proportionalventil (35a, 35b) auf der Basis von Motordrehzahldaten von dem Motordreh zahlerfassungsmittel (45) und von Pumpenförderdruckände rungsdaten von dem Pumpenförderdruckerfassungsmittel (65a, 65b) gesteuert wird, so daß eine Saugleistung der Hydraulikpumpe (25a, 25b) einer maximalen Ausgangs leistung des Motors (80) entspricht, und
daß das Ölmengensteuerventil (95a, 95b) so gesteuert wird, daß eine dem Betätigungselement (105a, 105b) zuzu führende Ölmenge einem Manipulationsmaß und einem Manipu lationsverhältnis basierend auf dem Manipulationsbefehls signal von dem Manipulationsbefehlsmittel (10) ent spricht.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Steuerschritt umfaßt:
einen ersten Schritt, in dem ein erforderlicher Pumpen förderölmengenwert proportional zu dem Manipulationsmaß von dem Manipulationsbefehlsmittel (10) und ein erforder licher Arbeitswerkzeuggeschwindigkeitswert proportional zu dem Manipulationsmaß und dem Manipulationsverhältnis von dem Manipulationsbefehlsmittel (10) berechnet wird;
einen zweiten Schritt, in dem ein Signal (QMAX) für eine vorliegende maximale Pumpenförderölmenge durch eine ge steuerte Berechnung unter Verwendung eines Fehlers (EN) zwischen einem Bezugseingangssignal (NREF) für eine Motordrehzahlsteuerung zum Erhalten der maximalen Ausgangsleistung des Motors (80) und einem Ist-Motordrehzahlsignal (NREAL), das durch das Motordrehzahlerfassungsmittel (45) erfaßt worden ist, und auf der Basis des Pumpenförderdruckänderungssignals (PVAR), welches durch das Pum penförderdruckerfassungsmittel (55a, 55b) erfaßt worden ist, erzeugt wird;
einen dritten Schritt, in dem der erforderliche Pumpen förderölmengenwert (QREF2) und der erforderliche Arbeits werkzeuggeschwindigkeitswert, die in dem ersten Schritt erhalten worden sind, auf der Basis des in dem zweiten Schritt gewonnenen Signals für die vorliegende maximale Pumpenförderölmenge wieder eingestellt werden;
einen vierten Schritt, in dem ein Pumpenförderölmengen steuersignal durch eine gesteuerte Berechnung unter Ver wendung eines Fehlers zwischen dem Wert für die erforder liche Pumpenförderölmenge (QREF2), die an dem dritten Schritt neu eingestellt worden ist, und dem Ist-Pumpen förderölmengensignal (QREAL), welches durch die Pumpen förderölmengenerfassungseinheit (55a, 55b) erfaßt worden ist, erzeugt wird und in dem das erzeugte Pumpenförderöl mengensteuersignal an das solenoidgesteuerte Proportio nalventil (35a, 35b) weitergeleitet und somit die Förder ölmenge der Hydraulikpumpe (25a, 25b) gesteuert wird; und
einen fünften Schritt, in dem ein Arbeitswerkzeugge schwindigkeitsanforderungssignal durch eine gesteuerte Berechnung unter Verwendung des geforderten Arbeitswerk zeuggeschwindigkeitswertes, welcher an dem dritten Schritt neu eingestellt worden ist, erzeugt wird und das erzeugte Arbeitswerkzeuggeschwindigkeitsanforderungssig nal an das Ölmengensteuerventil weitergeleitet wird und somit die Geschwindigkeit des Arbeitswerkzeugs gesteuert wird.
einen ersten Schritt, in dem ein erforderlicher Pumpen förderölmengenwert proportional zu dem Manipulationsmaß von dem Manipulationsbefehlsmittel (10) und ein erforder licher Arbeitswerkzeuggeschwindigkeitswert proportional zu dem Manipulationsmaß und dem Manipulationsverhältnis von dem Manipulationsbefehlsmittel (10) berechnet wird;
einen zweiten Schritt, in dem ein Signal (QMAX) für eine vorliegende maximale Pumpenförderölmenge durch eine ge steuerte Berechnung unter Verwendung eines Fehlers (EN) zwischen einem Bezugseingangssignal (NREF) für eine Motordrehzahlsteuerung zum Erhalten der maximalen Ausgangsleistung des Motors (80) und einem Ist-Motordrehzahlsignal (NREAL), das durch das Motordrehzahlerfassungsmittel (45) erfaßt worden ist, und auf der Basis des Pumpenförderdruckänderungssignals (PVAR), welches durch das Pum penförderdruckerfassungsmittel (55a, 55b) erfaßt worden ist, erzeugt wird;
einen dritten Schritt, in dem der erforderliche Pumpen förderölmengenwert (QREF2) und der erforderliche Arbeits werkzeuggeschwindigkeitswert, die in dem ersten Schritt erhalten worden sind, auf der Basis des in dem zweiten Schritt gewonnenen Signals für die vorliegende maximale Pumpenförderölmenge wieder eingestellt werden;
einen vierten Schritt, in dem ein Pumpenförderölmengen steuersignal durch eine gesteuerte Berechnung unter Ver wendung eines Fehlers zwischen dem Wert für die erforder liche Pumpenförderölmenge (QREF2), die an dem dritten Schritt neu eingestellt worden ist, und dem Ist-Pumpen förderölmengensignal (QREAL), welches durch die Pumpen förderölmengenerfassungseinheit (55a, 55b) erfaßt worden ist, erzeugt wird und in dem das erzeugte Pumpenförderöl mengensteuersignal an das solenoidgesteuerte Proportio nalventil (35a, 35b) weitergeleitet und somit die Förder ölmenge der Hydraulikpumpe (25a, 25b) gesteuert wird; und
einen fünften Schritt, in dem ein Arbeitswerkzeugge schwindigkeitsanforderungssignal durch eine gesteuerte Berechnung unter Verwendung des geforderten Arbeitswerk zeuggeschwindigkeitswertes, welcher an dem dritten Schritt neu eingestellt worden ist, erzeugt wird und das erzeugte Arbeitswerkzeuggeschwindigkeitsanforderungssig nal an das Ölmengensteuerventil weitergeleitet wird und somit die Geschwindigkeit des Arbeitswerkzeugs gesteuert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Schritt die Schritte umfaßt:
- (a) daß ermittelt wird, ob das Manipulationsbefehlssig nal von der Manipulationsbefehlseinheit (10) abgege ben worden ist;
- (b) daß eine vorliegende maximale Pumpenförderölmenge (QMAX) als eine vorliegende maximale Pumpenförderöl menge (Qmax), welche mechanisch durch die hydrauli sche Pumpe (25a, 25b) lieferbar ist, festgelegt wird, wenn in Schritt (a) festgestellt worden ist, daß kein Manipulationsbefehlssignal von der Manipula tionsbefehlseinheit (10) erzeugt worden ist;
- (c) daß ein Bezugseingangssignal (NREF) für eine Motor drehzahlsteuerung, ein Ist-Motordrehzahlsignal (NREAL) und ein Pumpenförderdruck eingegeben werden, wenn in Schritt (a) festgestellt worden ist, daß das Manipulationsbefehlssignal von der Manipulationsbe fehlseinheit (10) erzeugt worden ist, und daß dann ein Pumpenförderdruckänderungssignal (PVAR) auf der Basis der Eingangssignale berechnet wird;
- (d) daß ein Fehlersignal (EN) zwischen dem Bezugsein gangssignal (NREF) für die Motordrehzahlsteuerung und dem Ist-Motordrehzahlsignal (NREAL), die beide in dem Schritt (c) eingegeben worden sind, berechnet wird;
- (e) daß ein Steuersignal (c) unter Verwendung des Fehler signals (EN), das in dem Schritt (d) berechnet worden ist, und einer Steuerfunktion (f(x)) berechnet wird;
- (f) daß das in dem Schritt (e) berechnete Steuersignal (c) auf der Basis des Pumpenförderdruckänderungssig nals (PVAR) eingestellt wird;
- (g) daß die vorliegende maximale Pumpenförderölmenge (QMAX) unter Verwendung des in Schritt (f) einge stellten Steuersignals (D) berechnet wird;
- (h) daß die in Schritt (g) berechnete vorliegende maxima
le Pumpenförderölmenge (Qmax) als eine minimal durch
die Pumpe mechanisch förderbare Pumpenförderölmenge
(Qmin) festgelegt wird, wenn die vorliegende maxima
le Pumpenförderölmenge (QMAX) nicht größer als die
vorliegende minimale Pumpenförderölmenge (Qmin) ist,
während die vorliegende maximale Pumpenförderölmenge
(QMAX) als eine maximal durch die Pumpe mechanisch förderbare Pumpenförderölmenge (Qmax) festgelegt wird, wenn das Signal für die vorliegende maximale Pumpenförderölmenge (QMAX) nicht kleiner ist als die vorliegende maximale Pumpenförderölmenge (Qmax); und - (i) daß die in den Schritten (b) und (h) bestimmte vor liegende maximale Pumpenförderölmenge (QMAX) ausgege ben wird.
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