DE102007041021A1

DE102007041021A1 - Steuereinrichtung für eine hydraulische Kolbenmaschine mit veränderbarem Volumenstrom

Info

Publication number: DE102007041021A1
Application number: DE102007041021A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Gaumnitz; Thomas Dr. Kunze; Georg Dr. Jacobs; Joachim Schmitt; Bernd Schröder; David Dr. Breuer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2008-03-06

Abstract

Die Steuereinrichtung ist für die Steuerung einer hydraulischen Kolbenmaschine vorgesehen, die als Hydropumpe oder als Hydromotor ausgebildet sein kann und deren zeitgemittelter Volumenstrom veränderbar ist. Die Kolbenmaschine weist eine Vielzahl von Kolben auf, die jeweils einen Arbeitsraum begrenzen, dessen Volumen sich mit dem Hub eines Kolbens verändert und der über ein erstes Ventil mit einem Hochdruckanschluss und über ein zweites Ventil mit einem Niederdruckanschluss verbindbar ist. Wenigstens eines der beiden Ventile eines Arbeitsraums ist aktiv elektrisch betätigbar. Die Steuereinrichtung umfasst ein elektronisches Steuergerät, von dem die aktiv betätigbaren Ventile der Arbeitsräume in einem Partialhubmodus, in dem nur ein verschieden großer Teil des Kolbenhubs genutzt wird, betreandes sind die aktiv betätigbaren Ventile höchstens in zwei verschiedenen Modi, nämlich entweder nur im Partialhubmodus oder im Partialhubmodus und einem Leerhubmodus oder im Partialhubmodus und einem Vollhubmodus betreibbar oder es sind alle drei Modi nur auf eine begrenzte Anzahl von Arbeitsräumen und nur der Leerhubmodus und der Vollhubmodus auf die übrigen Arbeitsräume anwendbar oder die Maschine hat nur aktiv betätigbare Saugventile, die in allen drei Modi betreibbar sind.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Steuereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, 2, 3, 4 oder 7. Die Steuereinrichtung ist für die Steuerung einer hydraulische Kolbenmaschine vorgesehen, die als Hydropumpe oder als Hydromotor ausgebildet sein kann und deren zeitgemittelter Volumenstrom veränderbar ist. Die Kolbenmaschine weist eine Vielzahl von Kolben auf, die jeweils einen Arbeitsraum begrenzen, dessen Volumen sich mit dem Hub eines Kolbens verändert und der über ein erstes Ventil mit einem Hochdruckanschluss und über ein zweites Ventil mit einem Niederdruckanschluss verbindbar ist. Wenigstens eines der beiden Ventile eines Arbeitsraums ist aktiv elektrisch betätigbar. Die Steuereinrichtung umfasst ein elektronisches Steuergerät, von dem die aktiv betätigbaren Ventile der Arbeitsräume in einem Partialhubmodus, in dem nur ein verschieden großer Teil des Kolbenhubs genutzt wird, betreibbar sind.
Eine Steuereinrichtung gemäß den Oberbegriffen der genannten Patentansprüche ist aus der EP 1 537 333 B1 bekannt. Dabei sind die Arbeitsräume bzw. Kolben in einem Leerhubmodus, in dem der Kolbenhub nicht genutzt wird, in dem erwähnten Partialhubmodus, in dem nur ein Teil des Kolbenhubs genutzt wird, und in einem Vollhubmodus, in dem der volle Kolbenhub genutzt wird, betreibbar. Bei Volumenstrom null werden selbstverständlich alle Kolben im Leerhubmodus und bei maximalem Volumenstrom alle Kolben im Vollhubmodus betrieben. In der Schrift ist weiter ausgeführt, dass sich ausgehend von einem Volumenstrom null bei einem geringen Volumenstrom die Betriebssequenz aus Partialhubmodus und Leerhubmodus zusammensetzt und mit zunehmender Volumenstromanforderung der Anteil des Partialhubmodus gegenüber dem Leerhubmodus steigt. Bei weiter ansteigendem Volumenstrom fügt die Steuereinrichtung ab und zu Vollhübe zwischen Leer- und Partialhüben ein. Ausgehend von maximalem Volumenstrom werden bei abnehmender Volumenstromanforderung Leerhübe zwischen die Vollhübe geschoben. Unterhalb einer festen oder variablen Schwelle beginnt das Steuergerät, Leerhubmodus, Partialhubmodus und Vollhubmodus zu mischen. Für eine solche Art der Steuerung sind ein beträchtlicher Rechenaufwand und eine beträchtliche Rechnerleistung notwendig.
Es stellt sich die Aufgabe, eine Steuerung für eine hydraulische Kolbenmaschine, deren zeitgemittelter Volumenstrom veränderbar ist und die die sonstigen Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist, zu finden, bei der der Regelalgorithmus nicht zu komplex ist, die sich durch einen geringeren Programmieraufwand und einen geringeren Bedarf an Rechnerleistung auszeichnet und für die kostengünstigere Elektronik eingesetzt werden kann.
Das gesetzte Ziel wird auf eine erste Weise gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dadurch erreicht, dass die aktiv betätigbaren Ventile nur in dem Partialhubmodus betreibbar sind. Während bei der aus der EP 1 537 333 B1 bekannten Steuereinrichtung bei einem Volumenstrom, der zwischen null und dem maximalen Volumenstrom der Kolbenmaschine liegt, außer dem Partialhubmodus auch zumindest ein anderer Modus benutzt wird, wird nach der ersten Erfindungsvariante nur der Partialhubmodus benutzt. Dabei bilden Volumenstrom null und maximaler Volumenstrom Grenzfälle des Partialhubmodus.
Das gesetzte Ziel wird auf eine zweite Weise gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 dadurch erreicht, dass die aktiv betätigbaren Ventile nur in dem Partialhubmodus und in dem Leerhubmodus betreibbar sind. Dies bedeutet, dass bei einem Volumenstrom, der kleiner ist als der maximale Volumenstrom kein Kolben einen Vollnutzhub ausführt. Erst wenn der maximale Volumenstrom gefordert ist, machen alle Kolben volle Nutzhübe, die jedoch als Grenzfälle des Partialhubmodus zu betrachten sind.
Das gesetzte Ziel wird auf eine dritte Weise gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 3 dadurch erreicht, dass die aktiv betätigbaren Ventile nur in dem Partialhubmodus und in dem Vollhubmodus betreibbar sind. Dies bedeu tet, dass bei einem Volumenstrom, der größer null ist kein Kolben einen Leerhub ausführt. Erst wenn kein Volumenstrom gefordert ist, machen alle Kolben volle Leerhübe. Dies ist jedoch als Grenzfall des Partialhubmodus zu betrachten.
Das gesetzte Ziel wird auf eine vierte Weise gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 4 dadurch erreicht, dass alle drei Modi nur auf eine gegrenzte Anzahl von Arbeitskammern angewendet werden und dass auf die übrigen Arbeitskammern nur der Leerlaufmodus und der Vollhubmodus angewendet werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Steuereinrichtung nach Patentanspruch 4 werden gemäß Patentanspruch 5 alle drei Modi nur auf jede zweite Arbeitskammer angewendet und/oder gemäß Patentanspruch 6 immer auf die gleichen Arbeitskammern angewendet.
Schließlich wird das gesetzte Ziel wird auf eine fünfte Weise gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 7 dadurch erreicht, dass nur die zweiten Ventile, also die niederdruckseitigen Ventile aktiv elektrisch betätigbar sind und alle drei Modi auf alle zweiten Ventile angewendet werden. Hochdruckseitig sind einfache, hydraulisch betätigte Rückschlagventile angeordnet. Die Kolbenmaschine ist dann zwar nur als Hydropumpe betreibbar. Es wird dadurch jedoch ein großer Anwendungsbereich von Hydromaschinen abgedeckt, in dem nur ein Pumpenbetrieb benötigt wird. Durch die Nutzung einfacher Rückschlagventile hochdruckseitig wird eine kompakte Bauweise erhalten. Der Gesamtwirkungsgrad ist insbesondere im Teilförderbereich gut. Vorzugsweise ist eine solche Hydropumpe, die saugseitig elektrisch betätigte Ventile hat, für mobile Anwendungen, wie Baumaschine, Landmaschinen, Bussen und Kommunalfahrzeugen vorgesehen, aber auch für stationäre Versorgungsaggregate einsetzbar.
Gemäß Patentanspruch 8 wählt das elektronische Steuergerät in aufeinander folgenden Zyklen der Kolbenmaschine den Modus und im Partialhubmodus den Nutzhub eines Kolbens jeweils neu aus. Demgegenüber lässt sich der Rechen aufwand reduzieren, wenn gemäß Patentanspruch 9 der für eine Arbeitskammer einmal gewählte Modus über mindestens zwei aufeinander folgende Zyklen der Kolbenmaschine beibehalten wird. Bei einem Betrieb im Partialhubmodus wird dabei vorteilhafterweise auch die Höhe des Nutzhubes über mindestens zwei aufeinander folgenden Zyklen der Kolbenmaschine beibehalten. Dies gilt freilich in erster Linie nur, solange der Volumenstrom konstant ist. Ändert sich der Volumenstrom, kann dies anders sein.
Insbesondere wenn gemäß Patentanspruch 1 ein Betrieb nur im Partialhubmodus vorgesehen ist, werden bevorzugt alle Kolben jeweils gleich, also mit gleicher Größe des Nutzhubs betrieben. Das bedeutet, dass bei konstantem Volumenstrom pro Maschinenzyklus alle aktiven Kolben dieselbe Teilmenge zum gesamten Volumenstrom beitragen und nicht ein aktiver Kolben mehr fördert oder schluckt als ein anderer aktiver Kolben. Grundsätzlich können auch bei sich änderndem Volumenstrom über einen Maschinenzyklus hinweg die Teilmengen aller Kolben gleich sein und sich von Zyklus zu Zyklus ändern. Im Sinne einer schnellen Anpassung des Volumenstroms erscheint jedoch eine Änderung der Teilmengen innerhalb eines Maschinenzyklus günstiger.
Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäß angesteuerten Kolbenmaschine sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen
1 ein abgewickeltes Kolbengehäuse einer Axialkolbenpumpe mit neun Kolben und aktiv gesteuertem Saugventil und das zugehörige Steuergerät und
2 einen Ausschnitt aus einer zweiten Kolbenmaschine, bei der ein Einlassventil und ein Auslassventil jedes Arbeitsraums aktiv steuerbar sind und die als Pumpe und als Motor betreibbar ist.
Nach 1 besitzt eine Axialkolbenpumpe oder Radialkolbenpumpe ein feststehendes Gehäuseteil 10, das gleichmäßig um eine Mittelachse herum verteilt neun Sackbohrungen 11 aufweist. in jede Sackbohrung 11 taucht ein Kolben 12.n (n = 1 bis 9) ein, der in der Sackbohrung einen Arbeitsraum 13.n (n = 1 bis 9) begrenzt, dessen Volumen sich ändert, wenn sich der eintauchende Kolben in Achsrichtung der Sackbohrung bewegt. Jeder Kolben 12.n stützt sich über einen Kolbenschuh 14 an einer Schrägfläche 15 einer nicht näher dargestellten Taumelscheibe oder an einem Hubring ab, die bzw. der fest mit einer ebenfalls nicht dargestellten Welle verbunden ist. Damit die Kolbenschuhe an der Schrägfläche 15 bzw. am Hubring sicher verbleiben, kann für jeden Kolben eine Feder vorgesehen sein, die den Kolbenschuh mit einer gewissen Kraft gegen die Taumelscheibe bzw. den Hubring drückt.
Zwischen jedem Arbeitsraum 13.n und einer an die Kolbenpumpe angeschlossenen, allen Arbeitsräumen gemeinsamen Druckleitung 16 ist ein zum Arbeitsraum hin sperrendes Rückschlagventil 17.n (n = 1 bis 9) angeordnet, das das Druckventil eines Arbeitsraums darstellt. Alle Druckventile werden allein von der Druckdifferenz zwischen dem jeweiligen Arbeitsraum und der Druckleitung und einer eventuell vorhandenen, in Schließrichtung wirkenden, schwachen Feder, also rein passiv gesteuert. Da somit nur ein Druckmittelfluss von einem Arbeitsraum in die Druckleitung möglich ist, ist die gezeigte Maschine, wie schon ausgedrückt, eine Hydropumpe.
Zwischen jedem Arbeitsraum 13.n und einer an die Kolbenpumpe angeschlossenen, allen Arbeitsräumen gemeinsamen Tankleitung 18 ist ein zum Arbeitsraum hin öffnendes Rückschlagventil 19.n (n = 1 bis 9) angeordnet, das das Saugventil eines Arbeitsraums darstellt. Zu jedem Saugventil gehört ein Elektromagnet 20.n (n = 1 bis 9), mit dem das Saugventil direkt oder elektrohydraulisch vorgesteuert offen gehalten werden kann. Die Saugventile sind also aktiv gesteuerte Ventile.
Ihrer Steuerung dient ein elektronisches Steuergerät 25, das über eine Eingangsleitung 26 einen Sollwert für die Größe des Volumenstroms in der Druckleitung 16 erhält. An diese ist ein elektrischer Sensor 27 angeschlossen, der die Größe des Volumenstroms in der Druckleitung erfasst und über eine Leitung 28 ein entsprechendes Signal an das Steuergerät 25 abgibt. Dem Steuergerät wird außerdem über eine Leitung 29 noch ein Signal zugeführt, das dem Drehwinkel der Taumelscheibe bzw. der Antriebswelle der Hydropumpe entspricht. Aus diesem Signal wird durch Differentiation auch die Drehzahl der Hydropumpe ermittelt. Vom Steuergerät führt zu jedem Elektromagnet 20.n eine Steuerleitung 30.n (n = 1 bis 9).
Werden bei der Hydropumpe nach 1 die Saugventile 19.n nicht aktiv gesteuert, so hängt die Fördermenge allein von der Drehzahl ab. Wenn sich ein Kolben 12.n aus einer Sackbohrung im Saughub herausbewegt, vergrößert sich der entsprechende Arbeitsraum 13.n. Das Saugventil 19.n öffnet sich und es strömt Druckflüssigkeit aus der Tankleitung 18 in den Arbeitsraum hinein. Im unteren Totpunkt kehrt sich die Bewegungsrichtung des Kolbens um und der Arbeitsraum verkleinert sich im folgenden Förderhub. Der Druck im Arbeitsraum steigt an, bis sich das Druckventil 17.n öffnet. Dann wird bis zum oberen Totpunkt des Kolbens Druckflüssigkeit über das Druckventil in die Druckleitung 16 verdrängt. Das Fördervolumen der Hydropumpe, das ist die Fördermenge pro Umdrehung, ist maximal.
Um das Fördervolumen der Hydropumpe zu verringern, werden nun in einer ersten Steuerungsvariante die Saugventile 19.n aller Arbeitsräume 13.n beginnend vom unteren Totpunkt eines jeden Kolbens über einen gewissen Drehwinkel der Taumelscheibe bzw. des Hubrings und damit über einen gewissen Hub des Kolbens durch Ansteuerung des entsprechenden Elektromagneten 20.n offen gehalten. Es wird also zunächst von jedem Kolben ein Teil der sich im Arbeitsraum befindlichen Druckflüssigkeit über das offene Saugventil weitgehend drucklos in die Tankleitung 18 verdrängt. Die Elektromagnete können dabei irgendwann während der Bewegung des zugehörigen Kolbens vom oberen Tot punkt zum unteren Totpunkt an Spannung gelegt werden, da die Saugventile während dieser Kolbenbewegung ohnehin offen sind. Die Entregung der Elektromagnete dagegen muss unter Berücksichtigung der Drehzahl genau zu dem auf die gewünschte Fördermenge abgestimmten Hub eines Kolbens erfolgen. Je geringer die Fördermenge sein soll, desto länger sind die Saugventile 19.n offen zu halten, bis sie schließlich bei einer Fördermenge null überhaupt nicht mehr geschlossen werden. Bei dieser Steuerungsvariante werden die Saugventile, die. bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach 1 die aktiv betätigbaren Ventile sind, nur im Partialhubmodus betrieben.
In einer zweiten Steuerungsvariante werden, um ausgehend vom maximalen Fördervolumen das Fördervolumen der Hydropumpe zu verringern, in einem Pumpenzyklus, also innerhalb einer Umdrehung der Taumelscheibe oder des Hubrings, die Saugventile 19.n eines Teils der Arbeitsräume 13.n während des gesamten Förderhubs eines Kolbens 12.n offen gehalten. Diese Arbeitsräume werden im Leerhubmodus betrieben. Die Saugventile 19.n der anderen Arbeitsräume 13.n werden beginnend vom unteren Totpunkt der entsprechenden Kolben nur über einen gewissen Drehwinkel der Taumelscheibe bzw. des Hubrings und damit über einen gewissen Hub des Kolbens durch Ansteuerung des entsprechenden Elektromagneten 20.n offen gehalten. Diese Arbeitsräume werden im Partialhubmodus betrieben. Bei gleicher Fördermenge ist bei der zweiten Steuerungsvariante der Nutzhub der im Partialhubmodus betriebenen Kolben natürlich größer als bei der ersten Steuerungsvariante, so dass die Elektromagnete näher am unteren Totpunkt der im Partialhubmodus betriebenen Kolben entregt werden und die entsprechende Saugventile näher am unteren Totpunkt schließen. Mit der Verringerung der Fördermenge nimmt die Anzahl der pro Pumpenzyklus im Leerhubmodus betriebenen Kolben immer mehr zu, bis schließlich bei Fördermenge null alle Kolben den Leerhubmodus haben.
In einer dritten Steuerungsvariante sind, um ausgehend vom maximalen Fördervolumen das Fördervolumen der Hydropumpe zu verringern, in einem Pumpenzyklus, also innerhalb einer Umdrehung der Taumelscheibe bzw. des Hubrings, die Saugventile 19.n eines Teils der Arbeitsräume 13.n während des gesamten Förderhubs eines Kolbens 12.n geschlossen. Diese Arbeitsräume werden im Vollhubmodus betrieben. Die Saugventile 19.n der anderen Arbeitsräume 13.n werden beginnend vom unteren Totpunkt der entsprechenden Kolben nur über einen gewissen Drehwinkel der Taumelscheibe bzw. des Hubrings und damit über einen gewissen Hub des Kolbens durch Ansteuerung des entsprechenden Elektromagneten 20.n offen gehalten. Diese Arbeitsräume werden im Partialhubmodus betrieben. Bei gleicher Fördermenge ist bei der dritten Steuerungsvariante der Nutzhub der im Partialhubmodus betriebenen Kolben natürlich kleiner als bei der ersten Steuerungsvariante, so dass die Elektromagnete weiter weg vom unteren Totpunkt der im Partialhubmodus betriebenen Kolben entregt werden und die entsprechende Saugventile weiter weg vom unteren Totpunkt schließen.
In einer vierten Steuerungsvariante werden, um ausgehend vom maximalen Fördervolumen das Fördervolumen der Hydropumpe zu verringern, in einem Pumpenzyklus, also innerhalb einer Umdrehung der Taumelscheibe bzw. des Hubrings, alle drei Betriebsmodi, nämlich Leerhubmodus, Partialhubmodus und Vollhubmodus, nur auf eine begrenzte Anzahl von Arbeitskammern angewendet, während die übrigen Arbeitskammern nur im Leerhubmodus und im Vollhubmodus betrieben werden. Zum Beispiel sind je nach dem augenblicklichen Fördermengenbedarf in jedem Pumpenzyklus für die Kolben 12.1, 12.3, 12.5, 12.7 und 12.9 alle drei Modi und für die Kolben 12.2, 12.4, 12.6 und 12.8 nur der Leerhubmodus, in dem ein Saugventil während des gesamten Förderhubs eines Kolbens offen ist, und der Vollhubmodus, in dem ein Saugventil während des gesamten Förderhubs eines Kolbens geschlossen ist, möglich. Denkbar wäre auch, über die Zyklen hinweg zum Beispiel jeden nten, zum Beispiel jeden zweiten Kolben in allen drei Modi bzw. nur im Leerhubmodus oder im Vollhubmodus zu betreiben. Zum Beispiel wären in einem Zyklus für die Kolben 12.1, 12.3, 12.5, 12.7 und 12.9 alle drei Modi und für die Kolben 12.2, 12.4, 12.6 und 12.8 nur der Leerhubmodus und der Vollhubmodus und im folgenden Zyklus für die Kolben 12.2, 12.4, 12.6 und 12.8 alle drei Modi und für die Kolben 12.1, 12.3, 12.5, 12.7 und 12.9 nur der Leerhubmodus und der Vollhubmodus möglich. Ist allgemein der Betrieb jedes nten Kolbens nur im Leerhubmodus und im Vollhubmodus möglich, so ist die Abfolge der in den verschiedenen Modi betreibbaren Kolben über die Zyklen gleich, wenn die Gesamtzahl der Kolben ein ganzzahliges Vielfache von n ist.
Ein einmal ausgewählter Modus kann auch über mindestens zwei aufeinander folgende Pumpenzyklen beibehalten werden. Ebenso kann für einen im Partialhub betriebenen Kolben der Nutzhub über mindestens zwei Pumpenzyklen beibehalten werden.
In einer fünften Steuerungsvariante werden für eine bestimmte, veränderbare Fördermenge und/oder einen bestimmten, veränderbaren Pumpendruck und damit für ein bestimmtes, veränderbares Fördervolumen der in 1 gezeigten Hydropumpe, bei der nur die Saugventile aktiv steuerbar und die Druckventile einfache Rückschlagventile sind, in einem Pumpenzyklus, also innerhalb einer Umdrehung der Taumelscheibe bzw. des Hubrings, alle drei Betriebsmodi, nämlich Leerhubmodus, Partialhubmodus und Vollhubmodus, auf alle Arbeitskammern angewendet. Dabei ist eine solche Steuerung möglich, dass für die Arbeitskammern in jedem Zyklus der Hubmodus und im Falle des Partialhubmodus auch der effektive Förderhub aus den Istwerten der gemessenen Parameter und den Sollwerten für die Fördermenge und/oder den Pumpendruck neu berechnet wird.
Auch bei dieser Steuerungsvariante kann ein einmal ausgewählter Modus über mindestens zwei aufeinander folgende Pumpenzyklen beibehalten werden. Ebenso kann für einen im Partialhub betriebenen Kolben der Nutzhub über mindestens zwei Pumpenzyklen beibehalten werden.
In 2 erkennt man einen von mehreren Kolben 12 einer Radial- oder Axialkolbenmaschine, der in eine Sackbohrung 11 eines Gehäuseteils 10 verschieden weit eintauchen kann und in der Sackbohrung einen Arbeitsraum 13 begrenzt, dessen Volumen sich ändert, wenn sich der eintauchende Kolben in Achsrichtung der Sackbohrung bewegt.
Zwischen dem Arbeitsraum 13 und einer Niederdruckleitung 18 befindet sich ein als Sitzventil ausgebildetes Auslassventil 35, das ein tellerartiges Schließelement 36 besitzt, das von einer schwachen Schraubendruckfeder 37 in Öffnungsrichtung belastet ist. Ist der Druck im Arbeitsraum um mindestens das Druckäquivalent der Druckfeder 37 größer als in der Niederdruckleitung 18, so wird das Auslassventil 35 durch die Druckdifferenz geschlossen. Die Druckfeder 37 umgibt einen Stößel 38, der mit dem Anker eines Elektromagneten 39 fest verbunden ist. Wenn der Elektromagnet 39 erregt ist, unterstützt er die Druckfeder 37 beim Offenhalten des Auslassventils 35.
Zwischen dem Arbeitsraum 13 und einer Hochdruckleitung 16 befindet sich ein Einlassventil 45, das sehr ähnlich dem Auslassventil 35 gestaltet ist und ebenfalls ein tellerartiges Schließelement 46 besitzt, das von einer schwachen Schraubendruckfeder 47 in Öffnungsrichtung belastet ist. Die Druckfeder 47 umgibt einen Stößel 48, der mit dem Anker eines Elektromagneten 49 fest verbunden ist. Wenn der Elektromagnet 49 erregt wird, schließt er das Einlassventil 45 gegen die Kraft der Druckfeder 47 und gegen eine Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Druckleitung und dem Druck im Arbeitsraum.
Die beiden Elektromagnete 39 und 49 werden von einem elektronischen Steuergerät 25 angesteuert, dem unter anderem über die Leitung 26 ein Sollwert für eine Drehzahl des Hydromaschine und ein Signal von einem Positionsgeber 50 zugeführt wird, der die Position des Kolbens 12 in der Sackbohrung 11 direkt oder zum Beispiel über den Drehwinkel einer Abtriebswelle indirekt erfasst.
Eine Maschine nach 2 ist als Hydromotor mit veränderbarem Schluckvolumen betreibbar. Bei einem Betrieb mit maximalem Schluckvolumen ist während der gesamten Bewegung des Kolbens 12 vom oberen Totpunkt, in dem der Arbeitsraum am kleinsten ist, zum unteren Totpunkt, in dem der Arbeitsraum am größten ist, das Einlassventil offen. Das Auslassventil wird im oberen Totpunkt durch den sich nach dem Öffnen des Einlassventils im Arbeitsraum aufbauenden Druck geschlossen. Im unteren Totpunkt oder kurz vor Erreichen des unteren Totpunkts wird der Elektromagnet 49 erregt und dadurch das Einlassventil 45 geschlossen. Das Auslassventil 35 wird durch Erregung des Elektromagneten 39 geöffnet und offen gehalten, so dass der Kolben bei der folgenden Aufwärtsbewegung die im Arbeitsraum 13 befindliche Druckflüssigkeit über das Auslassventil 35 in die Niederdruckleitung verdrängen kann. Hier wird also der Kolben im Vollhubmodus betrieben.
Bei einem Betrieb des Hydromotors mit einem kleineren als dem maximalen Schluckvolumen, wird der Elektromagnet 49 schon erregt und damit das Einlassventil 45 geschlossen, noch ehe der Kolben 12 den unteren Totpunkt erreicht hat. Der Druck im Arbeitsraum 13 bricht aufgrund der weiteren Bewegung des Kolbens 12 zusammen, so dass das Auslassventil 35 öffnet und während des Weges des Kolbens 12 bis zum unteren Totpunkt Druckflüssigkeit aus der Niederdruckleitung 18 in den Arbeitsraum 13 nachgesaugt wird. Spätestens im unteren Totpunkt des Kolbens 12 wird der Elektromagnet 39 erregt, so dass das Auslassventil 35 während der folgenden Aufwärtsbewegung des Kolbens 12 offen bleibt. Hier wird also der Kolben im Partialhubmodus betrieben.
Bleibt während der gesamten Bewegung des Kolbens 12 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt und zurück zum oberen Totpunkt das Einlassventil 45 geschlossen und das Auslassventil 35 geöffnet, so ist dies ein Betrieb im Leerhubmodus.
Wie oben bezüglich 1 beschrieben können nun auch bei dem Hydromotor nach 2 in einer ersten Steuerungsvariante alle Kolben 12 im Partialhubmodus betrieben werden.
In einer zweiten Steuerungsvariante werden die Kolben nur im Partialhubmodus und im Leerhubmodus betrieben werden.
In einer dritten Steuerungsvariante werden die Kolben nur im Partialhubmodus und im Vollhubmodus betrieben.
In der vierten Steuerungsvariante werden alle Modi, also Leerhubmodus, Partialhubmodus und Vollhubmodus nur auf eine begrenzte Anzahl von Arbeitsräumen angewendet, während die übrigen Arbeitsräume nur im Leerhubmodus und im Vollhubmodus betrieben werden.
Die Kolbenmaschine nach 2 kann auch als Hydropumpe verwendet werden. Dazu werden in den verschiedenen Modi die Elektromagnete 39 und die Auslassventile 35 genauso angesteuert wie die Ventile 19.n aus 1. Die Auslassventile 35 werden also über den gesamten Weg eines Kolbens vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt (Leerhub), über einen Teil des Weges (Partialhub) oder überhaupt nicht offen gehalten (Vollhub). Immer dann, wenn das Auslassventil während des Förderhubs offen gehalten wird und während des gesamten Saughubs eines Kolbens 12 muss das Einlassventil 45 durch Erregung des Elektromagneten 49 geschlossen gehalten werden.
Natürlich können in einer Variante der Kolbenmaschine nach 2 die beiden Ventile 35 und 45 auch so gestaltet sein, dass die Druckfedern 37 und 47 das Schließelement in Richtung schließen beaufschlagen.
Ebenso können die Auslassseite und die Einlassseite miteinander vertauscht werden, so dass die Leitung 18 die Hochdruckleitung und die Leitung 16 die Niederdruckleitung wäre. Das Verhalten der Maschine ist in beiden Fällen gleich, da die beiden Ventile 35 und 45 gleich und in gleicher Weise angeordnet sind.
Denkbar wäre es jedoch auch, das hochdruckseitige Ventil invers zum niederdruckseitigen Ventil auszubilden. Der zugehörige Elektromagnet müsste dann das Ventil nicht unter Last, also gegen den Hochdruck schalten bzw. halten und könnte entsprechend schwächer ausgebildet werden. Allerdings wäre die Ma schine nicht mehr invariant gegen ein Vertauschen von Hochdruck- und Niederdruckleitung.

Claims

Steuereinrichtung für eine hydraulische Kolbenmaschine, deren zeitgemittelter Volumenstrom veränderbar ist und die eine Vielzahl von Kolben (12) aufweist, die jeweils einen Arbeitsraum (13) begrenzen, dessen Volumen sich mit dem Hub eines Kolbens (12) verändert und der über ein erstes Ventil (17, 45) mit einer Hochdruckleitung (16) und über ein zweites Ventil (19, 35) mit einer Niederdruckleitung (18) verbindbar ist, wobei wenigstens eines der beiden Ventile eines Arbeitsraums aktiv elektrisch betätigbar ist, mit einem elektronischen Steuergerät (25), von dem die aktiv betätigbaren Ventile (19, 35, 45) der Arbeitsräume (13) in einem Partialhubmodus, in dem nur ein Teil des Kolbenhubs genutzt wird, betreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiv betätigbaren Ventile (19, 35, 45) nur in dem Partialhubmodus betreibbar sind.
Steuereinrichtung für eine hydraulische Kolbenmaschine, deren zeitgemittelter Volumenstrom veränderbar ist und die eine Vielzahl von Kolben (12) aufweist, die jeweils einen Arbeitsraum (13) begrenzen, dessen Volumen sich mit dem Hub eines Kolbens (12) verändert und der über ein erstes Ventil (17, 45) mit einer Hochdruckleitung (16) und über ein zweites Ventil (19, 35) mit einer Niederdruckleitung (18) verbindbar ist, wobei wenigstens eines der beiden Ventile eines Arbeitsraums aktiv elektrisch betätigbar ist, mit einem elektronischen Steuergerät (25), von dem die aktiv betätigbaren Ventile (19, 35, 45) der Arbeitsräume (13) in einem Leerhubmodus, in dem der Kolbenhub nicht genutzt wird, in einem Partialhubmodus, in dem nur ein Teil des Kolbenhubs genutzt wird, betreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiv betätigbaren Ventile (19, 35, 45) nur in dem Partialhubmodus und in dem Leerhubmodus betreibbar sind.
Steuereinrichtung für eine hydraulische Kolbenmaschine, deren zeitgemittelter Volumenstrom veränderbar ist und die eine Vielzahl von Kolben (12) aufweist, die jeweils einen Arbeitsraum (13) begrenzen, dessen Volumen sich mit dem Hub eines Kolbens (12) verändert und der über ein erstes Ventil (17, 45) mit einer Hochdruckleitung (16) und über ein zweites Ventil (19, 35) mit einer Niederdruckleitung (18) verbindbar ist, wobei wenigstens eines der beiden Ventile eines Arbeitsraums aktiv elektrisch betätigbar ist, mit einem elektronischen Steuergerät (25), von dem die aktiv betätigbaren Ventile (19, 35, 45) der Arbeitsräume (13) in einem Partialhubmodus, in dem nur ein Teil des Kolbenhubs genutzt wird, und in einem Vollhubmodus, in dem der volle Kolbenhub genutzt wird, betreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiv betätigbaren Ventile (19, 35, 45) nur in dem Partialhubmodus und in dem Vollhubmodus betreibbar sind.
Steuereinrichtung für eine hydraulische Kolbenmaschine, deren zeitgemittelter Volumenstrom veränderbar ist und die eine Vielzahl von Kolben (12) aufweist, die jeweils einen Arbeitsraum (13) begrenzen, dessen Volumen sich mit dem Hub eines Kolbens (12) verändert und der über ein erstes Ventil (17, 45) mit einer Hochdruckleitung (16) und über ein zweites Ventil (19, 35) mit einer Niederdruckleitung (18) verbindbar ist, wobei wenigstens eines der beiden Ventile eines Arbeitsraums aktiv elektrisch betätigbar ist, mit einem elektronischen Steuergerät (25), von dem die aktiv betätigbaren Ventile (19, 35, 45) von Arbeitsräumen (13) in einem Leerhubmodus, in dem der Kolbenhub nicht genutzt wird, in einem Partialhubmodus, in dem nur ein Teil des Kolbenhubs genutzt wird, und in einem Vollhubmodus, in dem der volle Kolbenhub genutzt wird, betreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass alle drei Modi nur auf eine begrenzte Anzahl von Arbeitsräumen (13) angewendet werden und dass auf die übrigen Arbeitsräume nur der Leerhubmodus und der Vollhubmodus angewendet werden.
Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle drei Modi nur auf jeden zweiten Arbeitsraum (13) angewendet werden.
Steuereinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle drei Modi immer auf die gleichen Arbeitsräume (13) angewendet werden.
Steuereinrichtung für eine hydraulische Kolbenmaschine, deren zeitgemittelter Volumenstrom veränderbar ist und die eine Vielzahl von Kolben (12) aufweist, die jeweils einen Arbeitsraum (13) begrenzen, dessen Volumen sich mit dem Hub eines Kolbens (12) verändert und der über ein erstes Ventil (17, 45) mit einer Hochdruckleitung (16) und über ein zweites Ventil (19, 35) mit einer Niederdruckleitung (18) verbindbar ist, wobei wenigstens eines der beiden Ventile eines Arbeitsraums aktiv elektrisch betätigbar ist, mit einem elektronischen Steuergerät (25), von dem die aktiv betätigbaren Ventile (19, 35, 45) von Arbeitsräumen (13) in einem Leerhubmodus, in dem der Kolbenhub nicht genutzt wird, in einem Partialhubmodus, in dem nur ein Teil des Kolbenhubs genutzt wird, und in einem Vollhubmodus, in dem der volle Kolbenhub genutzt wird, betreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass nur die zweiten Ventile (19, 35) aktiv elektrisch betätigbar sind und alle drei Modi auf alle zweiten Ventile (19, 35) angewendet werden.
Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Steuergerät (25) in aufeinander folgenden Zyklen der Kolbenmaschine den Modus und im Partialhubmodus den Nutzhub eines Kolbens (12) jeweils neu auswählt.
Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der für einen Arbeitsraum (13) einmal gewählte Modus über mindestens zwei aufeinander folgende Zyklen der Kolbenmaschine beibehalten wird.
Steuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Betrieb eines Arbeitsraums (13) im Partialhubmodus die Höhe des Nutzhubes über mindestens zwei aufeinander folgende Zyklen der Kolbenmaschine beibehalten wird.