[0001] Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Maschine mit einer Verstelleinrichtung
zum Einstellen des Hub- bzw. Schluckvolumens, einen sogenannten sekundärgeregelten
hydrostatischen Antrieb.
[0002] Beim sekundärgeregelten Antriebssystem wird der Hydromotor von einem Druckölsystem,
bestehend aus Pumpen und Hydrospeichern, mit einem eingeprägten Druck versorgt. Der
Vorteil dieses Antriebssystems ist dadurch gegeben, daß von dem Drucknetz mehrere,
unabhängig voneinander arbeitende Abtriebseinheiten gespeist werden können, während
bei einem primär geregelten Antriebssystem für jede Abtriebseinheit eine Regelpumpe
installiert werden muß.
[0003] Beim sekundärgeregelten Antriebssystem wird das Hubvolumen des Hydromotors durch
einen Stellzylinder von Null nach beiden Richtungen stufenlos verstellt. Die Drehzahl
des Hydromotors wird durch einen elektrischen Tachogenerator mit dem Drehzahlsollwert
verglichen. Die Regelabweichung wird über einen Regler aufbereitet, der mit seinem
Stellsignal über den Stellzylinder das Hubvolumen des Motors in der Weise ändert,
daß bei Änderung des Antriebsmomentes die Last auf der gewünschten Solldrehzahl gehalten
wird.
[0004] Bei diesem Antriebssystem ist bei vorgegebenem = eingeprägtem Druck am Motoreinlaß
und bei einer gewünschten Drehzahl das Hubvolumen des Motors proportional dem Antriebsdrehmoment.
Der Ölstrom zum oder bei Lastrichtungsumkehr vom Hydromoto ist gleich dem Produkt
aus Hubvolumen und Drehzahl.
[0005] Bei entsprechender Auslegung ist die Abtriebsdrehzahl in weiten Bereichen feinfühlig
regelbar, bei langsamen Änderungen des Abtriebdrehmomentes ist die Dynamik dieses
Antriebssystems für die meisten Anwendungsfälle ausreichend.
[0006] Schwierigkeiten bereitet dieses Antriebssystem bei plötzlichen Änderungen des Abtriebsdrehmomentes.
Dies tritt z.B. bei hydraulisch angetriebenen Bohr- und Fräswerkzeugen auf, wenn das
Werkzeug vom Leerlauf in den Schnitt fährt oder wenn bei hydraulisch angetriebenen
Walzen das Walzgut in das mit der vorgegebenen Drehzahl rotierende Walzenpaar einläuft.
Momentenänderungen vom Leerlaufmoment auf das Lastmoment erfolgen hier in wenigen
Millisekunden, ein großer Drehzahleinbruch ist dabei unerwünscht.
[0007] Leerlaufbetrieb bedeutet, daß zwar die vorgegebene Drehzahl eingehalten wird, das
Hubvolumen des Hydromotors auf Grund des kleinen Leerlaufmomentes auf einen kleinen
Wert eingeregelt ist. Bei einem aufkommenden Drehmomentenstoß muß der Hydromotor
auf ein Hubvolumen schwenken, das dem Lastmoment entspricht. Auf Grund der Massenträgheit
der zu verstellenden Motorteile ist dies jedoch meist nicht in der kurzen Momentenanstiegszeit
möglich.
[0008] Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, ein Verfahren zu
schaffen, um die Ausregelzeit einer sekundärgeregelten hydrostatischen Maschine zu
verkürzen.
[0009] Bei der vorliegenden Erfindung ist diese Aufgabe mittels zweier, gemeinsam verstellbarer,
im Motorzu- bzw. Motorablauf angeordneter Drosseln gelöst.
[0010] Drosseln in der Zu- und/oder Abflußleitung eines Hydromotors sind aus der DE-OS 28
28 277 oder aus der DE-OS 22 63 924 bekanntgeworden. Die dort beschriebenen Drosseln
sind jedoch einem Hydromotor mit konstantem Hubvolumen zugeordnet, d. h. es handelt
sich um einen primärgeregelten hydrostatischen Kreis. Mittels der dort beschriebenen
Drosseln wird der Pumpendruck so weit angehoben, daß nach Öffnen der Drosseln der
Hydromotor das Lastmoment übernehmen kann.
[0011] Aus der AT-PS 383 059 ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem die Verstellung
des Hydromotors vor dem Auftreten eines Lastmomentes in von der Drehzahlregelung entkoppelter
Verstellbewegung auf einen Schwenkwinkel vorgenommen wird und die Drehzahlregelung
ausschließlich durch Änderung der Fluidzufuhr zum Hydromotor erfolgt und erst nach
Auftreten des Lastmomentes die Drehzahlregelung wieder zugeschaltet wird.
[0012] Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch zu keinem Zeitpunkt die Drehzahlregelung
entkoppelt, sondern sie bleibt immer im Sinne des sekundärgeregelten Antriebes aktiv.
[0013] Aus der DE-OS 35 25 097 ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem entweder im Motorzulauf
ein Stromregelventil oder ein Druckreduzierventil vorgesehen oder im Motorablauf ein
Druckregelventil angeordnet ist. Stromregel- bzw. Druckreduzierventile vermindern
den eingeprägten Druck im Leitungsteil zwischen den Ventilen und dem Motoreinlaß
so weit gegen Null, damit der Motor - nur mit dem Leerlaufmoment belastet - auf den
gewünschten Schwenkwinkel aus lenkt. Beim plötzlichen Momentenanstieg werden diese
Ventile schnell geöffnet, wobei der Druck im Motoreinlaß schlagartig auf das eingeprägte
Druckniveau ansteigt. Mit dem Druckregelventil am Motorauslaß wird gemäß DE-OS 35
25 097 der auslaufseitige Motordruck so lange erhöht, bis das Hubvolumen des Motors
auf einem vorbestimmten Wert eingeregelt ist. Ist das Leerlaufdrehmoment gering, erreicht
dieser Druck Werte annähernd denen des eingeprägten Systemdruckes. Die Axialkräfte
im Motortriebwerk erreichen daher im Leerlaufbetrieb ca. zweifach höhere Werte als
im Lastbetrieb.
[0014] Bei der vorliegenden Erfindung werden die oben beschriebenen Nachteile mit den im
kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angeführten Merkmalen vermieden.
[0015] Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung, Fig. 1, näher erläutert.
[0016] Ein Axialkolbenmotor 1 treibt eine nicht näher zu beschreibende Arbeitsmaschine
2. Bei der Verstelleinrichtung 3 des Axialkolbenmotors 1 handelt es sich um eine bekannte
Einheit, mit der der Schwenkwinkel und damit das Schluckvolumen des Motors 1, abhängig
vom Lastmoment und der Motordrehzahl, regelbar ist. Druckseitig ist der Motor 1 über
eine Leitung 4 und einem Ventilblock 5 an eine Druckleitung 6 mit einem eingeprägten
Systemdruck P angeschlossen. Ablaufseitig ist der Motor 1 über eine Leitung 7 und
dem Ventilblock 5 an eine zum Tank T führende Niederdruckleitung 8 verbunden. Mit
9 ist eine Leckölleitung bezeichnet.
[0017] Der Ventilblock weist zwei Drosselventile auf, wobei die Drossel 10 in der Zuflußleitung
4 und die Drossel 11 in der Ablaufleitung 7 angeordnet ist. Mit Hilfe des Steuerventiles
12 und des Stellzylinders 13 lassen sich die beiden Drosseln 10, 11 gemeinsam auf
einen gleich großen Öffnungs querschnitt einstellen. Im Leerlaufbetrieb des Motors
1, bei dem lediglich das Leerlaufdrehmoment, meist Reibungsmoment, aufzubringen ist,
sind beide Drosseln 10, 11 auf den maximalen Öffnungsquerschnitt gestellt. Am Motor
1 steht die volle Druckdifferenz an, da der Systemdruck aus Leitung 6 am Motoreinlaß
und der Niederdruck aus der Leitung 8 am Motorauslaß herrscht. Auf Grund der hohen
Druckdifferenz und des geringen Abtriebsdrehmomentes des Motors hat die Verstelleinrichtung
3 den Motor 1 auf ein kleines Schluckvolumen verstellt. Der Ölstrom aus der Druckleitung
6 über die Leitung 4, den Hydromotor 1, der Leitung 7 und zurück zur Niederdruckleitung
8 ist gegeben durch die Motordrehzahl und das Motorschluckvolumen. Da letzteres klein
ist, ist auch der Ölstrom relativ klein.
[0018] Erfindungsgemäß werden, rechtzeitig bevor das Lastdrehmoment am Motor 1 erwartet
wird, die Öffnungsquerschnitte der beiden Drosseln 10 und 11 schrittweise verringert.
Bei einem Schließschritt verringert sich nun auf Grund des momentanen Ölstroms der
Druck in der Leitung 4 und erhöht sich der Druck in der Leitung 7. Am Hydromotor 1
steht nun ein verringerter Differenzdruck an, die Verstelleinrichtung 3 des Motors
1 vergrößert nun das Schluckvolumen des Motors 1, um mit dem verringerten Differenzdruck
das Leerlaufdrehmoment aufzubringen. Durch das nun vergrößerte Schluckvolumen des
Motors hat sich auch, da die Motordrehzahl gleichbleibt, der Ölstrom durch den Motor
1 vergrößert. Der vergrößerte Ölstrom über die beiden Drosseln 10 und 11 hat a priori
einen zusätzlichen Druckabfall in der Leitung 4 und einen zusätzlichen Druckanstieg
in der Leitung 7 zur Folge. Um diese zusätzlichen Druckänderungen zu kompensieren,
ist nach Fig. 1 ein Drucksensor 14 in der Leitung 7 vorgesehen, der über den Differenzverstärker
15 auf die Stelleinrichtung 12, 13 der beiden Drosseln 10, 11 dahingehend einwirkt,
daß durch geringfügiges Vergrößern der beiden Drosselquerschnitte die zusätzlichen
Druckänderungen durch den vergrößerten Ölstrom abgebaut werden.
[0019] Erfindungsgemäß werden schrittweise die Öffnungsquerschnitte der beiden Drosseln
nun so lange verringert, bis das Schluckvolumen des Motors 1 auf einen Wert gebracht
ist, den er im Beharrungszustand unter dem Lastmoment haben müßte. Dieses Schluckvolumen
und der entsprechende Schwenkwinkel des Motors können vorher bestimmt werden und
sind somit bekannt. Mit Hilfe des Schwenkwinkelgebers 16 auf dem Motor 1 wird der
momentane Schwenkwinkel des Motors erfaßt und mit dem Sollwert 17 des Schwenkwinkels
verglichen. Hat der Istwert des Schwenkwinkels den Sollwert 17 erreicht, wird das
weitere Schließen der beiden Drosseln 10, 11 unterbrochen.
[0020] Erfolgt jetzt der plötzliche Drehmomentenanstieg von Leerlaufdrehmoment auf das
Lastdrehmoment, so werden erfindungsgemäß mit Hilfe des Funktionselementes 18, der
Stelleinrichtung 12 und 13 die Öffnungsquerschnitte der beiden Drosseln 10, 11 proportional
dem Momentenanstieg vergrößert und der Motor erhält in zunehmendem Maße die volle
Druckdifferenz. Da der Motor bereits auf ein großes Schluckvolumen eingestellt ist,
kann er mit der vollen Druckdifferenz das Lastmoment übernehmen. Es entfällt somit
der Zeitverlust, der ohne die erfindungsgemäße Einrichtung zum Verstellen des Motors
1 vom Leerlauf- auf Lastbetrieb erforderlich wäre.
[0021] Eine abgeänderte Ausführungsform zeigt Fig. 2, bei der statt des Schwenwinkelgebers
16 ein Ölstromsensor 19 in der Leitung 7 vorgesehen ist. Die übrige Anordnung entspricht
der Fig. 1.
[0022] Mit dieser Ausführungsvariante werden, wie bei Fig. 1, die Öffnungsquerschnitte der
beiden Drosseln ebenfalls so lange verringert, bis das Schluckvolumen des Motors 1
auf einen Wert gebracht ist, den er im Beharrungszustand unter dem Lastmoment haben
müßte. Da dieses Schluckvolumen vorher bestimmt werden kann und die Motordrehzahl
bekannt ist, läßt sich der Ölstrom durch den Motor vorausberechnen. Mit Hilfe des
Ölstromsensors 19 in der Leitung 7 wird während des Schließens der Drosseln 10 und
11 der momentane Ölstrom in der Leitung 7 erfaßt und mit dem vorberechneten Ölstromsollwert
20 verglichen. Hat der Istwert des Ölstromes den Sollwert erreicht, wird das weitere
Schließen der beiden Drosseln 10, 11 unterbrochen.
[0023] Bei plötzlichem Drehmomentenanstieg werden, wie bei der Anordnung nach Fig. 1, die
Öffnungsquerschnitte der beiden Drosseln 10 und 11 proportional dem Momentenanstieg
vergrößert.
1. Verfahren zum Steuern einer hydrostatischen Maschine, insbesondere einer Axialkolbenmaschine,
die an ein Drucknetz mit eingeprägtem Druck angeschlossen ist, ein verstellbares
Hub- bzw. Schluckvolumen hat und deren Drehzahl durch die Verstellung des Schluckvolumens
geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Schluckvolumen des Hydromotors (1)
vor dem Auftreten eines Lastmomentes mittels zweier, gemeinsam verstellbarer, im Zu-
bzw. Ablauf (4, 7) des Motors angeordneter Drosselventile (10, 11) auf einen vorbestimmten
Wert einstellbar ist und beim Auftreten des Lastmoments die beiden Drosselventile
(10, 11) derart geöffnet werden, daß eine entsprechende Druckdifferenz am Motor (1)
entsteht und er ohne wesentliche Änderung des Schluckvolumens das Lastdrehmoment übernehmen
kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ablauf (7) des Motors
(1) ein Drucksensor (14) eingebaut ist, über den die Stelleinrichtung (13) der beiden
Drosseln (10, 11) in Abhängigkeit von den auftretenden Druckänderungen ansteuerbar
sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Zulauf (4)
zum Motor (1) liegende Drossel (10) mit der im Ablauf (7) vom Motor (1) liegende Drossel
(11) mechanisch verbunden ist und die Öffnungsquerschnitte beider Drosselventile (10,
11) mittels eines elektrohydraulischen Stellgliedes (12, 13) einstellbar sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verringern
der Öffnungsquerschnitte der Drosselventile (10, 11) dann beendet wird, wenn der dem
Schluckvolumen des Hydromotors (1) proportionale Schwenkwinkel einem vorausberechneten
Wert entspricht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verringern
der Öffnungsquerschnitte der Drosselventile (10, 11) dann beendet wird, wenn der Ölstrom
durch den Hydromotor (1) einem vorausberechneten Wert entspricht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsgeschwindigkeit
der Drosselventile (10, 11) proportional dem Momentenanstieg gewählt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten
eines Drehzahlgrenzwertes des Hydromotors (1) die Drosselventile (10, 11) vollständig
geschlossen werden können.