DE102015225933B4

DE102015225933B4 - Elektronische Lasterkennungssteuerung mit variabler elektronischer Lasterkennungsbegrenzung, variablem Arbeitsbereich und elektronischer Drehmomentbegrenzung

Info

Publication number: DE102015225933B4
Application number: DE102015225933.1A
Authority: DE
Inventors: Alex Bruns; Christian Dalay; Vince Ewald; Danny Wakefield; Kevin R. Lingenfelter
Original assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Current assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Priority date: 2015-01-05
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2018-09-06
Anticipated expiration: 2035-12-19
Also published as: CN105757063B; CN105757063A; DE102015225933A1; US9759212B2; US20160195083A1

Abstract

Elektronisches Lasterkennungssteuersystem (10), aufweisend:
- eine Pumpe (12), in Reihe geschaltet mit einem Bedienersteuerschieberventil (18), einem Druckkompensationsschieberventil (14) und einem Lasterkennungsschieberventil (16)
- einen ersten Sensor (30), der zwischen der Pumpe (12) und dem Bedienersteuerschieberventil (18) zur Messung des Pumpenausgangsdrucks (P_A) angeschlossen ist;
- einen zweiten Sensor (20), der zwischen einem Aktuator (15) und dem Bedienersteuerschieberventil (18) zur Messung des Lastdrucks (P_B) an der Last angeschlossen ist;
- einen Lasterkennungsanschluss (17) der Pumpe (12), der durch eine feste Düse (24) zu einem proportionalen Druckbegrenzungsventil (22) geführt wird; und
- einen Mikroprozessor (28), der mit dem ersten Sensor (30), dem zweiten Sensor (20) und dem proportionalen Druckbegrenzungsventil (22) verbunden ist, wobei der Mikroprozessor (28) derart ausgestaltet ist, dass der erkannte Lastdruck (P_B) in einen zugehörigen Strom gewandelt wird, welcher an das proportionale Druckbegrenzungsventil (22) übermittelt wird, welches ausgestaltet ist, um Druck abzubauen, so dass ein Druck (P_c) zwischen einer festen Düse (24) und dem proportionalen Druck-begrenzungsventil (22) gleich dem erkannten Lastdruck (P_B) ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung bezieht sich auf die vorläufige Anmeldung US 62/099,612 vom 05. Januar 2015, welche aufgrund ihrer Bezugnahme vollständig eingebunden ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Steuersystem mit variabler elektronischer Lasterkennungsbegrenzung, variablem Arbeitsbereich und elektronischer Drehmomentbegrenzung. Das System beinhaltet eine Vorrichtung mit Sensoren, die den Druck an gegenüberliegenden Seiten eines Steuerventils ermitteln, welches den Hydraulikfluß von einer Quelle zu einem hydraulischen Aktor regelt. Die Sensoren geben elektrische Signale aus, die den Druck anzeigen. Als Reaktion auf die Sensorsignale erstellt eine Steuerung ein Ausgangssignal, welches ein proportionales Steuerventil betätigt, um den Druck an einem Verzweigungspunkt eines hydraulischen Kreislaufs zu steuern.
Mechanismen, die auf den Druck an einem Verzweigungspunkt reagieren, damit der sich verändernde Druck des Fluids an ein Hauptventil weitergegeben wird und so ein kontrolliertes Druckniveau erreicht wird, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Als ein Beispiel des Standes der Technik sei eine Vorrichtung genannt, welche einen Druckwandler und eine elektronische Steuereinheit (ECU) zur Lasterkennung nutzt und die in verschiedenen Maschinenfunktionen Anwendung findet. Das ECU-Programm überwacht den Druck an verschiedenen Stellen im Kreislauf, um den Durchfluss in Bezug auf die vom Bediener gewünschte Geschwindigkeit zu optimieren. Ein anderes Beispiel des Standes der Technik nutzt ein elektronisches Drucksteuersystem mit einem proportionalen Regler, welcher einen hydromechanischen Druckbegrenzer ersetzt. Das proportionale Begrenzungsventil wirkt auf ein Steuersignal eines hydromechanischen (LS) (Lasterkennungs-)Reglers, so dass der Pumpenausgangsdruck proportional zu einem Steuerstrom ist. Somit wird die Lasterkennungsfunktion durch eine elektronische Steuereinheit realisiert, die die aktuelle Messung zweier Druckwandler ausliest; der erste an der Pumpenausgangsleitung und der zweite am Anschluss des Lasterkennungsventils. Ein Ausgangssignal steuert ein proportionales Ventil, welches den Ausgangsdruck der Pumpe je nach aktuellem Lasterkennungsdruck steuert. Ein weiteres Beispiel des Standes der Technik nutzt integrierte Sensoren zur Überwachung von Druck, Auslenkung, Geschwindigkeit und Temperatur. Die abgetasteten Daten interagieren mit einer eingebauten Elektronik, um die Erzeugung von Befehlsfunktionen zu unterstützen, inklusive einem eingebauten proportionalen Ventil, um die Schrägscheibe der Pumpe zu positionieren und Strömungs- und Druckausgaben zu erzeugen, die die Pumpenfunktionen steuern.
DE 696 28 529 T2 zeigt eine über eine Steuereinheit regelbare Hydraulikpumpe, wobei die Steuereinheit über Signale von einem Drucksensor und einem Fluidtemperatursensor zur Regelung der Hydraulikpumpe verwendet wird. Dabei wird die Fluidtemperatur am Pumpenausgang vor einem Bedienersteuerventil und der Druck nach diesem Bedienersteuerventil in einer separaten Leitung gemessen, die zu einer Blende führt. Die Steuerung erfolgt hierbei nicht lastangepasst, sondern in Abhängigkeit der Stellung des Bedienersteuerventils.
DE 198 48 310 C2 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung des Verdrängungsvolumens einer Hydraulikpumpe, wobei die Fördermenge der Hydraulikpumpe gemäß Arbeitsstellung eines Betätigungsventils (Bedienersteuerventil) vergrößert oder verkleinert werden kann. Eine lastabhängige Steuerung der Hydraulikpumpe ist nicht gezeigt.
EP 2 554 853 A1 zeigt ein hydraulisches System für Arbeitsmaschinen, welche eine eingestellte von einer Verdrängerpumpe gelieferte Ölmenge auf verschiedene Verbraucher verteilt, wobei Drucksensoren und Kupplungen für das Hinzu- und Abschalten von Nebenantrieben zum Einsatz kommen. Eine lastabhängige Regelung des Fördervolumens der Hydraulikpumpe wird nicht gezeigt.
EP 1 798 346 B1 zeigt eine Steuervorrichtung für eine Hydraulikantriebsmaschine, welche in Abhängigkeit von einem Differentialdruck zwischen Bedienelementen den Steuereingang korrigiert, unter Berücksichtigung von oberen und unteren Grenzwerten für die Bedienelemente.
EP 1 696 136 A2 zeigt ein hydraulisches Steuerventilsystem mit einer elektronischen Lasterkennungssteuerung, wobei der Druck an der Last als auch am Bediensteuerventil zusammen mit einem Eingangssignal eines Steuerhebels zu Steuerbefehlen für die Stellung eines Bedienersteuerventils als auch eines Servoventils verwendet werden. Dies ist ein vollelektronisches System zur Steuerungskontrolle einer Hydraulikeinheit.
US 7,894,963 B2 zeigt eine Arbeitsmaschine mit einem hydraulischen Antrieb, dessen Steuerung mit einem Motordrehzahlsensor und einem Übersetzungsstatussensor automatisch die Pumpe von einem ersten Drehmomentlevel auf ein zweites Drehmomentlevel basierend auf der Motordrehzahl und dem Übersetzungsstatus schaltet.
Obwohl diese Vorrichtungen Verbesserungen des Standes der Technik darstellen, gibt es noch immer Probleme hinsichtlich des Lasterkennungssystems und der Steuerung dieser Systeme. Zum Beispiel können Schwierigkeiten bei Anwendungen auftauchen, bei denen die Pumpe weit von den Steuerschiebern entfernt ist und Hochdruck-Hydraulikschläuche von einem Steuerventil zu einer Pumpensteuerung führen. Die Länge der Schläuche verursacht Probleme bezüglich Ansprechverhalten und Stabilität im gesamten System. Große Überbelastungen, große Trägheit oder Einsätze, bei denen das Ansprechverhalten dem Ansprechverhalten der Pumpe sehr ähnlich ist, können zu einem instabilen Betrieb führen.
Um Verbesserungen im Bereich dieser Probleme zu erreichen, wäre der Einsatz von elektrischen Leitungen und einem Mikrokontroller vorteilhaft, um ein Lasterkennungssignal repliziert an einer herkömmlichen druckkompensierten, lasterkennungsgesteuerten Pumpe anzulegen. Durch die Reproduktion des Lasterkennungssignals an der Pumpe kann die hydraulische Lasterkennungsleitung entfallen werden, was Kosten reduziert. Mit Hilfe von Software kann der Kreislaufbetrieb geglättet und die bisherige Instabilität, die herkömmlichen Lasterkennungssystemen anhaftet, beseitigt werden. Zudem erlaubt der Austausch des hydraulischen Signals durch elektrische Leitungen und Software, dass der Druck von einer Richtung in die andere geschaltet werden kann, was die Möglichkeit eines wirklich variablen Arbeitsbereichs bereitstellt. Ein Hinzufügen eines Winkelsensors ermöglicht eine vollvariable elektronische Drehmomentsteuerung, so dass das Potential einer variablen Axialkolbenpumpe für einen offenen Kreislauf weiter ausdehnt.
Somit ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Lasterkennungssteuersystem bereit zu stellen, welches den Kreislaufbetrieb glättet und die Instabilität, die herkömmlichen Lasterkennungssystemen anhaftet, beseitigt, wobei das
Lasterkennungssteuersystem einen vollvariablen Arbeitsbereich bereitstellt, eine hydraulische Lasterkennungsleitung ersetzt und Kosten reduziert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine elektronische Lasterkennungssteuerung weist eine variable elektronische Lasterkennungsbegrenzung, einen variablen Arbeitsbereich und eine elektronische Drehmomentbegrenzung auf, welche eine Pumpe aufweist, die ein unter Druck stehendes Fluid an ein Bedienersteuerschieberventil und einen Aktuator zuführt. Die Pumpe ist ferner mit einem Ausgleichsschieberventil und einem Lasterkennungsschieberventil in Reihe geschaltet.
Ein erster Sensor ist mit dem System verbunden, um den Pumpenausgangsdruck zu messen und ein zweiter Sensor ist mit dem System verbunden, um den Druck an der Last zu messen. Die Sensoren sind mit einem Mikroprozessor verbunden, der eine Softwarelogik aufweisen.
Das System beinhaltet ferner mindestens einen Druckwandler, ein proportionales Druckbegrenzungsventil, eine feste Düse und einen Winkelsensor für die Schrägscheibe. Der Lasterkennungsanschluss der Pumpe wird anstatt durch das proportionale Druckbegrenzungsventil durch die feste Düse geführt. Basierend auf dem gemessenen Druck am ersten und / oder zweiten Sensor errechnet der Mikroprozessor einen Strom, der zum proportionalen Druckbegrenzungsventil gesendet wird. Das proportionale Druckbegrenzungsventil stellt dann den Druck so ein, dass der Druck der Last angepasst wird. Je nach erwünschten Einsatzbedingungen kann der Mikroprozessor den Strom auch erhöhen oder verringern. Schließlich errechnet der Mikroprozessor ein Eingangsdrehmoment und einen Maximaldruck, basierend zum Teil auf dem Winkel der Schrägscheibe.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Drucksteuer-Lasterkennungssystems gemäß dem Stand der Technik
2 ist eine schematische Darstellung eines Drucksteuer-Lasterkennungssystems
3 ist eine schematische Darstellung eines Drucksteuer-Lasterkennungssystems
4 ist eine schematische Darstellung eines Drucksteuer-Lasterkennungssystems
5 ist eine schematische Darstellung eines Drucksteuer-Lasterkennungssystems
6 ist eine Grafik die den Druck gegenüber dem aufgelösten Lasterkennungsdruck zeigt
7 ist eine schematische Darstellung eines Drucksteuer-Lasterkennungssystems
8 ist eine Grafik die den Pumpenhub gegenüber dem geforderten Drehmoment zeigt
9 ist eine Grafik die den Pumpenhub gegenüber dem geforderten Drehmoment zeigt

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNG
1 zeigt ein herkömmliches Drucksteuer-Lasterkennungssystem (PCLS) 10. Beispielhaft weist das System 10 eine Pumpe 12, die mit einem Druckausgleichs-Schieberventil 14, einem Lasterkennungs-Schieberventil 18, in Reihe geschaltet ist. Die Pumpe 12 ist von beliebiger Bauart, und vorzugsweise eine variable Verstellpumpe. Die Pumpe stellt unter Druck stehendes Fluid an das Operator-Steuer-Schieberventil 18 über die Leitung 13 bereit. In der Leitung 13, zwischen der Pumpe 12 und dem Ventil 18 ist ein Sensor (PA) angeordnet, um den Pumpenausgangsdruck zu messen.
Vom Ventil 18 fließt das Fluid zum Zylinder oder Aktuator 15 und zum Druckausgleichs-Schieberventil 14 über Leitung 37. Mit Leitung 37, zwischen Zylinder 15 und Ventil 14 ist ein Sensor (PB) verbunden um, den Druck an der Last zu messen. Das Fluid fließt dann von den Ventilen 14 und 16 je nach Betriebsbedingungen über die Leitungen 21 und 23 zu einem Drehmomentsteuerventil 19. Das Drehmomentsteuerventil 19 steuert die Auslenkung der Schrägscheibe 25.
Wenn der Pumpenausgangsdruck (PA) das Limit des Ventils 14 übersteigt, wird das Fluid vom Ventil 14 über die Leitung 23 geleitet, um das Ventil 25 und die Pumpe 12 zurückzuschwenken. Zum Beispiel, wie in 1 gezeigt, habe das Ventil 14 eine Einstellung von 250 bar. Übersteigt der Pumpenausgangsdruck (PA) 250 bar, wird das Druckbegrenzungsventil 14 aktiviert und lässt Fluid zum Ventil 25 strömen und schwenkt die Pumpe 12 zurück, bis der Pumpenausgangsdruck (PA) kleiner oder gleich 250 bar ist.
Der Lasterkennungsschieber 16 vergleicht den Pumpenausgangsdruck (PA) mit dem Druck bei Lastdruck (PB), der nach dem Bediener-Steuerschieber 18 gemessen wird. Der Lasterkennungsschieber verwendet eine Feder, um eine konstante Differenz zwischen Pumpenausgangsdruck (PA) und dem Lastdruck (PB) zu halten. Die Federeinstellung wird zum Belastungsdruck (PB) addiert und die Summe wird durch Veränderung der Pumpenverstellung gleich dem Pumpenausgangsdruck (PA) gehalten. Somit wird die Pumpenverstellung verändert, um ein konstantes Druckgefälle über dem Bediener-Steuerschieber 18 zu halten. Beträgt, der Lastdruck (PB) zum Beispiel 200 bar und die Einstellung der Lasterkennungsschieberfeder 20 bar, so liefert der Lasterkennungsschieber 16 Öl, um die Pumpe auszuschwenken, bis der Pumpenausgangsdruck (PA) 20 bar höher ist als der Lastdruck (PB), also bis (PA) 220 bar beträgt.
In diesem einfachen elektronischen Lasterkennungssystem 10 wird der eingestellte (höchste) Lastdruck im System 10 gemessen und der erhaltene Druck am Lasterkennungsausgang der Pumpe 12 repliziert. Der maximale Pumpendruck wird vom Druckausgleichsschieber 14 in der Steuerung gesteuert und der Pumpenbereich wird durch die Federeinstellung des Lasterkennungsschiebers 16 gesteuert. Beide Schieber 14 und 16 verbleiben zur Regelung des Pumpenhubs hierdurch bei einer herkömmlichen Methode, bei der durch Druckausgleich und Federeinstellung Öl auf einen Servokolben übertragen wird.
Um dieses System zu verbessern, werden, wie in 2 gezeigt, ein Druckaufnehmer 20, ein proportionales Druckbegrenzungsventil 22, eine feste Düse 24 und ein Winkelsensor 26 hinzugefügt. Das proportionale Druckbegrenzungsventil 22 wird der Regelung der Pumpe 12 hinzugefügt, während der Lasterkennungsanschluss der Pumpe 12 durch die Düse 24 geführt wird, anstatt den erhaltenen Lasterkennungsdrucks im Ventil 22, welches normalerweise am Lastdruck (PB) angeordnet ist, direkt an den Pumpenauslass zu leiten, entweder außerhalb der Pumpe 12 unter Pumpenausgangsdruck (PA) oder innerhalb des Steuerschiebers der Pumpe 12. Der Lastdruck (PB) wird an einen Mikroprozessor 28 geleitet, der den Lastdruck (PB) in einen entsprechenden Strom umwandelt, der zum proportionalen Druckbegrenzungsventil 22 übertragen wird. Das proportionale Druckbegrenzungsventil 22 mindert den Druck so ab, dass der Druck PC in der Leitung 27 dem Lastdruck (PB) entspricht. Der Pumpengrenzdruck, wie vom Lasterkennungssschieber 16 in der Pumpensteuerung eingestellt, wird über die feste Düse (Begrenzungsdüse) 24 befriedigt. Der Mikroprozessor 28 passt den Strom ständig an, so dass der Druck PC immer gleich dem Lastdruck (PB) ist. Gleichzeitig wird die Grenzeinstellung parallel durch die Begrenzungsdüse 24 und den Bedienkontrollschieber 18 befriedigt. Durch Messung der Temperatur am proportionalen Druckbegrenzungsventil 22 und Anpassung des Stroms in Relation zum Druck kann zudem eine gleichmäßigere Leistung über einen weiten Temperaturbereich aufrechterhalten werden.
Der Druck im System wird durch den Widerstand der Last und dem Durchfluss durch die Pumpe 12 bereitgestellt. Nur zum Beispiel sei, wie in 3 gezeigt, der Lastdruck (PB) 200 bar, welcher durch den Mikroprozessor 28 und das proportionale Druckbegrenzungsventil 22 repliziert wird, so dass der Druck bei PC ebenfalls 200 bar beträgt. Die 20 bar Federeinstellung im Lasterkennungsschieber 16 schwenkt die Pumpe 12 aus, um den Pumpenausgangsdruck (PA) um 20 bar Druck höher zu halten, so dass der Pumpenausgangsdruck (PA) 220 bar beträgt. Wenn die Last auf einen anderen Druck trifft, wird der andere Druck an den Mikroprozessor 28 weitergegeben, der den Druck bei PC einstellt und den Pumpenhub justiert, um die Einstellung des Lasterkennungsschiebers 16 beizubehalten. Wenn ein Bediener den Bedienersteuerschieber 18 verändert, so ändert sich der Druck bei der Last (PB) und das System stellt sich ein, wie bei einem normalen PCLS (Leistungssteuer-Lastsystem).
Wie gezeigt, repliziert das elektronische Lasterkennungssystem 10 den Druck im Lasterkennungsanschluss der Pumpe 12, der am resultierenden Lasterkennungsanschluss zu sehen ist und normalerweise durch eine hydraulische Lasterkennungsleitung weitergegeben wird. Durch Replizieren des Drucks im Lasterkennungsanschluss ist die Begrenzung über dem Bedienersteuerschieber 18 gleich der Begrenzung über der Begrenzungsdüse 24, welche dieselbe ist, wie die Einstellung der Begrenzungsfeder in der Pumpe 12.
Durch Nutzung einer Softwarelogik 29 kann eine elektronisch variable Arbeitsbegrenzung realisiert werden, indem der resultierende Lasterkennungsdruck leicht geändert oder verschoben wird anstatt ihn zu replizieren. Zum Beispiel sei, wie in 4 gezeigt, der Lastdruck (PB) 200 bar. Statt den Druck in PC so zu replizieren, dass er exakt gleich den 200 bar der Last ist, addiert die Softwarelogik 29 weitere 5 bar zur Einstellung, so dass der Druck in PC nun 205 bar beträgt. Der Lasterkennungsschieber 16 wird eine 20 bar Grenze zwischen Pumpenausgangsdruck (PA) und PC aufrechterhalten, so dass die Pumpe 12 ausgeschwenkt wird, bis der Ausgangsdruck 225 bar beträgt. Der Lasterkennungsschieber 16 erhält eine Federeinstellung von 20 bar an der Begrenzungsdüse 24 aufrecht ((PA)-PC), während der reale Arbeitsbereich über den Bedienersteuerschieber 18 (PA)-(PB) 25 bar beträgt. Als Ergebnis wird ein Bediener bei gegebenem Durchfluss-Steuerbefehl einen höheren Ventildurchfluss feststellen und wird zusätzlichen Durchfluss feststellen als der, der ursprünglich zur Verfügung stand, als der Schieber auf maximalem Hub stand.
In einem anderen Beispiel, wie in 5 gezeigt, sei der Lastdruck (PB) bei 200 bar. Die Softwarelogik zieht 5 bar von der Einstellung ab, so dass der Druck in PC 195 bar beträgt. Der Lasterkennungsschieber 16 wird eine 20 bar Grenze zwischen Pumpenausgangsdruck (PA) und PC aufrechterhalten, so dass die Pumpe 12 ausgeschwenkt wird, bis der Ausgangsdruck 215 bar beträgt. Der Arbeitsbereich über den Bedienersteuerschieber 18 beträgt nun 15 bar (PA)-(PB), im Vergleich zu dem Bereich über der Begrenzungsdüse 24, der 20 bar beträgt ((PA)-PC). Bei jeder verminderten Schiebereinstellung wird ein Bediener bei gegebenem Durchfluss-Steuerbefehl geringeren Durchfluss durch das Ventil feststellen. Dieser Betriebsmodus spart Energie durch den geringeren Druckabfall über dem Bedienersteuerschieber 18. Proportional steht mehr Pumpenausgangsdruck (PA) zur Verfügung indem die 200 bar-Last auf 215 bar Pumpenausgangsdruck angehoben wird, gegenüber dem Pumpenausgangsdruck von 220 bar der ursprünglich benötigt wurde.
Um einen größeren Arbeitsbereich als bei einem herkömmlichen System zu erreichen, muss man lediglich die Vorteile der hohen und niedrigen Arbeitseinstellungen nutzen oder auf Arbeitseinstellungen stützen, die stetig zwischen hoch und niedrig variieren. Mit niedrigen Bedienerschieberbefehlen kann ein geringerer Arbeitsbereich erreicht werden, was Energie spart. Wenn der Bedarf am Bedienersteuerschieber steigt, so steigt der Betriebsdruck und bietet mehr Durchfluss bei gegebener Schiebereinstellung. In einer Ausgestaltung kann dies automatisch mit Softwarealgorithmen geschehen oder durch interaktive Bedienerbefehle.
Um die Stabilität des Systems und die Gesamtsystemleistung zu steigern, wird dem Arbeitsdruck ein gewisser Grad an Durchflussabhängigkeit auferlegt, um das System zu dämpfen. Dies verbessert den Stand der Technik, bei dem PCLS-Systemsteuerungen sehr steif auf Änderungen in den Lastsystemen reagieren, was ein Hauptgrund für Instabilitäten im System sein kann. Um dies zu erreichen, wandelt der Mikroprozessor 28 den Druck, der in PC repliziert wird, gegenüber dem, der bei (PB) gemessen wird, leicht ab, wie 6 zeigt.
Wenn der resultierende Lasterkennungsdruck gestiegen ist, ist die Bandbreite über dem Bedienersteuerschieber 18 reduziert, so dass PC in Bezug auf (PB) gesenkt wird, da der Absolutwert von (PB) gestiegen ist. Somit würde bei einem gegebenen, konstanten Steuerbefehl des Bedieners durch den gestiegenen Lastdruck (PB) die effektive Arbeitsbandbreite an der Bedienerdüse geringer, was zu einer Verringerung des Durchflusses bei einer gegebenen Funktion führen würde. Die leichte Verringerung des Durchflusses würde wie eine Drosselung des Systems 10 wirken. Damit die Verringerung des Durchflusses die Produktivität der Maschine nicht beeinträchtigt oder bei Bedienern negative Eindrücke auslöst, müsste das System abgestimmt werden.
Falls aufgrund von Temperaturänderungen leichte Schwankungen zwischen dem bei (PB) gemessenen Druck und dem bei PC generierten Druck auftreten, wird in der Nähe der Begrenzungsdüse 24 ein zweiter Druckaufnehmer 32 verwendet, der mit der Leitung 27 verbunden ist, wie im Beispiel in 7 gezeigt. Durch Messung des Drucks bei PC wird ein geschlossener Regelkreisalgorithmus verwendet, um sicher zu stellen, dass das vom Steueralgorithmus benötigte Druckverhältnis genau wiedergegeben wird.
Oftmals übersteigt bei Lasterkennungssystemen mit offenem Kreislauf das gewünschte Drehmoment das Leistungsvermögen des Antriebs. Wenn dies geschieht, reduziert entweder der Bediener seinen Steuerbefehl, was die Maschine verlangsamt und einen effizienten Betrieb der Maschine erschwert, oder die Maschine kommt einfach zum Stillstand, was einen Neustart der Maschine erfordert. Ebenso, wenn von der Pumpe 12 hohe Durchflussmengen und Drücke gefordert werden, übersteigt das von der Antriebsmaschine geforderte Drehmoment deren Leistungsvermögen, was zu einem Maschinenstillstand führt. Um diese Situationen zu vermeiden, wird eine elektronische variable Drehmomentsteuerung der Form genutzt, dass der Ausgangsdruck der Pumpe 12 gleich dem benötigten Druck ist, um die Last zu heben, plus dem Abfall über dem Bedienersteuerungsschieber 18.
Um dies zu erreichen, wird zunächst vom Mikrocomputer 28 das Eingangsdrehmoment zur Pumpe 12, welches vom Antrieb bereitgestellt werden muss, berechnet, indem das Produkt von Ausgangsdruck der Pumpe 12 und der benötigten Verstellung gebildet wird, um den LS Druckabfall über der Düse 24 aufrecht zu halten. Ein Beispiel der Rechnung sei hier gezeigt:
Pumpendrehmoment = 200 bar × 45 cm³/Umin^-1/62.8 × 100 = 143.31 Nm, wobei der benötigte Druck, um eine Last zu heben, gleich 180 bar und der resultierende Ausgangsdruck (PA) der Pumpe 12 gleich 200 bar ist. Wenn ein Widerstand, der durch die Kraft an einem Zylinder 15 verursacht wird, im Kreislauf hinzukommt, so steigt der resultierende Druck im Kreislauf. Ohne Änderung in der Ventilsteuerung wird die Pumpe 12 versuchen, das höhere Ausgangsvolumen bei höherem Druck aufrecht zu erhalten. Wenn zum Beispiel der benötigte Lastdruck gleich 300 bar und der Ausgangsdruck an der Pumpe 320 bar beträgt, ist das: $Pumpendrehmoment = 320 bar \times {45 ccm/Umin}^{- 1} / 62.8 \times 100 % = 229.30 Nm$
Falls der Antrieb der Maschine nur 150 Nm leistet, würde diese neue Last bei gleichbleibender Durchflusssteuerung den Antrieb überfordern und zum Stillstand bringen, falls der Bediener bei dieser Ansteuerung bleibt. Durch Nutzung der elektronischen Drehmomentsteuerung kann das System das Ausschwenken der Pumpe 12 steuern, indem es den LS-Druck PC in der Steuerung reguliert, während ein Drehmomentniveau am oder unter dem maximalen Drehmoment gehalten wird, das der Antrieb bereitstellen kann und den Antrieb vor dem Stillstand bewahrt.
Wie in 8 gezeigt und basierend auf dem vorherigen Beispiel, gibt es einen großen Bereich, in dem die Pumpe 12 betriebsbereit ist und der zu einem Stillstand des Antriebs führen würde. Linie 34 zeigt das maximale Drehmomentniveau, das der Antrieb der Pumpe bereitstellen kann. Linie 36 zeigt das konstante maximale Drucklimit, das normalerweise mit einem herkömmlichen Lasterkennungssystem erreicht wird. Während des Betriebs misst die Software ständig den Schrägscheibenwinkel mittels des Schrägscheibenwinkelsensors 26 in der Pumpe 12. Der Schrägscheibenwinkel wird verwendet, um einen Maximaldruck zu berechnen, der in einem Drehmomentniveau resultiert, das der Antrieb bei gegebener Verstellung erzeugen kann, wobei der korrekte Strom zum proportionalen Druckbegrenzungsventil 22 in der Pumpensteuerung geschickt wird, um den Maximaldruck bei PC zu erreichen. Durch Verwendung der Steuerungslogik 30 ist die elektronische Drehmomentbegrenzung in der Lage, den Betrieb im Bereich 38 zu vermeiden, der zum Stillstand des Antriebs führt, und stattdessen dem hydraulischen System zu ermöglichen, immer den maximal möglichen Druck bei gegebener Verstellung, ohne Abwürgen des Antriebs, bereitzustellen.
Das System stellt ferner eine elektronische Lasterkennungsbegrenzung bereit. Da das proportionale Druckbegrenzungsventil 22 den von der Drucksteuerung erkannten Druck limitiert, kann es auch für andere Lasterkennungsbegrenzungsventile im System eingesetzt werden. Selbst wenn der Lastdruck (PB) auf ein unerwünschtes Niveau hochschnellt, kann der Mikrokontroller 28 die Druckbegrenzungseinstellung, die zum Begrenzungsventil übertragen wurde, bis zu einem begrenzten Druck aufrechterhalten und die Pumpe 12 wird zurück geschwenkt, bis der Pumpenausgangsdruck (PA) ein erwünschtes Niveau erreicht hat.
Es wurde somit eine elektronische Erkennungssteuerung offenbart, die zumindest alle der genannten Aufgaben erfüllt.
Bezugszeichenliste

10: Lasterkennungssteuersystem
12: Pumpe
13: Pumpenausgang/Leitung
14: Druckkompensationsschieberventil
15: Zylinder
16: Lasterkennungsschieberventil
17: Lasterkennungsanschluss/Leitung
18: Bedienersteuerschieberventil
19: Drehmomentsteuerventil
20: Druckaufnehmer 1
21: Leitung
22: Druckbegrenzungsventil
23: Leitung
24: feste Düse/Begrenzungsdüse
25: Schrägscheibe
26: Schrägscheibenwinkelsensor
27: Leitung
28: Mikroprozessor
29: Softwarelogik/Steuerungslogik
30: erster Sensor
32: Druckaufnehmer 2
34: Linie
36: Linie
37: Leitung
38: Bereich
P_A: Pumpenausgangsdruck
P_B: erkannter Lastdruck
P_C: Druck

Claims

Elektronisches Lasterkennungssteuersystem (10), aufweisend: - eine Pumpe (12), in Reihe geschaltet mit einem Bedienersteuerschieberventil (18), einem Druckkompensationsschieberventil (14) und einem Lasterkennungsschieberventil (16) - einen ersten Sensor (30), der zwischen der Pumpe (12) und dem Bedienersteuerschieberventil (18) zur Messung des Pumpenausgangsdrucks (P_A) angeschlossen ist; - einen zweiten Sensor (20), der zwischen einem Aktuator (15) und dem Bedienersteuerschieberventil (18) zur Messung des Lastdrucks (P_B) an der Last angeschlossen ist; - einen Lasterkennungsanschluss (17) der Pumpe (12), der durch eine feste Düse (24) zu einem proportionalen Druckbegrenzungsventil (22) geführt wird; und - einen Mikroprozessor (28), der mit dem ersten Sensor (30), dem zweiten Sensor (20) und dem proportionalen Druckbegrenzungsventil (22) verbunden ist, wobei der Mikroprozessor (28) derart ausgestaltet ist, dass der erkannte Lastdruck (P_B) in einen zugehörigen Strom gewandelt wird, welcher an das proportionale Druckbegrenzungsventil (22) übermittelt wird, welches ausgestaltet ist, um Druck abzubauen, so dass ein Druck (P_c) zwischen einer festen Düse (24) und dem proportionalen Druck-begrenzungsventil (22) gleich dem erkannten Lastdruck (P_B) ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Strom basierend auf der am proportionalen Druckbegrenzungsventil (22) gemessenen Temperatur angepasst wird.
System nach Anspruch 1, wobei der Mikroprozessor (28) eine Softwarelogik (29) aufweist, die derart gestaltet ist, dass aus einem resultierenden Lasterkennungsdruck (P_B) ein Versatz berechnet wird, um einen variablen Arbeitsbereich zu erzeugen.
System nach Anspruch 3, wobei die Softwarelogik (29) zum resultierenden Lasterkennungsdruck hinzuaddiert.
System nach Anspruch 3, wobei die Softwarelogik (29) vom resultierenden Lasterkennungsdruck abzieht.
System nach Anspruch 1, weiter aufweisend einen ersten und einen zweiten Druckaufnehmer (20).
System nach Anspruch 1, weiter aufweisend einen Schrägscheibenwinkelsensor (26).
System nach Anspruch 7, wobei der Mikroprozessor (28) derart ausgestaltet ist, um basierend auf des erkannten Druck (P_A) am Pumpenausgang (13) und der Verstellung, die nötig ist, um den Lasterkennungsabfall an der festen Düse (24) aufrecht zu erhalten, das Eingangsdrehmoment zu berechnen.
System nach Anspruch 7, wobei der Mikroprozessor (28) derart ausgestaltet ist, um basierend auf der von konstanter Überwachung des Schrägscheibenwinkels den Maximaldruck zwischen der festen Düse (24) und dem proportionalen Druckbegrenzungsventil (22) zu berechnen.