Verfahren zum Steuern einer hydrostatischen Maschine, insbesondere einer Axialkolbenmaschine

Abstract

 Ein Verfahren zum Steuern einer hydrostatischen Maschine (1, 3), die an ein Drucknetz (6) mit eingeprägtem Druck angeschlossen ist und verstellbares Hub- bzw. Schluckvo­lumen aufweist, wird in ihrer Drehzahl durch die Verstellung des Schluckvolumens geregelt.
Das Schluckvolumen des Hydraulikmotors (1) ist vor dem Auftreten eines Lastmomentes mittels zweier gemeinsam verstellbarer, im Zu- bzw. Ablauf (4, 7) des Motors (1) angeordneter Drosselventile (10, 11) auf einen vorbestimmten Wert einstellbar und die beiden Drosselventile (10, 11) werden beim Auftreten des Lastmomentes derart geöffnet, daß eine entsprechende Druckdifferenz am Motor (1) ent­steht und er ohne wesentliche Änderung des Schluckvolumens das Lastdrehmoment übernehmen kann.

Beschreibung

[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.

Ansprüche

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.

Zeichnung