Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit einer hydraulischen Druckmittelversorgungsanordnung für einen offenen hydraulischen Kreis gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine hydraulische Druckmittelversorgungsanordnung gemäß dem Patentanspruch 10.

Aus dem Dokument EP 3 770428 A1 der Firma Rexroth ist eine hydraulische Druckmittelversorgungsanordnung mit einer verstellbaren Axialkolbenmaschine bekannt. Dabei wird ein Stellzylinder von einer Steuereinrichtung angesteuert, welche einen kaskadierten Regelkreis aus einem äußeren Regelkreis und einem inneren Regelkreis aufweist. Der äußere Regelkreis bildet Stellgrößen in Abhängigkeit von Soll- und Ist-Werten, insbesondere von einem Arbeitsdruck, eines Schwenkwinkels bzw. Fördervolumens und eines Drehmoments, der Axialkolbenmaschine. Eine Priorisierung der kleinsten dieser Stellgrößen über einen Minimalwertbildner stellt anschließend als einzuregelnde Größe jene ein, die sich an der oberen Grenze im Vergleich zu dessen Soll-Wert befindet.

Eine derartige Regelung bietet jedoch nicht die Möglichkeit eine Stellgröße des äußeren Regelkreises nach unten zu begrenzen, insbesondere im Fall von systemseitig gegebenen Einschränkungen in Form von minimalen Grenzwerten, da durch eine Priorisierung über den Minimalwertbildner nur eine obere Begrenzung der Stellgrößen erfolgt. Beispielsweise können Anforderungen für den Schwenkwinkel einer Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine existieren, sodass ein minimaler Schwenkwinkel der Schrägscheibe und somit ein vorbestimmter minimales Förder- bzw. Verdrängungsvolumen der Axialkolbenmaschine nicht unterschritten wird. Dadurch wird unter Anderem sichergestellt, dass stets ein minimaler Volumenstrom für einen Verbraucher zur Verfügung gestellt ist. Für den Fall, dass der Ist- Arbeitsdruck einer Axialkolbenmaschine höher als ein vorgegebener Soll- Arbeitsdruck ist, obwohl ein vorbestimmter minimaler Förder- bzw.

Verdrängungsvolumen oder ein minimaler Schwenkwinkel der Axialkolbenmaschine bereits erreicht ist, würde ein Druckregler des äußeren Regelkreises einen negativen Stellgrößenwert für den inneren Regelkreis vorgeben und die Axialkolbenmaschine einschwenken, um den Druck zu reduzieren. Gleichzeitig würde ein Schwenkwinkelregler des äußeren Regelkreises einen positiven Wert oder den Wert null ausgeben, um die Axialkolbenmaschine auszuschwenken oder um den Schwenkwinkel zu halten, damit der vorgegebene minimale Schwenkwinkel nicht unterschritten wird. Die gattungsgemäße Priorisierung der kleinsten Stellgröße über einen Minimalwertbildner würde somit den Arbeitsdruck als Regelgröße / einzuregelnde Größe auswählen und den Schwenkwinkel folglich noch weiter unter den vorgegebenen minimalen Grenzwert reduzieren.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit einer hydraulischen Druckmittelversorgungsanordnung bereitzustellen, mithilfe dessen eine untere Limitierung / Begrenzung einer hydraulischen Betriebsgröße, vorzugsweise eines Schwenkwinkels bzw. eines Verdrängungsvolumens, eines Arbeitsdrucks oder eines Drehmoments einer Hydromaschine in Form einer Axialkolbenmaschine, ermöglicht wird. Des Weiteren soll eine hydraulische Druckmittelversorgungsanordnung geschaffen werden, die dieses Verfahren durchführt.

Die erste der Aufgaben wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und die zweite durch eine hydraulische Druckmittelversorgungsanordnung mit den Merkmalen des Patenanspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der jeweiligen Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit einer hydraulischen Druckmittelversorgungsanordnung für einen offenen hydraulischen Kreis mit einer Hydromaschine, vorzugsweise einer Axialkolbenmaschine, mit einem Verstellmechanismus, der einen Stellzylinder mit einem Stellkolben zum Verstellen eines Verdrängungsvolumens / Fördervolumens oder eines Schwenkwinkels der Hydromaschine und ein elektrisch proportional ansteuerbares (Pilot-)Ventil aufweist. Mithilfe des Ventils ist zum Verstellen ein Zufluss in einen und/oder ein Abfluss aus einem vom Stellkolben begrenzten Steuerraum des Stellzylinders steuerbar. Das Ventil ist dabei über eine elektronische Steuereinheit der hydraulischen Druckmittelversorgungsanordnung angesteuert. Das Verfahren beinhaltet die Schritte Einlesen eines jeweiligen Ist-Wertes und eines diesem zugeordneten Soll-Wertes eines Verdrängungsvolumens oder eines daraus ermittelbaren Schwenkwinkels der Hydromaschine und/oder eines Arbeitsdrucks und/oder eines Drehmoments der Hydromaschine in einen ersten äußeren Regelkreis der Steuereinheit und Ermitteln einer ersten Stellgröße aus einer Regelabweichung zwischen dem jeweiligen Ist-Wert und dem ihm zugeordneten Soll-Wert über die Steuereinheit. Das Verfahren beinhaltet die weiteren Schritte Ermitteln einer Soll-Verstellgeschwindigkeit des Verdrängungsvolumens oder Schwenkwinkels in Abhängigkeit zumindest der ersten Stellgröße oder ersten Stellgrößen über den ersten äußeren Regelkreis der Steuereinheit. Erfindungsgemäß weist das Verfahren die Schritte Einlesen eines jeweiligen ist-Wertes und eines ihm zugeordneten Soll-Wertes des Verdrängungsvolumens bzw. Schwenkwinkels und/oder des Arbeitsdrucks und/oder des Drehmoments und Ermitteln mindestens einer zweiten Stellgröße aus dem jeweiligen Ist-Wert und dem zugeordneten Soll-Wert über die Steuereinheit, sodass der Schritt Ermitteln der Soll-Verstellgeschwindigkeit zudem in Abhängigkeit der zweiten Stellgröße oder Stellgrößen erfolgt.

Anders ausgedrückt, weist die elektronische Steuereinheit der hydraulischen Druckmittelversorgungsanordnung einen ersten äußeren Regelkreis für hydraulische Regelgrößen auf, vorzugsweise für den Schwenkwinkel bzw. das Verdrängungsvolumen / Fördervolumen, den Arbeitsdruck oder das Drehmoment einer Hydromaschine, insbesondere einer Axialkolbenmaschine. Als Eingangsgrößen weist dieser erste äußere Regelkreis die jeweiligen Ist- Werte der Hydromaschine sowie die ihnen zugeordneten Soll-Werte. Aus den einzelnen Regelabweichungen / Regeldifferenzen aus der Differenz zwischen den jeweiligen Soll- und Ist-Werten ermittelt der erste äußere Regelkreis erste Stellgrößen. Zusätzlich weist die Steuereinheit vorzugsweise einen zweiten äußeren Regelkreis für die hydraulischen Betriebsgrößen auf. Der zweite äußere Regelkreis weist als Eingangsgrößen die jeweiligen Ist-Werte der Hydromaschine sowie die ihnen zugeordneten, vorgegebenen / vorbestimmten Soll-Werte. Vorzugsweise, sind diese vorbestimmten Soll-Werte minimale Grenzwerte. Aus den Regelabweichungen dieser Eingangsgrößen ermittelt der zweite äußere Regelkreis der Steuereinheit zweite Stellgrößen. Vorzugsweise wird eine dieser Stellgrößen der zwei äußeren Regelkreise anschließend einem ihnen unterlagerten inneren Regelkreis als eine Soll-Verstellgeschwindigkeit für den Schwenkwinkel bzw. Verdrängungsvolumen der Hydromaschine zugeführt. Der innere Regelkreis liest zudem eine Ist- Verstellgeschwindigkeit als Ableitung des Ist-Schwenkwinkels bzw. des Ist- Verdrängungsvolumens der Hydromaschine ein und führt einen Vergleichsvorgang zwischen der Soll- und Ist-Verstellgeschwindigkeit durch. Vorzugsweise erfolgt die Auswahl der Stellgröße, welche dem inneren Regelkreis zugeführt wird, über eine Auswahleinheit.

Somit wird ein Verfahren mit einer hydraulischen Druckmittelversorgungsanordnung bereitgestellt, durch welches hydraulische Betriebsgrößen einer Hydromaschine nach unten begrenzt / limitiert werden können, um entsprechende minimale Grenzwerte, beispielsweise einen Mindestdruck oder einen über den Schwenkwinkel einstellbaren Mindestvolumenstrom, einzuhalten, damit Komponenten einer Druckmittelversorgungsanordnung in einem zulässigen Bereich betrieben werden.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung stellt die mindestens eine der zweiten Stellgröße eine Begrenzung des Arbeitsdrucks in Abhängigkeit eines maximal zulässigen Arbeitsdrucks dar. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Regler dem zweiten äußeren Regelkreis der Steuereinheit nachgelagert / nachgeschalten und der Schritt Begrenzen des Arbeitsdrucks in Abhängigkeit des maximal zulässigen Arbeitsdrucks ist über diesen den zweiten äußeren Regelkreis nachgelagerten Regler durchgeführt. Alternativ ist der Regler zur Druckabschneidung als der zweite äußere Regelkreis der Steuereinheit ausgebildet und der Verfahrensschritt Begrenzen des Arbeitsdrucks in Abhängigkeit des maximal zulässigen Arbeitsdrucks ist über diesen Regler als der zweite äußere Regelkreis durchgeführt.

Anders ausgedrückt, weist das Verfahren einen (zusätzlichen) Schritt zur Druckabschneidung auf. Der entsprechende Regler ist vorzugsweise einem weiteren Minimalwertbildner vorgelagert / vorgeschalten, sodass die Druckabschneidungsfunktion in dieser Ausführung der elektronischen Steuereinheit, die höchste Priorität aufweist. Somit ist diese Anordnung vergleichbar mit einer untersten Regelachse eines hydro-mechanischen Reglers. Der Regler zur Druckabschneidung ist vorzugsweise mit einer separaten Parametrierung und einer Soll-Wert-Vorgabe vorgesehen, um unterschiedliche Dynamiken und Soll-Werte im Vergleich zum Arbeitsdruckregler in dem ersten äußeren Regelkreis zu ermöglichen. Demnach sind die Druckregeldynamik- und die Druckabschneidungsvorgabe sowie die Druckabschneidungsdynamik entkoppelt und separat voneinander einstellbar.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Verfahren einen Schritt Priorisieren einer kleinsten der ersten Stellgrößen über einen Minimalwertbildner der Steuereinheit auf. Dabei erfolgt der Schritt Ermitteln der Soll-Verstellgeschwindigkeit zumindest in Abhängigkeit der priorisierten, kleinsten der ersten Stellgrößen.

In anderen Worten, weist die Auswahleinheit der elektronischen Steuereinheit eine Ermittlungseinrichtung auf, vorzugsweise in Form eines Minimalwertbildners. Dieser hat die Ausgangsgrößen des ersten äußeren Regelkreises in Form der ersten Stellgrößen als Eingangsgrößen. Der Minimalwertbildner priorisiert / selektiert dann daraus die Stellgröße mit dem kleinsten Wert als Soll-Verstellgeschwindigkeit. Durch diese Auswahl ist automatisch nur ein Regler des ersten äußeren Regelkreises aktiv, welcher der von dem Minimalwertbildner priorisierten Regelgröße zugeordnet ist. Hierbei ist die führende Regelgröße die Stellgröße, dessen Regelabweichung am kleinsten ist, und es wird entweder der Schwenkwinkel bzw. das Verdrängungsvolumen, der Arbeitsdruck oder das Drehmoment exakt ausgeregelt, während die jeweils beiden anderen Größen unterhalb ihres vorgegebenen Soll- Wertes liegen.

Mithilfe dieser Auswahl über den Minimalwertbildner wird über den ersten äußeren Regelkreis letztendlich die Regelgröße ausgeregelt, dessen Ist-Wert sich am oberen Limit im Vergleich zu dessen zugeordnetem Soll-Wert befindet. Beispielsweise wird die Regelgröße priorisiert, dessen Ist-Wert am weitesten über dem entsprechenden Soll-Wert liegt, da die Stellgröße somit am kleinsten / negativsten ist. Hierdurch wird eine obere Begrenzung der hydraulischen Betriebsgrößen erzielt.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung stellt die mindestens eine der zweiten Stellgröße eine Begrenzung eines minimalen Soll-Schwenkwinkels und/oder eines minimalen Soll-Verdrängungsvolumes und/oder eines minimalen Soll- Ausgangsdrucks und/oder eines minimalen Soll-Drehmoments dar.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Verfahren einen Schritt Priorisieren einer größten aus der oder den zweiten Stellgrößen und der von dem Minimalwertbildner priorisierten, kleinsten der ersten Stellgrößen, über einen Maximalwertbildner der Steuereinheit auf. Der Schritt Ermitteln der Soll- Verstellgeschwindigkeit erfolgt dann in Abhängigkeit der priorisierten, größten Stellgröße.

Anders ausgedrückt, weist die Auswahleinheit der elektronischen Steuereinheit eine zweite Ermittlungseinrichtung auf, vorzugsweise in Form eines Maximalwertbildners. Dieser weist als Eingangsgrößen die von dem Minimalwertbildner priorisierte, kleinste Stellgröße in Form der Soll-Verstellgeschwindigkeit aus dem ersten äußeren Regelkreis und die Stellgrößen aus dem zweiten äußeren Regelkreis auf. Der Maximalwertbildner priorisiert aus diesen Eingangsgrößen die Stellgröße mit dem größten Wert und gibt die anhand dieser MAX-Auswahl priorisierte Soll- Verstellgeschwindigkeit als Ausgangsgröße aus.

Anhand der Priorisierung durch den Maximalwertbildner wird in der elektronischen Steuereinheit immer die Regelgröße ausgeregelt, welche einen ihr zugeordneten minimalen Soll-Wert unterschreitet. Für den Fall, dass alle Ist-Größen der hydraulischen Betriebsgrößen größer sind als die vorbestimmten minimalen Soll- Werte / Grenzwerte, gibt der zweite äußere Regelkreis den Wert kleiner gleich null für die Stellgrößen der Regelgrößen aus. Es erfolgt dann ein Vergleich zwischen dem Wert kleiner gleich null und der von dem Minimalwertbildner priorisierten Stellgröße aus dem ersten äußeren Regelkreis und der Maximalwertbildner priorisiert anschließend den größeren Wert. Somit wird eine untere Begrenzung der hydraulischen Betriebsgrößen der Hydromaschine erzielt, da eine Ausregelung der hydraulischen Betriebsgrößen, welche einen vorbestimmten minimalen Soll-Wert unterschreiten, priorisiert ist. Beispielsweise ist dann ein Einschwenkverhalten einer hydraulischen Pumpe durch die Parametrierung der Regler definiert.

Ergänzend kann vor dem Maximalwertbildner eine weitere Auswahleinheit geschalten sein, welche die (Ausgangs-)Stellgrößen des zweiten äußeren Regelkreises blockiert bzw. dem Maximalwertbildner vorenthält, für den Fall, dass die Stellgrößen des zweiten äußeren Regelkreises für alle Regelgrößen maximal negative Werte annehmen, das heißt, wenn keine der minimalen Soll-Werte unterschritten sind. In solch einem Fall, wird stets die von dem Minimalwertbildner priorisierte Stellgröße auch von dem nachgelagerten Maximalwertbildner priorisiert, da hier keine Regelung über den zweiten äußeren Regelkreis notwendig ist.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Verfahren einen Schritt Einlesen einer Ist-Verstellgeschwindigkeit und der in Abhängigkeit zumindest der ersten Stellgröße(n) ermittelten Soll-Verstellgeschwindigkeit in einen dem ersten äußeren Regelkreis unterlagerten inneren Regelkreis der Steuereinheit.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Verfahren einen Schritt Begrenzen der Soll-Verstellgeschwindigkeit, welche basierend auf den Ausgangsgrößen beider äußeren Regelkreise ermittelt worden ist, in Abhängigkeit einer vorbestimmten maximalen Soll-Verstellgeschwindigkeit und/oder einer vorbestimmten minimalen Soll-Verstellgeschwindigkeit über einen dem inneren Regelkreis vorgelagerten Regler der Steuereinheit.

In anderen Worten, ist vorzugsweise ein zusätzlicher Regler für eine Limitierung/Begrenzung/Vorgabe der Soll-Verstellgeschwindigkeit des Schwenkwinkels oder des Verdrängungsvolumens einer Hydromaschine dem Maximalwertbildner nachgeschaltet. Über die zusätzlich vorgegebene Begrenzung der Verstellgeschwindigkeit nach oben und/oder nach unten, die vorzugsweise verstellbar ist, wird insbesondere die Stellgröße des Maximalwertbildners begrenzt, um eine Regeldynamik der Druckmittelversorgungsanordnung zu beeinflussen und die Dynamik für das Ein- und Ausschwenken zu limitieren. Bei dieser Limitierung kann es sich beispielsweise um ein positives oder negatives Maximum der Verstellgeschwindigkeit handeln. Je höher die Soll-Verstellgeschwindigkeit, desto schneller kann die Hydromaschine ausschwenken. Die Dynamik der Hydromaschine ist somit extern, unabhängig von einer Vorgabe des (ersten) äußeren Regelkreises, oder intern, zum Schutz der Komponenten, übersteuerbar. Beispielsweise ist eine Kavitation und somit die Verlangsamung der Hydromaschinendynamik vermeidbar, obwohl im System eine höhere Schwenkwinkel-Verstellgeschwindigkeit gefordert ist, um die Betriebsgröße schneller auszuregeln.

Für den Fall, dass die vorstehend beschriebenen Regler der (inneren und / oder äußeren) Regelkreise und / oder der vorgelagerte Regler zur Soll- Verstellgeschwindigkeitslimitierung und / oder der nachgelagerte Regler zur Druckabschneidung zumindest einen Regler mit einem I-Anteil aufweist, weist das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise einen Schritt Einfrieren oder Reduzieren des I-Anteils des oder der Regler mit nicht-priorisierter Stellgröße auf.

In anderen Worten, sind die Regler der elektronischen Steuereinheit vorzugsweise als PID-Regler ausgeführt, deren I-Anteile (teilweise) zurückgesetzt oder eingefroren werden, wenn der entsprechende Regler nicht aktiv ist, also nicht von den Minimalwertbildnern bzw. dem Maximalwertbildner priorisiert sind, weil ein anderer Regler bzw. eine andere Regelgröße dominant ist. Aus diesem Grund, wird nach jedem Priorisierungsschntt/Pnonsierungsvorgang über einen Minimal- oder Maximalwertbilder oder einen Limitierungsblock neben dem Wert der jeweiligen Ausgangsgröße/Stellgröße auch ein Status mitgeteilt, welcher Regler priorisiert ist. Abhängig dieser Statusmitteilung werden die entsprechenden I-Anteile der Regler entweder aktiviert oder deaktiviert. Dadurch wird ein Aufziehen, ein sogenannter Wind-Up-Effekt eines Reglers bei der Priorisierung eines anderen Reglers / einer anderen Regelfunktion vermieden.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Verfahren, für den Fall, dass der innere Regelkreis ein über einen Vorsteuerwert vorgesteuertes Regelglied mit einem I-Anteil aufweist, dessen Stellgröße über eine Stellgrößenbeschränkungseinrichtung beschränkt ist, einen Schritt Begrenzen des I-Anteils in Abhängigkeit des Vorsteuerwerts und der Beschränkung durch die Stellgrößenbeschränkungseinrichtung über eine I-Anteil-Begrenzungseinrichtung auf.

Anders ausgedrückt, begrenzt das Verfahren, für den Fall, dass sich die Ausgangsgröße eines I-Anteil aufweisenden Reglers, vorzugsweise der Regler des inneren Regelkreises, aus einem Vorsteuer- / Feedforward-Anteil und einem Regler- Anteil zusammensetzt und die Ausgangsgröße zusätzlich limitiert / begrenzt ist, den I-Anteil des Reglers in Abhängigkeit des Vorsteueranteils, sodass eine Limitierung / Begrenzung der Ausgangsgröße am (Summen-)Ausgang des Reglers eingehalten ist. Der Regler arbeitet dann immer nur bis zu einer Sättigung in Summe und hat keine absolute Anti-Wind-Up-Limitierung. Beispielsweise kann eine Limitierung des Summenausgangs eines vorgesteuerten Reglers aus Vorsteueranteil und (PID- ^egler-Anteil durch eine Stellgrößenbeschränkung gegeben sein. Abhängig von einem Betriebszustand einer Hydromaschine wird ein Teil der Stellgröße vorgesteuert. Die Differenz zwischen dem Vorsteueranteil und der Stellgrößenbeschränkung steht somit dem (PID-)Regler noch zur Verfügung. Dementsprechend wird der I-Anteil des Reglers limitiert, sodass der Summenausgang nicht größer als die Vorgabe der Stellgrößenbeschränkung ist. Die Limitierung des I-Anteils ergibt sich somit zu

Limit = Stellgrößenbeschränkung — Vorsteueranteil oder

Limit = Stellgrößenbeschränkung — Vorsteueranteil -P-Anteil.

Dadurch ist sichergestellt, dass sich der Regler nicht aufzieht und sich somit keine zusätzliche Phasenverschiebung oder Zeitverzögerung ergibt.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Verfahren einen Schritt Ermitteln eines Ansteuersignals für das Ventil in Abhängigkeit von einem Soll- Neutralsignalwert und einem Ist-Signalwert über einen Stromregler auf.

Anders ausgedrückt, wird die Ausgangsgröße/Stellgröße des inneren Regelkreises in Form eines Stromsignals mit einem Vorsteuerwert einer Vorsteuereinrichtung aufsummiert, wodurch ein Neutralstrom des (Pilot-)Ventils der hydraulischen Druckmittelversorgungsanordnung vorgesteuert ist. Der sich daraus ergebende Soll- Neutralsignalwert wird über einen Stromregler, vorzugsweise in Form eines PID- Reglers, mit einem Ist-Signalwert verglichen, wodurch eine anschließende Stellgröße / Ansteuersignal dem Ventil zugeführt wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Hydraulische Druckmittelversorgungsanordnung für einen offen hydraulischen Kreis, mit einer Hydromaschine mit einem Verstellmechanismus der einen Stellzylinder mit einem Stellkolben zum Verstellen eines Verdrängungsvolumens oder Schwenkwinkels der Hydromaschine und ein elektrisch proportional ansteuerbares (Pilot-)Ventil aufweist, über das ein Zufluss und/oder ein Abfluss in einem vom Stellkolben begrenzten Steuerraum des Stellzylinders steuerbar ist, um den Stellkolben zum Verstellen mit Druckmittel zu beaufschlagen, und mit einer elektronischen Steuereinheit, welche mit einem Wegaufnehmer, einem Drucksensor und einem Aktor des Ventils signalverbunden ist, und die derart ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.

Die Erfindung wird nun anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die dazugehörenden Figuren näher erläutert. Dabei sind die Figuren lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Es wird darauf hingewiesen, dass die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen untereinander ausgetauscht werden sowie in einer beliebigen Kombination auftreten können. Es zeigen:

Fig. 1 eine elektronische Steuereinheit mit Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen in schematischer Darstellung, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine elektronische Steuereinheit aus Fig. 1 mit einem zusätzlichen Regelglied zur Schwenkgeschwindigkeitslimitierung in schematischer Darstellung, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 eine elektronische Steuereinheit aus Fig. 2 mit einem zusätzlichen Regelglied zur Druckabschneidung in schematischer Darstellung, gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 ein vorgesteuerter PID-Regler mit einem dynamisch limitierten I-Anteil in schematischer Darstellung, Fig. 5 eine hydraulische Druckmittelversorgungsanordnung in schematischer Darstellung mit einer Hydromaschine, mit einem Verstellmechanismus und einer elektronischen Steuereinheit.

Figur 1 zeigt eine elektronische Steuereinheit 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem ersten äußeren Regelkreis 3, einem zweiten äußeren Regelkreis 5 und einem inneren Regelkreis 7. Der erste äußere Regelkreis 3 weist einen Regler 9 für einen Schwenkwinkel einer Hydromaschine 10, vorzugsweise einer Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine, einen Regler 11 für einen Arbeitsdruck der Hydromaschine 10 und einen Regler 13 für ein Drehmoment der Hydromaschine 10 auf. Dabei hat der Regler 9 als Eingangsgrößen einen Soll- Schwenkwinkel und den Ist-Schwenkwinkel der Hydromaschine 10. Eine Stellgröße 18 bildet die Ausgangsgröße des Reglers 9. Der Regler 11 weist als Eingangsgrößen einen Soll-Arbeitsdruck und den Ist-Arbeitsdruck der Hydromaschine 10 auf. Als Ausgangsgröße des Reglers 11 ist eine Stellgröße 22 vorgesehen. Der Regler 13 hat als Eingangsgrößen ein Soll-Drehmoment und den Ist-Drehmoment der Hydromaschine 10, wohingegen eine Stellgröße 26 die Ausgangsgröße des Reglers 13 bildet. Die Regler 9, 11 , 13 weisen in dieser Ausführungsform der Steuereinheit 1 jeweils ein Regelglied in Form eines PID-Reglers auf.

Die drei aus Regelabweichungen zwischen den Soll- und Ist-Werten gebildeten Stellgrößen 18, 22, 26 des ersten äußeren Regelkreises 3 werden einem Minimalwertbildner 27 zugeführt, der dafür sorgt, dass automatische nur der dem gewünschten Arbeitspunkt zugeordnete Regler 9, 11 oder 13 aktiv ist. Hierbei ist die führende Regelgröße die Stellgröße, dessen Regelabweichung am kleinsten ist und es wird entweder der Stellwinkel, der Arbeitsdruck oder das Drehmoment exakt ausgeregelt, während die jeweils beiden anderen Größen unterhalb ihres vorgegebenen Soll-Wertes liegen. Die Ausgangsgröße des Minimalwertbildners 27 bildet eine Soll-Verstellgeschwindigkeit 29 des Schwenkwinkels, welche einem Maximalwertbildner 31 als Eingangsgröße zugeführt wird. Die weiteren Eingangsgrößen des Maximalwertbildners 31 sind die Ausgangsgrößen bzw. Stellgrößen 33, 35, 37 der jeweiligen Regler 39, 40 und 41 des zweiten äußeren Regelkreises 5. Dabei bilden ein minimaler Soll-Schwenkwinkel 43 und der Ist- Schwenkwinkel 16 der Hydromaschine 10 die Eingangsgrößen des Reglers 39. Der Regler 40 hat als Eingangsgrößen einen minimalen Soll-Arbeitsdruck 45 und den Ist- Arbeitsdruck 21 der Hydromaschine 10, wohingegen der Regler 41 als Eingangsgrößen ein minimales Soll-Drehmoment 47 und den Ist-Drehmoment der Hydromaschine 10 aufweist. In dieser abgebildeten Ausführungsform der Steuereinheit 1 sind die Regler 39, 40 und 41 des zweiten äußeren Regelkreises 5 ebenfalls in Form von PID-Regelgliedern ausgebildet. Der Maximalwertbildner 31 sorgt dafür, dass nur der Regler 39, 40 oder 41 des zweiten äußeren Regelkreises 5 bzw. der durch den Minimalwertbildner 27 priorisierte Regler 9, 11 oder 13 des ersten äußeren Regelkreises 3 aktiv ist, der die Stellgröße mit der größten Regelabweichung aufweist. Die Ausgangsgröße des Maximalwertbildners 31 ist eine Soll-Verstellgeschwindigkeit 49 des Schwenkwinkels, die dem inneren Regelkreis 7 als Eingangsgröße zugeführt wird. Dieser hat ein Regelglied 51 in Form eines PID- Glieds. Eine weitere Eingangsgröße für das Regelglied 51 ist eine Ist- Verstellgeschwindigkeit 53 des Schwenkwinkels, die sich aus einer zeitlichen Ableitung des Ist-Schwenkwinkels 16 ergibt. Das Regelglied 51 des inneren Regelkreises 7 weist als Ausgangsgröße eine Stellgröße 55 in Form eines Stroms auf, welche mit einem Vorsteuerwert 57 einer Vorsteuereinrichtung 58 aufsummiert wird, wodurch ein Neutralstrom eines Ventils 59 (vergleiche Figur 5) vorgesteuert ist. Anhand dieser Vorsteuerung ergibt sich ein Soll-Ventilstrom 60 für das Ventil 59, welche als Eingangsgröße einem Stromregler 62 mit einem PID-Glied zugeführt wird. Der Stromregler 62 regelt einen Ist-Ventilstrom 65 anhand dem Soll- Ventilstrom 60, wodurch ein Ansteuersignal 67 für das Ventil 59 ausgegeben wird.

Figur 2 zeigt die elektronische Steuereinheit 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit dem ersten äußeren Regelkreis 3, dem zweiten äußeren Regelkreis 5 und dem inneren Regelkreis 7. Dieses Ausführungsbeispiel der elektronischen Steuereinheit 1 weist dabei alle Komponenten der elektronischen Steuereinheit 1 des in der Figur 1 abgebildeten Ausführungsbeispiels auf sowie eine zusätzliche Erweiterung um ein Regelglied 69 zur Verstellgeschwindigkeitslimitierung, wodurch die Soll-Verstellgeschwindigkeit 49 zusätzlich nach oben sowie nach unten limitiert ist. Das Regelglied 69 besitzt die Ausgangsgröße des Maximalwertbildners 31 in Form der Soll-Verstellgeschwindigkeit 49, eine maximale Soll-Verstellgeschwindigkeit 70 und eine minimale Soll- Verstellgeschwindigkeit 71 als Eingangsgrößen. Eine gegebenenfalls limitierte Soll- Verstellgeschwindigkeit 73 bildet die Ausgangsgröße des Regelglieds 69 sowie die Eingangsgröße des inneren Regelkreises 7. Der restliche Regelungsablauf der elektronischen Steuereinheit 1 gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel, bis zur Ausgabe des Ansteuersignals 67, erfolgt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der elektronischen Steuereinheit 1 (vergleiche Figur 1 ).

Figur 3 zeigt die elektronische Steuereinheit 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel der elektronischen Steuereinheit 1 weist dabei alle Komponenten der elektronischen Steuereinheit 1 des in der Figur 2 abgebildeten zweiten Ausführungsbeispiels auf und ist um ein zusätzliches Regelglied 75 mit einer Druckabschneidungsfunktion erweitert, welches den Ist- Arbeitsdruck 21 separat einregelt, falls dieser einen vorgegebenen maximalen Arbeitsdruck 77 übersteigen sollte. Das Regelglied 75 weist als Eingangsgrößen eine Soll-Wert-Vorgabe in Form des maximalen Arbeitsdrucks 77 und den Ist-Arbeitsdruck 21 der Hydromaschine 10 auf. Außerdem ist das Regelglied 75 in Form eines PID- Glieds ausgebildet und besitzt als Ausgangsgröße eine Soll-Verstellgeschwindigkeit 79, welches als Eingangsgröße in einen zweiten, inneren Minimalwertbildner 80 fließt. Die Ausgangsgröße des Maximalwertbildners 31 in Form der Soll- Verstellgeschwindigkeit 49 bildet dabei die zweite Eingangsgröße des inneren Minimalwertbildners 80. Der innere Minimalwertbildner 80 priorisiert den kleineren Werten der Soll-Verstellgeschwindigkeiten 49 und 79 als Stellgröße und gibt die priorisierte Soll-Verstellgeschwindigkeit 81 als Ausgangsgröße aus, welche dann als Eingangsgröße in das Regelglied 69 zur Verstellgeschwindigkeitslimitierung (vergleiche auch Figur 2) fließt. Durch diese Anordnung hat das Regelglied 75 zur Druckabschneidung die höchste Priorität. Der restliche Regelungsablauf der elektronischen Steuereinheit 1 gemäß diesem dritten Ausführungsbeispiel, bis zur Ausgabe des Ansteuersignals 67, erfolgt gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der elektronischen Steuereinheit 1 (vergleiche Figur 2). Figur 4 zeigt eine mögliche Ausführung des Regelglieds 51 des inneren Regelkreises 7, welcher durch die Vorsteuereinrichtung 58 vorgesteuert ist. Das Regelglied 51 in Form eines PID-Reglers hat einen Soll-Wert 83 und einen Ist-Wert 84 als Eingangsgrößen, aus deren Differenz sich eine Regelabweichung 85 berechnet. Die Regelabweichung 85 wird in einen P-Anteil 87, einen I-Anteil 88 und einen D-Anteil 89 aufgeteilt, indem die Regelabweichung 85 mit einem Verstärkungsfaktor Kp multipliziert wird, ein I-Glied 90 durchläuft und anschließend mit einem Verstärkungsfaktor Ki multipliziert wird, oder ein D-Glied 91 durchläuft und anschließend mit einem Verstärkungsfaktor Kd multipliziert wird. Insbesondere durchläuft der I-Anteil 88 eine I-Anteil-Begrenzungseinrichtung 93 und wird anschließend mit den P- und D-Anteilen 87 und 89 aufsummiert und die daraus erhaltene Stellgröße 94 wird anschließend in einem weiteren Summenblock 95 mit dem Vorsteuerwert 57 der Vorsteuereinrichtung 58 aufsummiert. Der Summenausgang aus dem Vorsteuerwert 57 und der Stellgröße 94 durchläuft außerdem eine Stellgrößenbegrenzungseinrichtung 97, welche den Ausgangswert 98 ausgibt. Der I-Anteil 88 des Regelglieds 51 wird in Abhängigkeit des Vorsteuerwerts 57 so begrenzt, dass die Stellgrößenbeschränkung am Summenausgang eingehalten wird. Somit erfolgt die Begrenzung des I-Anteils 88 dynamisch in Abhängigkeit der Stellgrößenbegrenzung durch die Stellgrößenbegrenzungseinrichtung 97 und des Vorsteuerwerts 57.

Figur 5 zeigt eine hydraulische Druckmittelversorgungsanordnung 100, die eine Hydromaschine 10 in Form einer Axialkolbenmaschine aufweist. Diese weist eine Schwenkwiege zum Verstellen eines Fördervolumens auf. Die Hydromaschine 10 ist sowohl als Pumpe als auch als Motor einsetzbar. Für die Hydromaschine 10 ist ein Verstellmechanismus 102 vorgesehen. Dieser hat ein Ventil 59. Dessen Ventilschieber ist elektrisch proportional über einen Aktor 104 ansteuerbar. Hierfür wird dem Aktor 104 das Ansteuersignal 67 von der elektronischen Steuereinheit 1 zugeführt. Der Ventilschieber des Ventils 59 in Richtung einer Grundstellung mit einer Federkraft einer Ventilfeder 105 beaufschlagt. Die Federkraft wirkt dabei entgegen der Aktorkraft des Aktors 104. Die Hydromaschine 10 ist ausgangsseitig mit einer Druckleitung 107 verbunden, die wiederum mit einem nicht dargestellten Hauptsteuerventil oder Ventilblock verbunden ist. Von der Druckleitung 107 zweigt eine Steuerleitung 109 ab, die an einen Druckanschluss des Ventils 59 angeschlossen ist. Die Steuerleitung 109 ist beispielsweise in einem Gehäuse der Hydromaschine 10 ausgebildet. Des Weiteren weist das Ventil 59 einen Tankanschluss auf, der über eine Tankleitung 111 mit einem nicht dargestellten Tank verbunden ist. Außerdem hat das Ventil 59 einen Arbeitsanschluss, der mit einem Steuerraum 113 eines Stellzylinders 115 verbunden ist. Der Steuerraum 113 wird dabei von einem Stellkolben 116 des Stellzylinders 115 begrenzt. Über den Stellkolben 116 kann dann eine Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine bzw. der Hydromaschine 10 verstellt werden. Ein Verschiebeweg des Stellkolbens 116 wird über einen Wegaufnehmer 118 erfasst. Alternativ oder zusätzlich wird ein Schwenkwinkel der Schwenkwiege der Axialkolbenmaschine bzw. Hydromaschine 10 über einen rotatorischen, magnetischen Sensor von einer Schwenkachse der Schwenkwiege abgegriffen. Über den erfassten Weg kann dann das Ist- Fördervolumen oder das Ist-Verdrängungsvolumen bzw. der Ist-Schwenkwinkel 16 der Hydromaschine 10 ermittelt werden, welches der elektronischen Steuereinheit 1 gemeldet wird.

Des Weiteren ist bei dem Verstellmechanismus 102 ein Zylinder 120 vorgesehen. Dieser hat einen Stellkolben 121 , der an der Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine 10 angreift. Der Stellkolben 121 begrenzt einen Steuerraum 122, der mit der Druckleitung 107 verbunden ist. Über Druckmittel des Steuerraums 122 und über die Federkraft einer Feder 123 wird der Stellkolben 121 derart beaufschlagt, dass dieser die Schrägscheibe in Richtung einer Vergrößerung des Fördervolumens belastet. Des Weiteren ist ein Drucksensor 125 vorgesehen, über den der Druck in der Druckleitung 107 abgegriffen und der Steuereinheit 1 gemeldet wird, wobei es sich bei dem Druck um einen Ist-Arbeitsdruck 21 handelt.

Im Einsatz der Druckmittelversorgungsanordnung 100 wird über das Ventil 59 und den Stellkolben 116 die Position der Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine 10 gesteuert. Ein geförderter Volumenstrom der Axialkolbenmaschine 10 ist proportional zur Stellung der Schrägscheibe. Der durch die Feder 123 vorgespannte Stellkolben 121 oder Gegenkolben wird ständig mit dem Ist-Arbeitsdruck oder Pumpendruck beaufschlagt. Bei nichtdrehender Axialkolbenmaschine 10 und drucklosem Verstellmechanismus 102 wird die Schrägscheibe durch die Feder 123 in einer Position +100 Prozent gehalten. Bei angetriebener Axialkolbenmaschine 10 und stromlosem Aktor 104 des Ventils 59 schwenkt die Schrägscheibe auf einen Nullhubdruck, da der Stellkolben 116 mit Druckmittel der Druckleitung 107 beaufschlagt ist. Ein Gleichgewicht zwischen einem Ist-Arbeitsdruck am Stellkolben 116 und der Federkraft der Feder 123 stellt sich bei einem vorbestimmten Druck oder Druckbereich ein, beispielsweise zwischen 8 bis 12 bar. Dieser Nullhubbetrieb wird beispielsweise bei einer spannungslosen Elektronik oder Steuereinheit 1 eingenommen. Die Ansteuerung des Ventils 59 erfolgt über die Steuereinheit 1 , bei der es sich beispielsweise um vorzugsweise eine digitale Elektronik, alternativ um eine analoge Elektronik, handelt. Die Steuereinheit 1 verarbeitet die benötigten Regelsignale.

Bezuqszeichenliste

1 elektronische Steuereinheit

3 erster äußerer Regelkreis

5 zweiter äußerer Regelkreis

7 innerer Regelkreis

9, 11 , 13 Regler des ersten äußeren Regelkreises

10 Hydromaschine / Axialkolbenmaschine

15 Soll-Schwenkwinkel / Soll-Verdrängungsvolumen

16 Ist-Schwenkwinkel / Ist-Verdrängungsvolumen

18, 22, 26 Stellgrößen des ersten äußeren Regelkreises

20 Soll-Arbeitsdruck

21 Ist-Arbeitsdruck

24 Soll-Drehmoment

25 Ist-Drehmoment

27 Minimalwertbildner

29 Soll-Verstellgeschwindigkeit des ersten äußeren Regelkreises

31 Maximalwertbildner

33, 35, 37 Stellgrößen des zweiten äußeren Regelkreises

39, 40, 41 Regler des zweiten äußeren Regelkreises

43 minimaler Soll-Schwenkwinkel / minimales Soll-

Verdrängungsvolumen

45 minimaler Soll-Ausgangsdruck

47 minimales Soll-Drehmoment

49 Soll-Verstellgeschwindigkeit des zweiten äußeren Regelkreises

51 Regelglied des inneren Regelkreises

53 Ist-Verstellgeschwindigkeit

55 Stellgröße des inneren Regelkreises

57 Vorsteuerwert

58 Vorsteuereinrichtung

59 (Pilot-)Ventil

60 Soll-Ventilstromwert

62 Stromregler Ist- Ventilstromwert

Ansteuersignal

Regler zur Verstellgeschwindigkeitslimitierung maximale Soll-Verstellgeschwindigkeit minimale Soll-Verstellgeschwindigkeit

Limitierte Soll-Verstellgeschwindigkeit

Regler zur Druckabschneidung maximaler Arbeitsdruck

Soll-Verstellgeschwindigkeit des Reglers zur Druckabschneidung innerer Minimalwertbildner

Soll-Verstellgeschwindigkeit

Soll-Wert

Ist-Wert

Regelabweichung

P-Anteil

I -Anteil

D-Anteil

I-Glied

D-Glied

I-Anteil-Begrenzungseinrichtung

Stellgröße

Summenblock

Stellgrößenbegrenzungseinrichtung

Ausgangswert hydraulische Druckmittelversorgungsanordnung

Verstellmechanismus

Aktor

Ventilfeder

Druckleitung

Steuerleitung

Tankleitung

Steuerraum Stellzylinder Stellkolben Wegaufnehmer Zylinder Stellkolben Steuerraum Feder Drucksensor