DE3515089A1

DE3515089A1 - Arbeitsverfahren zum betrieb einer elektrischen maschine in einem hydraulikkreislauf einer mobilen baumaschine

Info

Publication number: DE3515089A1
Application number: DE19853515089
Authority: DE
Inventors: Rolf-Dieter Dipl.-Ing. 4600 Dortmund Hauberg; Herbert Dipl.-Ing. 4708 Kamen Ziplies
Original assignee: O&K Orenstein and Koppel GmbH
Current assignee: CNH Industrial Baumaschinen GmbH
Priority date: 1985-04-26
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1986-10-30
Also published as: DE3515089C2; FR2581134B1; IT1190255B; IT8647844A0; JPS61250390A; FR2581134A1

Description

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O&K Orenstein & Koppel Aktiengesellschaft

Berlin ___

PAT 2112

Arbeitsverahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine in einem Hydraulikkreislauf einer mobilen Baumaschine

Die Erfindung bezieht sich auf ein Arbeitsverfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine bestimmter Nennleistung zum Antrieb einer Mehrzahl von Hydraulikpumpen insgesamt größerer Nennleistung in einem Hydraulikkreislauf einer mobilen Baumaschine.

Bekannt ist bereits eine Druckregeleinrichtung für ein hydrostatisches Getriebe, enthaltend eine für veränderliche Fördermengen eingerichtete hydraulische Pumpe, die von einer Antriebsmaschine angetrieben wird, ein hydraulisches Stellglied, das eine Last stellt, eine Fördermengenstelleinrichtung für die hydraulische Pumpe, wobei die hydraulische Pumpe und das Stellglied in geschlossenem oder halb geschlossenem Kreis miteinander verbunden sind,

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— D —

und die Fördermengenstelleinrichtung von einem Signal eingestellt wird, das die veränderliche Stellung eines Bedienungshebels und von einem Signal, das die Ist-Fördermenge der hydraulischen Pumpe angibt, um die Geschwindigkeit des hydraulischen Stellgliedes zu steuern, einen Druckfühler, der einen Leistungsdruck des hydrostatischen Getriebes erfaßt und ein Signal erzeugt, das den erfaßten Leistungsdruck wiedergibt, eine Rechnereinrichtung, die auf der Basis vom Bedienungshebel erzeugten Signals und des Leistungsdrucksignals eine Fördermenge berechnet, um die Fördermenge der hydraulischen Pumpe zu verändern und eine Vergleichseinrichtung, die die Führungsfördermenge mit der Ist-Fördermenge der hydraulischen Pumpe vergleicht und ein Ausgangssignal erzeugt, um die Differenz zwischen dem Führungsfördermengensignal und dem Ist-Fördermengensignal zu verringern und das Ausgangssignal der Fördermengenstelleinrichtung zuführt, wobei die Rechnereinrichtung Vorrichtungen aufweist, die die Führungsfördermenge so bestimmen, daß die Fördermenge der hydraulischen Pumpe mit größter Geschwindigkeit geändert wird, wenn der Leistungsdruck unterhalb eines vorgegebenen Wertes ist, und die Änderungsgeschwindigkeit der Fördermenge verringert wird, wenn der vorgegebene Wert überschritten ist.(EP-PS OO 41 273).

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Die vorbeschriebene Einrichtung geht von dem einfachen Fall einer einzigen, von einem Verbrennungsmotor angetriebenen hydraulischen Pumpe aus, die nur einen Verbraucher, einen Ölmotor, antreibt. Nachteiligerweise sind eine Vielzahl von Istwertmessungen durchzuführen, um rechnergestützt die Führungsfördermenge der hydraulischen Pumpe vorzugeben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Arbeitsverfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine anzugeben, das sicherstellt, daß die auf der Lastseite abgenommene Leistung in keinem Fall größer wird als die Nennleistung der elektrischen Antriebsmaschine.

Die vorstehende Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Arbeitsverfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches gelöst und hat gegenüber der bekannten Anordnung den Vorteil, nur eine einzige Meßwerterfassung der Antriebsmaschine durchführen zu müssen und trotzdem zu erreichen, daß die abgenommene hydraulische Leistung einer Mehrzahl von Hydraulikpumpen einen wählbar vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet. Damit ist es insbesondere möglich, eine elektrische Antriebsmaschine vorzusehen, deren Nennleistung

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geringer ist als die Aufnahmeleistung der insgesamt angeschlossenen Hydraulikpumpen, was zu einer wirtschaftlichen Aufwandverringerung in erheblichem Maße führt. Dabei wird vermieden, daß die elektrische Antriebsmaschine über ihre Nennleistung beansprucht wird und ein damit ggfs. mögliches schnelles Absinken des abgegebenen Drehmomentes erfolgt. In dieser Folge ist der Einsatz robuster, völlig wartungsfreier Asynchronmotoren als elektrische Antriebsmaschine möglich, was weitere wirtschaftliche Vorteile bringt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen und Einrichtungen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Arbeitsverfahrens möglich, insbesondere sind Einrichtungen zur Durchführung des Arbeitsverfahrens beschrieben.

Werden von einer elektrischen Antriebsmaschine mehrere Hydraulikpumpen angetrieben, so besteht grundsätzlich die Möglichkeit, alle Verbraucher gleichartig in Teilbereichen oder aber nur einen Verbraucher über einen erweiterten Bereich zu steuern. Die erfindungsgemäße Lösung benutzt die letzte der vorgenannten Möglichkeiten und vermeidet

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vorteilhafterweise die Gefahr, daß Beeinflussungen der einzelnen Verbraucher untereinander entstehen, die zu schwingungsähnlichen unterschiedlichen Lastaufnahmen der einzelnen Verbraucher führen können. Es wird also die Lastaufnahme der einzelnen Hydraulikpumpen nacheinander gestellt, d. h. stetig zurückgenommen, bis sich ein Gleichgewichtszustand in der Größe der Nennleistung der elektrischen Maschine einstellt. In der Praxis reicht es aus, wenn nur die Lastaufnahme einer einzigen Pumpe dieser Regelung unterzogen wird.

In an sich bekannter Weise wird die Wirkleistung der elektrischen Antriebsmaschine mit einem Umformer, der das augenblickliche Produkt aus Strom und Spannung bildet, gemessen. Als Sollwert wird die Nennleistung der Maschine vorgegeben und in ebenfalls an sich bekannter Weise wird mit einem PID-Regler eine Regelabweichung gebildet. Der Ausgang des Reglers, die Regelabweichung, steuert direkt in bekannter Weise nach einem pulsbreiten Modulationsverfahren ein hydraulisches Proportionalventil. Dabei beseitigt der Integralanteil des Reglers die durch den Proportionalanteil bedingte gleichbleibende Regelabweichung innerhalb Bruchteile einer Sekunde restlos.

- 1o -

Der Differentialanteil ist in der Lage, bei schnellen, sprungartigen Laständerungen schon vor Erreichen des Sollwertes die Tendenz zu erkennen und rechtzeitig einzugreifen. Unterhalb des Sollwertes fördert die gestellte Hydraulikpumpe ihre Maximalmenge, d. h. der PID-Regler ist inaktiv. Die nichtgestellten Verbraucher, Hydraulikpumpen, liefern bei Anforderung unbeeinflußt von dem Vorstehenden eine konstante ggfs. maximale Fördermenge.

Anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles wird im folgenden die Erfindung näher beschrieben.

Die elektrische Antriebsmaschine 1 treibt über ein Getriebe 2 hydraulische Steuerpumpen 3a, 3b, 3c und 3d sowie Servopumpen 4a und 4b an. Die Arbeitsflüssigkeit der Steuerpumpen wird über eine Pumpenverteilerleiste in die Verbraucherleitungen 6a und 6b eingespeist. Die einen HilfsSteuerdruck erzeugenden Servopumpen 4a und 4b speisen die Servoleitung 7.

Über eine Meßleitung 8 werden einem Umformer 9 die elektrischen Kenngrößen, Strom und Spannung, des elektrischen Antriebes T zugeführt, der daraus ein Signal entsprechend

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der Wirkleistung des elektrischen Antriebes bildet und dieses als Istwert dem PID-Regler 1o zuführt. Dem vorgenannten PID-Regler 1 ο wird weiterhin als Sollwert die elektrische Nennleistung des elektrischen Antriebes 1 aufgegeben. Eine zwischen Soll- und Istwert entstehende Regelabweichung wird über eine Leitung 11 einem Druckproportionalventil 12, z. B. einem Monsunventil, zugeführt, dessen Ausgangsleitung 13 eine der Steuerpumpen, z. B. die Steuerpumpe 3a, stellt. Die weiteren Steuerpumpen 3b, 3c, 3d sind nach Maßgabe einer Nebenausgangsleitung 14 des Druckproportionalventils 12 über Hydraulik- · ventile 15 ggfs. ansteuerbar.

Mit dem beschriebenen Arbeitsverfahren einer prozessorgesteuerten Wirkleistungsregelung ist ein System entwickelt worden, das erlaubt, bei mobilen Baumaschinen, insbesondere Elektrobaggern, elektrische Antriebe zu verwenden, deren Nennleistung geringer ist als die hydraulische Leistung aller Pumpen einschließlich der Nebenleistungen. Dies gestattet eine optimalere Leistungsausnutzung des Antriebsaggregates, insbesondere kann ein kostengünstigeres, kleineres Aggregat vorgesehen werden,

Das neue wirkleistungsgeregelte Antriebssystem ist weiter-

das

führend in der Lage, Proportionalventil direkt, ohne Zwischenelektronik anzusteuern, woraus sich eine Anwendungsmöglichkeit in der Handhebelsteuerung ergibt. So können teuere Funktionspotentiometer durch mechanisch gleichwertige, wesentlich billigere lineare Potentiometer ersetzt werden. Die notwendigen Funktionskurven erzeugt ein Prozessor. Hierbei könnten sogar für die einzelnen Arbeitsbewegungen unterschiedliche und speziell für diese Bewegungen notwendigen Kennlinien vorgegeben werden.

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Bezeichnung der Bezugsziffern

1	Elektrische Antriebsmaschine
2	Getriebe
3a	Steuerpumpe
3b	Il
3 c	Il
3d	Il
4a	Servopumpe
4b	Il
5	Pumpenverteilerleiste
6a	Verbraucherleitung
6b	Il
7	Servoleitung
8	Meßleitung
9	Umformer
1o	PID-Regler
11	Leitung
12	Druckproportionalventil
13	Ausgangsleitung
14	Nebenausgangslextung
15	Hydraulikventile

- Leerseite -

Claims

O&K Orenstein & Koppel Aktiengesellschaft Berlin' PAT 2112 PATENTANSPRÜCHE

1. Arbeitsverfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine bestimmter Nennleistung zum Antrieb einer Mehrzahl von Hydraulikpumpen insgesamt größerer Nennleistung in einem Hydraulikkreislauf einer mobilen Baumaschine, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelung der elektrischen Wirkleistung durch Stellen der ölfördermenge mindestens einer Hydraulikpumpe (3) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Rückstellen der ölfördermenge mindestens einer Hydraulikpumpe (3a) eine Begrenzungsregelung der elektrischen Wirkleistungsaufnahme erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einem PID-Regler (1o) die Wirkleistungsaufnahme der elektrischen Maschine (1) als Istwert und deren Nennleistung als Sollwert zugeführt sind und die Regelabweichung mindestens eine der vorgegebenen Hydraulikpumpen (3a) stellt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückstellung der geförderten Ölmenge mindestens einer Hydraulikpumpe (3a) durch den PID-Regler (1ο) sowohl nach Maßgabe einer Überschreitung der Wirkleistungsaufnahme über eine wählbar vorgegebene Leistung der elektrischen Maschine (1) als auch nach wählbar vorgebbarer Steilheit eines Wirkleistungsaufnahmeanstieges erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirkleistungsaufnahmeanstieg erst oberhalb eines wählbar vorgegebenen Wirkleistungswertes zur Rückstellung der geförderten ölmenge mindestens einer Hydraulikpumpe (3a) führt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelabweichung als Ausgang des PID-Reglers (1o) nach einem Pulsbreitenmodulationsverfahren direkt ein Proportional-Hydraulikventil (12) steuert.

7. Vorrichtung zur Durchführung eines Arbeitsverfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6 mit einer elektrischen Maschine bestimmter Nennleistung zum Antrieb einer Mehrzahl von Hydraulikpumpen insgesamt größerer Nennleistung in einem Hydraulikkreislauf einer mobilen Baumaschine, dadurch gekennzeichnet/ daß ein PID-Regler (1o) vorgesehen ist, dem über einen Wirkleistungsumformer (9) die aufgenommene Wirkleistung als Istwert und die Nennleistung der elektrischen Maschine als Sollwert zugeführt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im PID-Regler (1o) ein Ausgang dargestellt ist, der sowohl abhängig von der Regelabweichung zwischen Soll- und Istwert und zusätzlich von der Wirkleistungsanstiegsgeschwindigkeit oberhalb eines wählbar vorgegebenen Wirkleistungswertes ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelausgang des PID-Reglers (1o) einem elektrisch gesteuerten Hydraulikventil (12) zugeführt ist*

to. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Steuerstrom des Hydraulikventils (12) dem Steuereingang .der stellbaren Hydraulikpumpe (3a) zugeführt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet,

daß das Hydraulikventil (12) eine druckproportionale Steuerkennlinie als Funktion des PID-Regierausganges (1o) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die ölfördermenge durch die Hydraulikpumpe in Abhängigkeit vom Steuereingangsdruck stellbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (1) durch einen Asynchronmotor dargestellt ist.