BESCHREIBUNG

Ein hydraulischer Antrieb kann aus einer verstellbaren Hydraulikpumpe mit elektrisch direktgesteuertem Ansteuergerät und einem vorzugsweise verstellbaren Hydraulikmotor mit elektrisch proportionalem Ansteuergerät aufgebaut sein, welche in einem geschlossenen hydraulischen Kreis miteinander verbunden sind. Wenn dieser Fahrantrieb belastet wird, steigt der Systemdruck und die Hydraulikpumpe schwenkt zurück. Dieses Lastverhalten wird als lastfühliges Verhalten beschrieben und ist eine inhärente Eigenschaft der Ansteuerung der Hydraulikpumpe. Das lastfühlige Verhalten macht sich zum Beispiel in einem hydraulischen Fahrantrieb beim Bergauffahren der betroffenen mobilen Arbeitsmaschine bemerkbar. Das heißt, dass die mobile Arbeitsmaschine bei konstant gedrücktem Fahrpedal (als Beispiel 50%) und anfangs konstanter Geschwindigkeit langsamer wird. Eine lastfühlige Pumpe kann nicht nur in der Fahrhydraulik als Fahrantrieb sondern auch in der Arbeitshydraulik, zum Beispiel bei einem Windenantrieb, benutzt werden.

Aus dem Stand der Technik sind auch Antriebe mit laststeifem Verhalten bekannt. Diese können aus einer Hydraulikpumpe mit elektrisch proportionaler Ansteuerung und einem Hydraulikmotor mit elektrisch proportionaler Ansteuerung bestehen. Hierbei fährt die mobile Arbeitsmaschine bei konstant betätigtem Fahrpedal (z.B. 50%) mit steigender Last bzw. mit steigendem Systemdruck mit gleichbleibender Geschwindigkeit weiter, bis die Leistungsgrenze des Fahrantriebs erreicht ist. Auch dieses Lastverhalten ist eine Eigenschaft der Ansteuerung der Hydraulikpumpe.

Beide Lastverhalten sind durch eine Ansteuer-Hardware und -Software umsetzbar jedoch nur teilweise kombinierbar.

Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Antrieb zu schaffen, bei dem das Lastverhalten mit nur einer Hardwarevariante der Hydraulikpumpe inklusive Ansteuergerät und mit nur einer Ansteuersoftware beeinflusst werden kann. Unter Lastverhalten ist die Änderung der Fahrgeschwindigkeit (die einer Fahrgeschwindigkeit oder einer Geschwindigkeit einer Komponente der Arbeitsmaschine entspricht) in Abhängigkeit der Last zu verstehen, die beim laststeifen Verhalten auch Null sein kann. Dabei ist es nicht nur möglich zwischen beiden Fahrantriebseigenschaft hin und her zu schalten, sondern beliebiges Zwischenverhalten einzustellen und dieses abhängig von weiteren Parametern oder (Mess-) Größen zu gestalten.

KURZFASSUNG

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Es ist klar, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung bei einer lastfühligen Pumpe verwendet werden kann, die entweder für die Druckmittelversorgung einer Arbeitshydraulik (wie bei einer Winde oder bei einem Drehwerk) oder eines Fahrantriebes zuständig ist. Aus diesem Grund ist dem Fachmann klar, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung bei verschiedenen Anwendungen benutzt werden kann und nicht an den in den Figuren dargestellten Beispiel begrenzt ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile und / oder auf ähnliche Teile und / oder auf entsprechende Teile des Systems beziehen. Zu den Figuren:

Figur 1 zeigt einen hydraulischen Schaltplan eines hydrostatischen Fahrantriebes, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann,

Figur 2 zeigt verschiedene Lastverhalten verschiedener Ausführungsbeispiele,

Figur 3 zeigt das Lastverhalten eines weiteren Ausführungsbeispiels,

Figur 4 zeigt eine Ergänzung der Funktionsarchitektur um eine zusätzliche Korrekturfunktion zum Einstellen des Lastverhaltens.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben, wie sie in den beigefügten Figuren gezeigt sind. Nichtsdestotrotz ist die vorliegende Erfindung nicht auf die besonderen Ausführungsformen beschränkt, die in der folgenden detaillierten Beschreibung beschrieben und in den Figuren gezeigt sind, sondern die beschriebenen Ausführungsformen veranschaulichen lediglich einige Aspekte der vorliegenden Erfindung, deren Schutzbereich durch die Ansprüche definiert ist.

Weitere Änderungen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann klar. Die vorliegende Beschreibung umfasst somit alle Änderungen und / oder Variationen der vorliegenden Erfindung, deren Schutzbereich durch die Ansprüche definiert ist.

Figur 1 zeigt einen Schaltplan einer Anwendung, bei dem das erfindungsgemäß Verfahren durchgeführt werden kann. Es werden nur die für die Erfindung relevanten Komponenten beschrieben. Bei diesem Anwendung geht es um einen Fahrantrieb.

Der Fahrantrieb hat eine Axialkolbenpumpe 12, an dessen Gehäuse zwei Arbeitsanschlüsse gebildet sind. Über die Arbeitsanschlüsse und über Arbeitsleitungen eines geschlossenen Kreises ist ein Hydromotor 3 fluidisch mit der Axialkolbenpumpe 12 verbunden. An einer Abtreibwelle des Hydromotors 3 ist ein (nicht gezeigtes) Rad gekoppelt. Damit ist ein Fahrantrieb für eine (nicht näher gezeigte) mobile Arbeitsmaschine gebildet.

Die Axialkolbenpumpe 12 ist mit einer Schrägscheibe ausgeführt, deren Pumpenschwenkwinkel ap _mp über eine Verstelleinheit 4a einstellbar ist. Dazu dient ein doppelt wirkender Stellzylinder 6, der eine erste Stelldruckkammer 8i und eine dem entgegenwirkende zweite Stelldruckkammer 82 aufweist.

Ein erster Steuerdruck wirkt in der ersten Stelldruckkammer 81 in Richtung einer Vergrößerung des Schwenkwinkels ap _mp und damit in Richtung einer Vergrößerung des Pumpenfördervolumens Vp. Dem entgegen wirkt ein zweiter Stelldruck in der zweiten Stelldruckkammer 82 in Richtung einer Verkleinerung des Schwenkwinkels ap _mp und damit in Richtung einer Verringerung des Pumpenfördervolumens Vp. Dabei lässt sich eine Stelldruckdifferenz definieren, die definitionsgemäß stets in Richtung einer Vergrößerung des Pumpenschwenkwinkels ap _mp bzw. des Pumpenfördervolumens VP wirkt.

Über eine Antriebswelle 10 der Axialkolbenpumpe 12 wird deren Triebwerk und darüber hinausgehend auch eine Speisepumpe 14 angetrieben. Die Antriebswelle 10 wird von einem (nicht gezeigten) Dieselmotor (Antriebsmotor) angetrieben, dessen Kurbelwelle mit einer Drehzahl rotiert. Mit gleicher oder mit proportional veränderter Pumpendrehzahl rotiert daher die Antriebswelle 10.

Die Pumpendrehzahl wirkt zusammen mit der Stelldruckdifferenz in Richtung einer Vergrößerung des Pumpenschwenkwinkels ap _mp . Genauer gesagt wirkt eine Zunahme der Pumpendrehzahl auf diese Weise.

Eine Arbeitsleitung ist mit Hochdruck HD gekennzeichnet, während die andere Arbeitsleitung mit Niederdruck ND gekennzeichnet ist. Der Hochdruck HD wirkt in Richtung einer Verringerung des Pumpenschwenkwinkels ap _mp . Diese genannten Wirkungen der Stelldruckdifferenz, der Pumpendrehzahl und des Hochdruck HD werden gemessen. Ihre oben genannten Wirkungen auf den Pumpenschwenkwinkel ap _mp sind in einer elektronischen Steuereinheit 16 als Formeln und/oder als Kennfelder bzw. Kennlinien hinterlegt. Damit lassen sich Betriebspunkte der Axialkolbenmaschine 12 ansteuern, ohne dass dafür eine Rückkoppelung im Sinne eines Regelkreises notwendig ist.

Die beiden Stelldrücke werden über zwei Druckreduzierventile 18i, I82 gesteuert. Diese haben jeweils einen elektrischen Magneten a, b, der über eine jeweilige elektrische Leitung 201, 2O2 mit der elektronischen Steuereinheit 16 verbunden ist. Die beiden Druckreduzierventile I81, 182 sind derart ausgelegt, dass der jeweilige Stelldruck proportional zur jeweiligen Stromstärke ist.

Die beiden Druckreduzierventile I81, 182 werden eingangsseitig über eine Speisedruckleitung 22 von der Speisepumpe 14 versorgt.

Über eine elektrische Leitung 25 ist ein Bedienelement 26 zur Übermittlung des Fahrerwunsches an die Steuereinheit 16 angeschlossen, wobei das Bedienelement 26 vorzugsweise als Fahrpedal ausgestaltet ist.

Als Sekundärmaschine ist der bereits genannte Hydromotor 3 an die beiden Arbeitsleitungen HD, ND des geschlossenen Kreises angeschlossen. Ein Motorschluckvolumen V _m ist über eine elektrische Verstelleinheit 4b verstellbar. Diese ist über eine elektrische Leitung 24 an die Steuereinheit 16 angeschlossen.

Die Steuereinheit 16 ist so konfiguriert, dass eine Information von dem Bedienelement 26 durch die elektrische Leitung 25 erhalten wird, damit der Fahrerwunsch ermittelt wird. Der Fahrerwunsch ist in der Regel eine Wunschgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine, die der Fahrer erreichen will.

Ein ähnliches Antrieb kann auch als Antrieb einer Winde benutzt werden. In diesem Fall wird der hydraulische Motor direkt an der Winde gekoppelt sein.

Figur 2 zeigt verschiedene Lastverhalten h, k, k, der hydraulischen Pumpe, die alle als lineare Funktionen darstellt sind.

Das Lastverhalten des Antriebes lässt sich über die Impedanz I näher beschreiben: l=dv/dL

Diese Impedanz I gibt die Änderung der Geschwindigkeit v (z.B. der Fahrgeschwindigkeit oder der linearen Geschwindigkeit der Winde) gegenüber einer Änderung der aufgeprägten Last L an. Einfach erklärt ist die Impedanz die Ableitung der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Linien und kann deswegen aus diesen Figuren abgeleitet werden.

Repräsentativ für die Last L kann (wie mit Bezug zu den Figuren 2 und 3 geschehen) der Differenzdruck Ap an der Pumpe 12 betrachtet werden: l=dv/dAp

Weiterhin lässt sich unter vereinfachten Bedingungen annehmen, dass sich die Fahrgeschwindigkeit v proportional zum Schwenkwinkel a einer als Axialkolbenpumpe ausgestalteten Hydraulikpumpe P ändert: v~a => l~da/dAp

Wie in dem Verlauf der Beschreibung klarer wird, ist der Vorteil einer ersten Ausprägung der Erfindung, die in Figur 2 dargestellt ist, die Ermöglichung eines Wechsels bzw. einer Wahl zwischen den beiden per se aus dem Stand der Technik bekannten Lastverhalten, nämlich dem laststeifen Verhalten h und dem lastfühlenden Verhalten L mit ein und derselben Hardwarevariante der Hydraulikpumpe 12 inklusive elektronischer Verstellung/Ansteuerung 1.

Wie in dem Verlauf der Beschreibung klarer wird, ist ein Vorteil einer zweiten Ausprägung der Erfindung ein Zwischenverhalten k aus den beiden per se aus dem Stand der Technik bekannten Lastverhalten h, I4 mit ein und derselben Hardwarevariante der Hydraulikpumpe 12 inklusive elektronischer Verstellung/Ansteuerung.

Das Zwischenverhalten le ist als Funktion einer Geschwindigkeit v (z.B. einer Fahrgeschwindigkeit) in Abhängigkeit eines Differenzdruckes Ap der beiden Pumpenanschlüsse (Druckunterschied zwischen Strömungseingang und dem Strömungsausgang der Hydropumpe, d.h. zwischen HD und LD) , von dem auf die der Last des Fahrantriebs geschlossen werden kann. Die Funktion des Zwischenverhaltens le ist zwischen der Funktion des laststeifen Verhaltens h und der Funktion des lastfühligen Verhaltens I4 angeordnet.

Wie in dem Verlauf der Beschreibung klarer wird, ist ein Vorteil einer dritten Ausprägung der Erfindung die Ermöglichung der Einstellung (bei der Inbetriebnahme) oder Verstellung (während des Fährbetriebes) der Steigung des Zwischenverhaltens le gemäß dem Doppelpfeil. Auch dies ist erfindungsgemäß mit ein und derselben Hardwarevariante der Hydraulikpumpe P inklusive elektronischer Verstellung/Ansteuerung 1 ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Lastverhalten muss nicht linear über die gesamte Last sein. So kann z.B. gemäß Figur 3 ein Lastverhalten Is vorgesehen sein, das in einem ersten niedrigen Lastbereich ein laststeifer Funktionsbereich 98 und in einem zweiten mittleren Lastbereich ein lastfühlender Funktionsbereich 99 mit einem gekrümmten Funktionsverlauf und in einem dritten hohen Lastbereich wieder ein annähernd laststeifes Verhalten hat.

In den nächsten Abschnitten wird mit Bezug auf Figur 4 ein Verfahren beschrieben, das das Steuern der lastfühligen Hydropumpe 12 eines hydraulischen Antriebes mit einem kontrollierten Impedanz ermöglicht.

In einem ersten Schritt wird ein Soll-Schwenkwinkel der Hydropumpe 12 unter Berücksichtigung eines Wunsches eines Nutzers der Arbeitsmaschine ermittelt. Wie in Figur 4 dargestellt ist, wird mindestens ein Signal von einer Mensch-Maschinen-Schnittstelle (Human Machine Interface) HMI erfasst. Die HMI entspricht dem in Figur 1 dargestellten Bedienelement 26, das der Fahrerwunsch an die Steuereinheit 16 ermittelt. Das Bedienelement kann zum Beispiel ein Fahrpedal und/oder ein weiteres Bedienelement sein. Mittels einer Softwarefunktion „Fahrstrategie“ wird der mindestens ein Signal aus der Mensch-Maschinen-Schnittstelle HMI in einen Sollschwenkwinkel a umgerechnet. In einem zweiten Schritt wird eine Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine oder mindestens eine Größe, die von der Geschwindigkeit abhängig ist, erfasst. Die Größe kann z.B. der Schwenkwinkel und die Drehzahl der Hydropumpe 12 sein. Die Geschwindigkeit kann die Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine oder eine Geschwindigkeit einer Komponente der Arbeitsmaschine sein, z.B. einer Winde.

Auf Basis der ermittelten Geschwindigkeit wird in einem dritten Schritt eine Soll-Impedanz, die eine Änderung der Geschwindigkeit v gegenüber einer Änderung der Last L der Arbeitsmaschine beschreibt, ermittelt. Die Soll-Impedanz entspricht einer gewünschten Lastfühligkeit der Hydropumpe 12.

In einem vierten Schritt wird der in der Fahrstrategie ermittelte Soll-Schwenkwinkel Korrigiert, um die gewünschte bzw. vorgegebene Lastfühligkeit der Hydropumpe zu erreichen. Die Korrektur erfolgt unter Berücksichtigung der aktuellen Last der Hydropumpe 12 und der ermittelten Soll-Impedanz. Vorzugsweise, wie in Figur 4 dargestellt ist, wird zusätzlich die Drehzahl der Pumpe np berücksichtigt. Insbesondere wird eine Sollschwenkwinkelkorrekturfunktion benutzt um einen Korrekturwinkel Aa zu ermitteln, der an den Sollschwenkwinkel, der in der Fahrstrategie berechnet wurde, addiert wird. Die Sollschwenkwinkelkorrekturfunktion ist eine Funktion, die sowohl die Last der Arbeitsmaschine als auch die Soll-Impedanz berücksichtigt. Zum Beispiel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Korrekturwinkel Aa mit der folgenden Formel berechnet werden:

Aa= K*I*PA wobei K ein Multiplikationsfaktor, I die Impedanz und PA die Last der Arbeismaschine ist, die einem Differenzdruck Ap der beiden Pumpenanschlüsse (Druckunterschied zwischen Strömungseingang und dem Strömungsausgang der Hydropumpe, d.h. zwischen HD und LD) entspricht.

Letztendlich werden mit einer Softwarefunktion „Pumpentreiber“ aus dem korrigierten Sollschwenkwinkel a die entsprechenden Ansteuerströme IA, IB zur Hydraulikpumpe P berechnet. Insbesondere wird die Einrichtung 16 einen Signal an das wenigstens ein elektrisch ansteuerbares Druckventil 18i, I82 vorgeben, um den korrigierten Soll- Schwenkwinkel der Hydropumpe 12 zu erreichen. Wie bezüglich dem dritten Schritt beschrieben wurde, wird eine Soll-Impedanz, die eine Änderung der Geschwindigkeit v gegenüber einer Änderung der Last L der Arbeitsmaschine beschreibt, unter Berücksichtigung einer gewünschten oder vorgegebenen Lastfühligkeit der Hydropumpe 12 ermittelt. Die gewünschte oder vorgegebene Lastfühligkeit wird mittels einer Lastfunktion h, k, k, k (bzw. mittels der Ableitung der Lastfunktion h, k, k, Is), ermittelt. Die Lastfunktion kann auch natürlich auch ein Kennfeld sein. Wie in dem Verlauf der Beschreibung erklärt wurde entspricht eine Lastfunktion einem Lastverhalten, das mit Bezug auf den Figuren 2 und 3 beschrieben wurde. Alternativ kann direkt eine Funktion oder ein Kennfeld für die Impedanz benutzt werden.

Die Lastfunktion h, k, k, k kann vor oder bei der Inbetriebnahme vorgegeben werden. Darüber hinaus kann die Lastfunktion während des Betriebs der Arbeitsmaschine ausgewählt werden, sodass der Nutzer der Arbeitsmaschine eine bestimmte Lastfühligkeit der Arbeitsmaschine auswählen kann oder automatisch die Arbeitsmaschine bei bestimmten Bedingungen eine andere Lastfunktion verwenden kann. Wie in den Figur 2 und 3 dargestellt ist, kann die Lastfunktion sowohl linear als auch nicht linear sein.

Mit der Lastfunktion kann ein Lastverhalten (z.B. das Zwischenverhalten 16 aus Figur 2 oder das Lastverhalten k aus Figur 3) während des Betriebs verstellt oder gewählt werden.

Das beschriebene Verfahren ermöglicht, jederzeit während des Betriebs zwischen verschiedenen Verhalten umzuschalten. Ebenso ist es möglich, weitere veränderliche Vorgabegrößen als mögliche Eingänge bei der Auswahl der Lastfunktion zu berücksichtigen, um so das Lastverhalten von weiteren Parametern oder Eingängen abhängig zu machen. So kann das Lastverhalten beispielsweise von der Beladung der mobilen Arbeitsmaschine abhängig gemacht werden.

In den folgenden Abschnitten wird ein Beispiel einer Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Der Beispiel bezieht sich auf eine lastfühlige Pumpe, die sich in einem Fahrantrieb befindet. Die Lastfunktion k wurde vor oder bei der Inbetriebnahme vorgegeben, weil der Hersteller ein bestimmtes Verhalten der Arbeitsmaschine in Abhängigkeit der Last an die Arbeitsmaschine vorgeben will. Währen dem Betrieb der Arbeitsmaschine wird dann eine Fahrgeschwindigkeit gemessen und mittels der Lastfunktion 6, bzw. mittels einer Ableitung dieser Funktion (da die Impedanz die Ableitung der Lastfunktion ist), wird eine Soll-Impedanz berechnet. Diese Impedanz wird dann benutzt um den Soll-Schwenkwinkel der Arbeitmaschine zu korrigieren.

Mit dieser Lösung kann dann ermöglich werden, das gewünschte Lastverhalten zu erreichen.

Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann klar, dass es möglich ist, verschiedene Modifikationen, Variationen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung im Lichte der oben beschriebenen Lehre und innerhalb des Bereichs der beigefügten Ansprüche zu realisieren, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.

Darüber hinaus wurden die Bereiche, auf denen Fachleute kundig sein dürften, hier nicht beschrieben, um die beschriebene Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.

Dementsprechend soll die Erfindung nicht durch die spezifischen veranschaulichenden Ausführungsformen beschränkt sein, sondern nur durch den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche.