DE3330367C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine im Pumpen- oder Motorbetrieb arbeitende hydrostatische Arbeitsmaschine mit verstellbarem Verdrängungsvolumen mit den im Oberbegriff des Patentan­ spruchs angegebenen Merkmalen.

Eine derartige Arbeitsmaschine ist bekannt ("Ölhydraulik und Pneumatik", 26 (1982) Nr. 2, Seiten 74-82) und kann im Vierquadrantenbereich arbeiten, also in jeweils beiden Drehrichtungen Energie abgeben und Energie aufnehmen. Stromauf der Einstelldrossel wird das Drucksignal erzeugt, das für die Verstellung des Stellzylinders der Arbeits­ maschine und damit für das von der Arbeitsmaschine abge­ gebene oder aufgenommene Moment maßgeblich ist. Der Dreh­ zahlsollwert wird durch den Durchflußquerschnitt der Ein­ stelldrossel vorgegeben. Diese Einstelldrossel kann auch elektrisch betätigt werden ("Ölhydraulik und Pneumatik", 27 (1983) Nr. 2, Seiten 98-102). So kann die Einstell­ drossel von einem Lastbegrenzungssignal angesteuert werden, das bei einem Fahrantrieb abhängig von der Drehzahlein­ stellung der Brennkraftmaschine erzeugt wird, welche die Leitung mit eingeprägtem Druck speist. Auf diese Weise läßt sich das von der sekundären Arbeitsmaschine gelieferte Drehmoment reduzieren, wenn die Leistung der Brennkraft­ maschine zur Energieversorgung der Leitung mit eingeprägtem Druck nicht mehr ausreichen sollte. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, parallel zu der Einstelldrossel eine weitere Drossel vorzusehen, mit der die Regelempfindlich­ keit des Systems und damit auch die Stabilität beeinflußt werden kann.

Ferner ist bekannt ("Ölhydraulik und Pneumatik" (1982) Nr. 5, Seiten 333-339), die Drehzahl der Arbeitsmaschine mit einem Tachogenerator zu erfassen, in einem elektrischen Regler aus dem Tachogenerator Signal und einer Sollwert­ vorgabe für die Drehzahl eine Stellgröße zu bilden und mit dieser das für das Stellsystem der Maschine vorgesehene Servoventil unmittelbar anzusteuern. Bei ausreichender Massenträgheit der an die Arbeitsmaschine angekuppelten Last kann eine ausreichende Regelstabilität erreicht werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Drehzahlregelung zu verbessern, um einerseits ein mög­ lichst rasches Ansprechverhalten zu bekommen, während andererseits das Regelverhalten gedämpft und stabilisiert werden soll, um zu starke Einschwingvorgänge zu vermeiden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Erfindungsgemäß handelt es sich so um eine elektro­ hydraulische Drehzahlregelung, bei der der hydraulischen Druckregelung eine elektrische Drehzahlregelung über­ lagert ist, deren Stellgröße y _{e 1} das Drucksignal P _st des Regelkreises beeinflußt und korrigiert, wobei dieser Wert P _st zusätzlich vom Ölstrom O _TG einer mit der Arbeitsmaschine gekoppelten Hydroeinheit beeinflußt wird. Das Drucksignal P _st kann auch als ein Istwertdruck angesehen werden.

Eine Drehzahländerung der Arbeitsmaschine hat zunächst eine sehr rasche Änderung des von dem hydraulischen Tachogenerator erzeugten Steuerstroms zur Folge, so daß sich eine verhältnismäßig starke Änderung des Drucksignals P _st und damit eine sofortige Verstellung des Verdrängungsvolumens der Arbeitsmaschine ergibt.

Der hydraulische Regelkreis arbeitet nahezu verzöge­ rungsfrei, kann aber keine von der Belastung der Ar­ beitsmaschine unabhängige Abtriebsdrehzahl einregeln. Diese ist mehr oder minder stark von der Größe des Lastmomentes M ₁₀ abhängig. Die elektrische Regelung erkennt über ihren Tachogenerator diese lastabhängi­ gen Drehzahlabweichungen und bildet daraus ein Stell­ signal y _{e 1}, welches das hydraulische Drosselgerät so einstellt und damit auch das Drucksignal p _st des hydraulischen Regelkreises solange verändert, bis sich an der Arbeitsmaschine die vom elektri­ schen Regelkreis geforderte Solldrehzahl einstellt.

Praktische Versuche haben gezeigt, daß Systemstabili­ tät und Regelgenauigkeit dann optimal sind, wenn

• - der hydraulische Regelkreis möglichst verzöge­ rungsfrei
• - der elektrische Regelkreis etwas langsamer als der hydraulische arbeitet.

Auf diese Weise wird durch die kombinierte Regelung das Regelverhalten optimiert und bei Lastsprüngen oder Änderungen der Sollwerteinstellung im elektri­ schen Regelkreis die neue Drehzahl in kürzestmögli­ cher Zeit ohne Einschwingvorgänge erreicht. Darüber hinaus ist die Sicherheit erhöht, weil auch bei einem Ausfall der elektrischen Regelung der hydraulische Regelkreis noch wirksam ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert, in der ein Sekundärregelkreis für eine hydrostatische Arbeitsmaschine schematisch dargestellt ist.

In der Zeichnung ist eine hydrostatische Arbeitsmaschi­ ne 10 über ein entsperrbares Rückschlagventil 11 mit einer Druckleitung 12 verbunden, in der ein eingepräg­ ter Konstantdruck aufrechterhalten wird. Die Arbeits­ maschine 10 ist mit einer Last 13 verbunden. Im Motor­ betrieb der Arbeitsmaschine 10 wird Druckmittel aus dem Drucknetz bzw. aus dem hydraulischen Speicher (14) entnommen, während im Pumpenbetrieb der Arbeitsmaschi­ ne 10 Druckmittel über das Rückschlagventil 11 in das Drucknetz bzw. den Speicher fließt.

Die Arbeitsmaschine 10 ist mit einer hydrostatischen Maschine 16 als Tachogenerator und mit einem elektri­ schen Tachogenerator 18 mechanisch gekuppelt. Zum Ver­ stellen des Kolbens 19 des Verstellzylinders 20 der Arbeitsmaschine 10 dient ein Vorsteuerteil 21, das z. B. als federzentriertes 4/3-Wegeservoventil auf­ gebaut sein kann. An diesem Servoventil liegen das Drucksignal p _st auf der Leitung 30 und der Konstant­ druck p _o auf der Leitung 29 an, der eine anlagenab­ hängige, auf einen vorbestimmten Wert eingestellte Führungsgröße darstellt.

Eine Druckdifferenz p _o - p _st erzeugt eine Kolbenbewe­ gung des Servoventiles 21, bis die Druckdifferenz­ kraft durch die Federkraft kompensiert wird. Über das Vorsteuerventil 21 werden die beiden Zylinderräume des Verstellzylinders 20 wahlweise mit einer Druck­ mittelquelle vom Druck P bzw. Tank verbunden. Das Servoventil dient somit zur Einstellung des Verdrän­ gungsvolumens der Arbeitsmaschine 10.

Das Servoventil weist eine mechanische Rückführung 22 mit dem Kolben 19 auf (Kraftrückführung oder Wegrück­ führung).

Das Drucksignal p _st ist von einem Differenzstrom Δ Q abhängig, der in dem nachfolgend beschriebenen Hydrauliksystem erzeugt wird. Das an der Arbeits­ maschine 10 eingestellte Verdrängungsvolumen bestimmt das Drehmoment der Arbeitsmaschine. Abhängig von der Last 13 stellt sich eine entsprechende Drehzahl der Arbeitsmaschine 10 ein. Die hydrostatische Maschine 16 als hydraulischer Tachogenerator erzeugt einen diesem Drehzahl-Istwert proportionalen Steuerstrom Q _TG , der über eine Einstelldrossel 23 zum Tank fließt und der die Rückführverstärkung des hydraulischen Regel­ kreises bestimmt. In die Leitung 30 wird von einer Konstantpumpe 24 ein Konstantsteuerstrom Q _o eingespeist. Somit ist es möglich, daß der Tachogenerator 16 je nach Drehrichtung der Arbeitsmaschine 10 als Pumpe oder Motor arbeitet, so daß sich der Steuerstrom Q _TG umkehren kann. Die Differenz aus dem Steuerstrom Q _TG und dem Stell- und Sollstrom Q _EDR ergibt einen Differenzstrom Δ Q, der über die Einstelldrossel 23 fließt und in der Leitung 30 das Drucksignal p _st erzeugt, das als Istwertsignal auf das Servoventil 21 wirkt, von dem das Verdrängungs­ volumen der Arbeitsmaschine 10 solange verändert wird, bis ein Kräftegleichgewicht zwischen den Feder- und Druckkräften am Servoventil 21 erzielt wird.

Die Einstelldrossel 23 kann als Proportionalventil oder als Stromregelventil ausgebildet sein. Ferner liegt parallel zur Einstelldrossel noch eine Konstantdrossel 25, mit der das Verhalten des Druckregelkreises dynamisch optimiert werden kann, indem ein Teil des Steuerstroms Q _TG über die Drossel 25 zum Tank abfließt, so daß sich das Ansprechverhalten verbessern läßt.

Das Servoventil 21 ist mit dem Stellzylinder 19, 20 über eine Kraftrückführung gekoppelt, d. h. auf die Federn des Servoventils wirkt vom Stellkolben 19, 20 eine der Posi­ tion dieses Kolbens 19 proportionale Kraft, die in stationärem Gleichgewichtszustand in Kräftegleichge­ wicht mit den durch die Druckdifferenz p _o - p _st erzeug­ ten Druckkräften steht.

Der vorstehend beschriebene Druckdifferenzregelkreis ist demnach streng genommen ein Regelkreis zur Kompensation der Stellkolbenbewegung 19, 20. Da diese Bewegung die Größe des Abtriebsmomentes der Maschine 10 charakteri­ siert, handelt es sich praktisch um einen Momenten­ regelkreis (Druckregelkreis = Momentenregelkreis).

Der hydraulischen Regelung ist ein elektrischer Dreh­ zahlregelkreis 26, 27 überlagert. Hierzu liefert der elektrische Tachogenerator 18 ein dem Istwert der Dreh­ zahl der Arbeitsmaschine 10 entsprechendes Signal, das in einem Vergleicher 26 mit einem den gewünschten Drehzahl-Sollwert darstellenden Signal verglichen wird. Die Regelabweichung wird einem Stellglied 27 zugeführt, dessen Stellsignal y _{e 1} die Einstellung der Einstell­ drossel 23 über die Leitung 28 bewirkt.

Es handelt sich also um eine elektrohydraulische Dreh­ zahlregelung, bei der einem hydraulischen Druckregelkreis ein elektrischer Drehzahlregel­ kreis überlagert ist. Der hydraulische Regelkreis weist über das von der Tachogeneratormaschine 16 beeinflußte Drucksignal p _st ein sehr rasches Ansprechverhalten auf, so daß ein verhältnismäßig leistungsstarkes schnelles Istwertsignal erzeugt wird, das eine rasche Verstellung des Verdrän­ gungsvolumens der Arbeitsmaschine 10 bewirkt. Das An­ sprechverhalten der elektrischen Drehzahlregelung läßt sich dagegen durch das Regelverhalten des Reglers 26, 27 so einstellen, daß einerseits das sehr gute dynamische Verhalten des hydraulischen Druckregelkreises erhalten bleibt und andererseits die durch den hydrauli­ schen Regelkreis schlechte stationäre Regelkennung (große stationäre Regelabweichungen) entscheidend ver­ bessert wird und integrales Regelverhalten zeigt, indem Regelabweichungen zu Null gemacht werden.

Claims (1)

1. Im Pumpen- oder Motorbetrieb arbeitende hydrostatische Arbeitsmaschine mit verstellbarem Verdrängungsvolumen, die an eine Leitung mit eingeprägtem Druck angeschlossen ist, mit einem hydraulischen Drehzahlregelkreis, bestehend aus einer mit der Arbeitsmaschine gekuppelten hydrostatischen Maschine als Tachogenerator, der abhängig von der Dreh­ richtung der Arbeitsmaschine im Motor- oder Pumpenbetrieb arbeitet und der einem dem Drehzahl-Istwert der Arbeits­ maschine proportionalen Steuerstrom erzeugt, und aus einem aus einer Druckmittelquelle und einer Einstelldrossel be­ stehenden Drosselsystem, das zusammen mit dem Steuerstrom des Tachogenerators ein Drucksignal P _st erzeugt, das mit einem vorbestimmten Druck P _o verglichen wird, wobei ab­ hängig vom Differenzdruck P _st - P _o der Stellzylinder der Arbeitsmaschine betätigt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem hydraulischen Drehzahlregel­ kreis (16, 20, 23, 24) ein elektrischer Drehzahlregelkreis (18, 23, 26, 27) überlagert ist, der ein langsameres Ansprech­ verhalten aufweist und der aus einem mit der Arbeitsmaschine (10) gekuppelten Tachogenerator (18) und einem an den Tachogenerator und eine Sollwertstellung angeschlossenen elektrischen Regler (26, 27) besteht, mit dessen Ausgangs­ signal die Einstelldrossel (23) verstellbar ist.