DE10140814A1

DE10140814A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Positionierung eines Werkzeuges einer Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE10140814A1
Application number: DE2001140814
Authority: DE
Inventors: Hans P Dietz; Thomas G Skinner
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2001-08-20
Publication date: 2002-08-08
Also published as: JP4495887B2; JP2002121761A; SE0102877D0; SE0102877L; SE520540C2

Abstract

Eine Vorrichtung zur steuerbaren Positionierung eines Arbeitswerkzeuges einer Erdbewegungsmaschine wird offenbart. Das Arbeitswerkzeug weist einen Ausleger und eine daran angebrachte Anbringung auf, wobei der Ausleger durch einen hydraulischen Hubzylinder betätigt wird, und wobei die Anbringung durch einen hydraulischen Kippzylinder betätigt wird. Werkzeugpositionssensoren fühlen die Höhenposition des Auslegers und die Schwenkposition der Anbringung ab und erzeugen darauf ansprechend jeweilige Werkzeugpositionssignale. Eine Steuervorrichtung, die die Werkzeugpositionierungssignale aufnimmt, vergleicht die Relativposition des Auslegers und der Anbringung mit einem vorbestimmten Grenzzustand und erzeugt ein elektrisches Ventilsignal. Eine Ventilanordnung nimmt das elektrische Ventilsignal auf und liefert steuerbar einen Hydraulikströmungsmittelfluß an die jeweiligen Hydraulikzylinder, ansprechend auf eine Größe des elektrischen Ventilsignals.

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren und eine Vorrich tung zur Steuerung der Positionierung eines Arbeitswerkzeuges einer Ar beitsmaschine und insbesondere auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren, das die Positionierung des Arbeitswerkzeuges basierend auf vorbestimmten Grenzzuständen steuert.

Technischer Hintergrund

Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Radlader, weisen Arbeitswerkzeuge auf, die über einer Anzahl von Positionen während eines Arbeitszykluses bewegt werden können. Solche Werkzeuge weisen typischerweise Anbrin gungen auf, wie beispielsweise Schaufeln, Gabeln, und andere Material handhabungsvorrichtungen, die mit einem Hubarm oder Ausleger gekoppelt sind, der beweglich mit der Arbeitsmaschine über Gelenke verbunden ist. Der typische Arbeitszyklus, der mit einer Schaufel assoziiert ist, weist das sequentielle Positionieren der Schaufel und des Auslegers in einer Grabpo sition auf, um die Schaufel mit Material zu füllen, eine Trag- bzw. Transport position, eine angehobene Position und eine Abladeposition zur Entfernung des Materials aus der Schaufel. Um den Ausleger dagegen zu schützen, daß das Werkzeug oder die Gelenke auf ihn "knallen" wird der Ausleger mit einer Vielzahl von Rückkipp- und Ausladeanschlägen versehen, die auf den jewei ligen Ober- und Unterseiten des Auslegers angeordnet sind. Jeder Rückkipp- und Abladeanschlag ist typischerweise strategisch bemessen und angeord net, um mit einem entsprechendem Teil von entweder der Anbringung, den Anbringungsgelenken oder beiden in Eingriff zu kommen, wodurch irgend welche Stöße der Anbringung auf ausgewählte Flächen des Auslegers kon zentriert werden. Zusätzlich werden Abladeanschläge typischerweise durch Verwendung von mechanischen Befestigungsmitteln an dem Werkzeug an gebracht.

Steuerhebel sind an der Bedienerstation montiert und sind mit einer elek trohydraulischen Schaltung verbunden, um die Schaufel und/oder den Aus leger zu bewegen. Der Bediener muß manuell die Steuerhebel bewegen, um elektrohydraulische Ventile zu öffnen und zu schließen, die unter Druck ge setztes Strömungsmittel zu Hydraulikzylindern leiten, was wiederum bewirkt, daß sich das Werkzeug bewegt. Wenn beispielsweise der Ausleger anzuhe ben ist, bewegt der Bediener den Steuerhebel, der mit der Auslegerhydrau likschaltung assoziiert ist, in eine Position, in der ein Hydraulikventil bewirkt, daß unter Druck gesetztes Strömungsmittel zum Kopfende eines Hubzylin ders fließt, was somit bewirkt, daß der Ausleger nach oben geht. Wenn der Steuerhebel zu einer neutralen Position zurückkehrt, schließt sich das Hy draulikventil, und das unter Druck gesetzte Strömungsmittel fließt nicht wei ter zum Hubzylinder.

Unter gewissen Betriebszuständen kann die Anbringung oder Gelenkanord nung den Ausleger berühren. Wenn beispielsweise die Anbringung in einem Abladezyklus angeordnet wird, kann die Anbringung den unteren Teil des Auslegers berühren, wenn der Bediener versucht, entweder das Material aus der Anbringung herauszubringen oder Material in diese hineinzuladen. Ge nauso kann ein Kontakt zwischen der Anbringung oder der Verbindung und dem Oberteil des Auslegers auftreten, wenn der Bediener versucht, Material "aufzugreifen" oder zu bewirken, daß dieses von der Anbringung aufgegriffen wird. Wenn sie nicht ordnungsgemäß untersucht und instandgehalten wer den, können fehlende oder beschädigte Rückkipp- und Abladeanschläge dazu führen, daß übermäßige Kräfte auf den Ausleger aufgebracht werden. Diese Kräfte können den Ausleger schädigen genauso wie sie die assoziier te Hydraulikschaltung schädigen können, die einen gewissen Teil des Sto ßes absorbiert, der durch die Gelenkanordnung läuft. Dies wird wahrschein lich die Instandhaltung(-skosten) und ein beschleunigtes Versagen der as soziierten Teile vermehrt auftreten lassen.

Um die Kräfte zu reduzieren, die auf das Arbeitswerkzeug wirken, sind Sy steme entwickelt worden, um langsamer und sanfter die Bewegung des Werkzeuges zu stoppen. Ein solches System wird offenbart im US-Patent 5,617,723, ausgegeben an Hosseini und andere am 8. April 1997. Ein Ver fahren wird vorgesehen, das Steuerhebel- und Werkzeugpositionssensoren verwendet, um eine Plötzliche Veränderung der Trägheit eines Arbeitswerk zeuges einer Arbeitsmaschine zu steuern. Während dieses System genau die Geschwindigkeit des Arbeitswerkzeuges während plötzlicher Verände rungen der Bedienersteuereinstellungen verringert, ist es nicht betreibbar, um die Bewegung eines Arbeitswerkzeuges ansprechend auf fehlende Rüc ckipp- oder Abladeanschläge zu steuern.

Ein alternatives System wird offenbart im US-Patent 5,511,458, ausgegeben an Kamata und andere am 30. April 1996. Dieses System verwendet Zylin derpositionierungs- und Bewegungsrichtungsdetektoren, um einen Effekt einer ruhigen Zylinderabdämpfung vorzusehen. Obwohl dieses System auch für seinen beabsichtigten Zweck nützlich sein mag, ist es ebenfalls nicht be treibbar, um die Bewegung eines Arbeitswerkzeuges ansprechend auf feh lende Rückkipp- oder Abladeanschläge zu steuern. Die vorliegende Erfin dung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Proble me zu überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur steuerbaren Positionierung eines Arbeitswerkzeuges offenbart. Das Arbeits werkzeug weist einen Ausleger und eine daran angebrachte Anbringung auf, wobei der Ausleger durch einen hydraulischen Hubzylinder betätigt wird, und wobei die Anbringung durch einen hydraulischen Kippzylinder betätigt wird. Werkzeugpositionssensoren fühlen die Hubposition des Auslegers ab und die Schwenkposition der Anbringung, und erzeugen darauf ansprechend je weilige Werkzeugpositionierungssignale. Eine Steuervorrichtung nimmt die Werkzeugpositionierungssignale auf, vergleicht die Relativposition des Aus legers und der Anbringung und erzeugt ein elektrisches Ventilsignal. Eine Ventilanordnung nimmt das elektrische Ventilsignal auf und liefert steuerbar einen Hydraulikströmungsmittelfluß an die jeweiligen Hydraulikzylinder an sprechend auf eine Größe des elektrischen Ventilsignals.

Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Verfah ren zur steuerbaren Positionierung eines Arbeitswerkzeuges einer Erdbewe gungsmaschine vorgesehen. Das Arbeitswerkzeug weist einen Ausleger und eine Abringung auf, die daran angebracht ist, wobei der Ausleger durch ei nen hydraulischen Hubzylinder betätigt wird, und wobei die Anbringung durch einen hydraulischen Kippzylinder betätigt wird. Das Verfahren weist die Schritte auf, die Positionen der Hub- und Kippzylinder abzufühlen und jeweilige Werkzeugpositionssignale zu erzeugen, weiter die Werkzeugpositi onssignale aufzunehmen und ein elektrisches Ventilsignal basierend auf ei ner relativen Position des Auslegers und der Anbringung zu erzeugen, die Relativpositionen des Auslegers und der Anbringung mit einer vorbestimm ten Grenzposition zu vergleichen, und das elektrische Ventilsignal aufzu nehmen und steuerbar Hydraulikströmungsmittelfluß zu den jeweiligen Hy draulikzylindern ansprechend auf die Relativpositionen des Auslegers und der Anbringung im Vergleich zu der vorbestimmten Grenzposition zu liefern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Vorderteils einer Ladermaschine oder eines Radladers.

Fig. 2 ist eine diagrammartige Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Werkzeugsteuersystems der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist eine Programm-Nachschautabelle, die mit der Rück kippverstärkung assoziiert ist.

Fig. 4 ist eine Programm-Naschschautabelle, die mit der Abladever stärkung assoziiert ist.

Fig. 5 ist eine diagrammartige Darstellung eines weiteren Ausfüh rungsbeispiels des Werkzeugsteuersystems der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 1 zeigt ein Vorderteil 100 einer Radladerarbeitsmaschine 104 mit ei nem daran angebrachten Arbeitswerkzeug 105, das aus einem Nutzlastträ ger in Form einer Schaufel 108 besteht, die am Ausleger 110 angebracht ist. Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine Radladermaschine beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung gleichfalls auf viele Erdbear beitungsmaschinen anwendbar, wie beispielsweise Raupenlader, Hydraulik bagger und andere Maschinen mit ähnlichen Ladewerkzeugen. Die Schaufel 108 ist mit einer Hubarmanordnung oder einem Ausleger 110 verbunden, der schwenkbar von zwei Hydraulikhubbetätigungsvorrichtungen oder Hub zylindern 111 betätigt wird (von denen nur einer gezeigt ist) und zwar schwenkbar um einen Auslegerschwenkstift 112, der am Maschinenrahmen 113 angebracht ist. Der Schwenkstift 115 wiederum bringt die Hubzylinder 111 am Ausleger 110 an. Zusätzlich wird die Schaufel 108 durch eine Schaufelkippbetätigungsvorrichtung oder einem Schaufelkippzylinder 116 um einen Kippschwenkstift 119 gekippt.

Die Schaufel 108 ist kinematisch mit dem Kippzylinder 116 mittels eines Paares von Auslegergelenken 120 und eines Paares von Werkzeuggelenken 123 verbunden (wobei jeweils eines davon gezeigt ist). Rückkippanschläge 124 sind auf jedem Auslegeransatz 125 vorgesehen und sind bemessen und angeordnet, um mit entsprechenden Eingriffsstrukturen 128 in Eingriff zu kommen, die auf jedem Auslegergelenk 120 vorgesehen sind. Zusätzlich ist ein zweites Paar von Rückkippanschlägen 129 (von denen einer gezeigt ist) auf der Oberseite 132 des Auslegers 110 vorgesehen und bemessen und angeordnet, um jeweils mit entsprechenden Eingriffsstrukturen 133 in Eingriff zu kommen, die auf jedem Werkzeuggelenk 132 vorgesehen sind. Ein Paar von Abladeanschlägen 134 (von denen einer gezeigt ist) ist auf dem unteren Teil 135 des Auslegers 110 vorgesehen und bemessen und angeordnet, um mit entsprechenden (nicht gezeigten) Eingriffsstrukturen in Eingriff zu kom men, die an der Schaufel 108 vorgesehen sind.

Mit Bezugnahme auf Fig. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Werkzeugsteuersystems 200, wie es auf einen Radlader angewandt wird, diagrammartig dargestellt. Das Werkzeugsteuersystem 200 ist geeignet, um eine Vielzahl von Eingängen abzufühlen und darauf ansprechend Aus gangssignale zu erzeugen, die an verschiedene Betätigungsvorrichtungen im Werkzeugsteuersystem 200 geliefert werden. Vorzugsweise weist das Werk zeugsteuersystem eine mikroprozessorbasierte Steuervorrichtung 201 auf.

Die Werkzeugpositionssensoren 204, 205 fühlen die Position des Arbeits werkzeuges 105 mit Bezug auf die Arbeitsmaschine 104 ab, und erzeugen darauf ansprechend eine Vielzahl von Werkzeugpositionssignalen. Die Werkzeugpositionssignale sind eine Funktion der Position der jeweiligen Hy draulikzylinder 116, 111 und zeigen die Größe der jeweiligen Hydraulikzylin derausfahrpositionen an. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Positionssensoren 204, 205 einen Hubpositionssensor 204 auf, um die Hö henposition des Auslegers 110 abzufühlen, und einen Kipppositionssensor 205, um die Schwenkposition der Schaufel 108 abzufühlen.

In einem Ausführungsbeispiel weisen die Hub- und Kipppositionssensoren 204, 205 Drehpotentiometer auf. Die Drehpotentiometer erzeugen pulsbrei tenmodulierte Signale ansprechend auf die Winkelposition des Auslegers 110 mit Bezug auf das Fahrzeug, und der Schaufel 108 mit Bezug auf den Ausleger 110. Die Winkelposition des Auslegers ist eine Funktion der Hubzy linderausfahrposition 111A, B, während die Winkelposition der Schaufel 108 eine Funktion von sowohl den Hub- als auch Kippzylinderausfahrpositionen 116, 111A, B ist. Die Funktion der Positionssensoren 204, 205, kann leicht durch irgendeinen anderen Sensor erfüllt werden, der entweder direkt oder indirekt die relative Ausdehnung bzw. Ausfahrposition eines Hydraulikzylin ders messen kann. Beispielsweise könnten die Drehpotentiometer durch magnetostriktive Sensoren oder Linearpositionspotentiometer ersetzt wer den, die verwendet werden, um die Ausfahrposition der Hydraulikzylinder zu messen.

Eine Ventilanordnung 208 spricht auf elektrische Signale an, die von der Steuervorrichtung 201 erzeugt werden und liefert einen Hydraulikströ mungsmittelfluß an die Hydraulikzylinder 111A, B, 116. Im bevorzugten Auf rührungsbeispiel weist die Ventilanordnung 208 zwei Hauptventile auf (ein Hauptventil für die Hubzylinder und ein Hauptventil für den Kippzylinder) und vier Hydraulikbetätigungsventile (zwei für jedes Hauptventil). Die Hauptventi le leiten unter Druck gesetztes Strömungsmittel zu den Zylindern 111A, B, 116, und die Hydraulikbetätigungsvorrichtungsventile leiten einen Vorsteu erströmungsmittelfluß zu den Hauptventilen. Jedes Hydraulikbetätigungs ventil weist vorzugsweise ein elektrohydraulisches Ventil auf, das elektrisch mit der Steuervorrichtung 201 verbunden ist. Solche Ventile sind wohl be kannt und könnten leicht von einem Fachmann ohne übermäßige experimen telle Versuche ausgewählt werden. Eine Hauptpumpe 212 wird verwendet, um Hydraulikströmungsmittel zu den Hauptkolben zu liefern, während eine Vorsteuerpumpe 215 verwendet wird, um Hydraulikströmungsmittel zu den Hydraulikbetätigungsvorrichtungsventilen zu liefern. Ein An/Aus-Elektro magnetventil und Druckentlastungsventil 217 ist vorgesehen, um den Vor steuerströmungsmittelfluß zu den Hydraulikbetätigungsvorrichtungsventilen zu steuern.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eine elektrische Ventilsignal größe zu bestimmen, die genau einen Stoß zwischen der Schaufel 108 oder den Gelenken 120, 123 und dem Ausleger 110 verhindern wird, und zwar in dem Fall, daß die Schaufel 108, der Ausleger 110 und/oder die Gelenke 120, 123 einen fehlenden oder beschädigten Rückkipp- oder Abladeanschlag ha ben. Die Steuervorrichtung 201 weist vorzugsweise RAM- und ROM-Module (RAM = random access memory = Arbeitsspeicher, ROM = read only memo ry = Lesespeicher)auf, die Softwareprogramme speichern, die gewisse Merkmale der vorliegenden Erfindung ausführen. Weiterhin speichern die RAM- und ROM-Module einen Vielzahl von Nachschautabellen, die verwen det werden, um die elektrische Ventilsignalgröße entsprechend der relativen Orientierung oder Nähe der Schaufel 108 zum Ausleger 110 zu bestimmen (basierend auf der Ausfahrposition des Kipp- und Hubzylinders). Die Steuer vorrichtung 201 nimmt die Werkzeugpositionssignale auf und erzeugt ein elektrisches Ventilsignal mit einer Größe entsprechend den zuvor erwähnten Ausfahrpositionen der Zylinder 111, 116.

Die Ventilanordnung 108 nimmt das elektrische Ventilsignal auf und abhän gig davon, ob der Ausleger 110 in der Nähe der Schaufel 108 ist, kann sie den existierenden Hydraulikströmungsmittelfluß zum jeweiligen Hydraulikzy linder ansprechend auf eine Größe des elektrischen Ventilsignals modifizie ren. Beispielweise können die zuvor erwähnten Nachschautabellen Skalie rungsfaktoren aufweisen, die mit jeder Ausfahrpositionsmessung von beiden Zylindern 111, 116 assoziiert sind. Der Skalierungsfaktor kann einen Wert von 0 bis 100% haben. Abhängig von dem Skalierungswert, der in der zurvor erwähnten Naschautabelle vorgesehen wird, wird die Steuervorrichtung 201 ein elektrisches Ventilsignal mit einem Skalierungswert von 0 Prozent erzeu gen, wenn die Orientierung oder Nähe des Auslegers 110 zur Schaufel 108 derart ist, daß die Schaufel 108 auf einen Rückkipp- oder Abladeanschlag getroffen sein sollte, wodurch betriebsmäßig der Fluß des relevanten Hy draulikventils verringert wird, und zwar relativ zur Bedienereingabeeinstellung für diesen Hydraulikfluß, und zwar ausreichend um die Bewegung von bei spielsweise der Schaufel 108 zu beenden. Im Gegensatz dazu zeigt ein Ska lierungswert von 100% einen "sicheren" Zustand, was eine ununterbrochene volle Steuerung des Bedieners des relevanten Hydraulikventils gestattetet. Skalierungsfaktoren zwischen 0% und 100% zeigen einen "Vorsichtszu stand" an, in dem der vom Bediener auswählte Hydraulikströmungsmittelfluß für das relevante Hydraulikventil proportional verringert wird, um dadurch vorzugsweise die Bewegung der Schaufel 108 zu verringern. Obwohl alle hier beschriebenen Ausführungsbeispiele auf die Verringerung oder Beendi gung der Bewegung der Schaufel 108 gerichtet sind, wird in Betracht gezo gen, daß die vorliegende Erfindung auf das Beenden oder Verringern der Bewegung der Schaufel 108, des Auslegers 110 oder beides gerichtet sein kann.

Wie dem Fachmann offensichtlich sein sollte, sind die zuvor erwähnten Ska lierungsfaktoren angepasst, um zu den tatsächlichen physikalischen Gren zen zu passen, die von den fehlenden Rückkipp- oder Abladeanschlägen 124, 129, 134 dargestellt werden. Wie dem Fachmann offensichtlich sein sollte, stellen die Skalierungsfaktoren einen vorbestimmten Grenzzustand auf, der entweder den Fluß zu dem relevanten Zylinder oder den Zylindern 111, 116 verringert, abschaltet, oder einen ununterbrochenen Fluß gestattet. Wenn dies getan wird, kann ein potentieller Schaden an der Schaufel 108, dem Ausleger 110 oder an beiden vermieden werden.

Fig. 3 und 4 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel von jeder Nach schautabelle, die eine Rückkippverstärkungstabelle bzw. Rückkipp-Gain- Tabelle 300 und eine Abladeverstärkungstabelle bzw. Ablade-Gain-Tabelle 400 aufweisen. Die Rückkipp- und Abladeverstärkungstabellen 300, 400 stellen dreidimensionale Nachschautabellen dar, die eine Vielzahl von Ska lierungswerten speichern, die der Position der Hub- und Kippzylinder 111, 116 entsprechen, wenn die Schaufel 108 jeweils in einem Tragebetriebszu stand zurückgekippt ist, und in einen Abladebetriebszustand gedreht wird. Mit Bezug auf beide Figuren wird der zuvor erwähnte "sichere" Zustand durch die Gebiete 301, 401 dargestellt, und er entspricht einem Skalierungs faktor von 100% (ununterbrochener Hydraulikströmungsmittelfluß). Die Flä chen die als 304, 404 bezeichnet werden, stellen den zuvor erwähnten "gefährlichen" Zustand dar, der einen Skalierungsfaktor von 0% auslöst (gestoppte Bewegung von beispielsweise der Schaufel 108). Die Gebiete, die als 305, 405 bezeichnet werden, stellen den zuvor erwähnten "Vorsichtsbetriebszustand" dar, in dem der vom Bediener ausgewählte Strömungsmittelfuß proportional zur Größe des Skalierungsfaktors (zwischen 0% und 100%) reduziert wird. Obwohl ein Skalierungswert beschrieben wird, kann gleichfalls ein Begrenzungswert verwendet werden, wie es dem Fach mann offensichtlich sein würde.

Mit Bezug auf Fig. 5 wird nun ein weiteres Ausführungsbeispiel 500 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie gezeigt bieten die ersten und zweiten Steuerhebel 501, 502 dem Bediener eine Steuerung über das Ar beitswerkzeug 105. Die Steuerhebel 501, 502 weisen einen Steuerhebel 505 auf, der eine Bewegung entlang einer einzigen Achse hat. Jedoch kann zu sätzlich zu der Bewegung entlang einer ersten Achse (horizontal) der Steu erhebel 505 sich auch entlang einer zweiten Achse bewegen, die senkrecht zur horizontalen Achse ist. Der erste Steuerhebel 501 steuert einen Hubbe trieb des Auslegers 110. Der zweite Steuerhebel 502 steuert den Kippbetrieb der Schaufel 108.

Ein Steuerhebelpositionssensor 506 fühlt die Position des Joystick- Steuerhebels 505 ab und erzeugt darauf ansprechend ein elektrisches Be dienerbefehlssignal. Das elektrische Signal wird zu einem Eingang der Steu ervorrichtung 201 geliefert. Der Steuerhebelpositionssensor 506 weist vor zugsweise ein Drehpotentiometer auf, das ein pulsbreitenmoduliertes Signal ansprechend auf die Schwenkposition des Steuerhebels erzeugt; jedoch wä re irgendein Sensor bei der vorliegenden Erfindung einsetzbar, der ein elek trisches Signal ansprechend auf die Schwenkposition des Steuerhebels er zeugen kann.

Die Steuervorrichtung 201 nimmt die Werkzeugpositionssignale und die Be dienerbefehlssignale auf, modifiziert das Bedienerbefehlssignal durch Mul tiplizieren des zuvor erwähnten Skalierungsfaktors mit der Größe des Bedie nerbefehlssignals, und erzeugt ein elektrisches Ventilsignal mit einer Größe, die auf das modifizierte Bedienerbefehlssignal anspricht. Die Ventilanord nung 208 nimmt das elektrische Ventilsignal auf und liefert steuerbar Hy draulikströmungsmittelfluß an den jeweiligen Hydraulikzylinder ansprechend auf eine Größe des elektrischen Ventilsignals. Die Größe des elektrischen Ventilsignals wiederum wird bestimmt durch Multiplizieren des zuvor erwähn ten Skalierungsfaktors mit der Größe des Bedienerbefehlssignals.

Während somit die vorliegende Erfindung teilweise gezeigt worden ist und mit Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele oben beschrie ben wurde, wird dem Fachmann klar sein, daß verschiedene zusätzliche Ausführungsbeispiele in Betracht gezogen werden können, ohne vom Kern und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Industrielle Anwendbarkeit

Erdbewegungsmaschinen, wie beispielsweise Radlader und Bagger weisen Arbeitswerkzeuge auf, die über eine Anzahl von Positionen während eines Arbeitszykluses bewegt werden können. Der typische Arbeitszyklus weist die Positionierung des Auslegers und der Schaufel in einer Grabposition auf, um die Schaufel mit Material zu füllen, weiter in einer Abladeposition, in der der Ausleger angehoben ist und die Schaufel nach vorne gekippt ist, um das Material aus der Schaufel zu entfernen, und in einer Trageposition, wo der Ausleger abgesenkt ist, und die Schaufel nach hinten in eine Rück kippposition gekippt ist.

Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, um automatisch die Geschwindigkeit der Schaufel 108 zu begrenzen, wenn sich die Schaufel 108 einer Orientierung mit Bezug auf den Ausleger 110 nähert, in der die Schaufel 108 oder die Gelenke 120, 123 auf eine physikalische Begrenzung getroffen sein sollten, die mit einem fehlenden Rückkipp- oder Abladeanschlag 124, 128, 129, 133, 134 assoziiert ist. Beim Auftreffen auf die zuvor erwähnte Grenze wird die Schaufel 108 angewiesen, die Bewe gung zu stoppen, wodurch ein möglicher Schaden verhindert wird, der da durch verursacht wird, daß die Schaufel 108 in den Ausleger 110 "knallt".

Es sei bemerkt, daß während die Funktion des bevorzugten Ausführungsbei spiels in Verbindung mit dem Ausleger und den assoziierten Hydraulikschal tungen beschrieben worden ist, die vorliegende Erfindung leicht auf die Steuerung der Position von Werkzeugen von anderen Erdbearbeitungsma schinen anwendbar ist. Beispielsweise könnte die vorliegende Erfindung eingesetzt werden, um die Werkzeuge von Hydraulikbaggern, Baggerladern und ähnlichen Maschinen mit hydraulisch betätigten Werkzeugen zu steuern.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten An sprüche erhalten werden.

Claims

1. Vorrichtung zur steuerbaren Positionierung eines Arbeitswerkzeuges, wobei das Arbeitswerkzeug anzubringende Rückkipp- und Abladean schläge besitzt, die jeweils eine physikalische Grenze besitzen und einen Ausleger und eine daran befestigte Anbringung aufweist, wobei der Ausleger durch einen hydraulischen Hubzylinder betätigt wird, und wobei die Anbringung durch einen hydraulischen Kippzylinder betätigt wird, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:
Werkzeugpositionssensoren, die die Höhenposition des Auslegers und die Schwenkposition der Anbringung abfühlen und darauf an sprechend jeweilige Werkzeugpositionierungssignale erzeugen;
eine Steuervorrichtung, die die Werkzeugpositionierungssignale auf nimmt, die relative Position des Auslegers und der Anbringung mit ei nem vorbestimmten Grenzzustand vergleicht, und ein elektrisches Ventilsignal erzeugt; und
eine Ventilanordnung, die das elektrische Ventilsignal aufnimmt und steuerbar einen Hydraulikströmungsmittelfluß zu mindestens einem Hydraulikzylinder ansprechend auf die Größe eines elektrischen Ven tilsignals liefert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die mindestens eine Nachschautabelle aufweist, die eine Vielzahl von Werkzeugpositionswerten entspre chend einer Vielzahl von Skalierungswerten aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung einen Ska lierungswert aus der jeweiligen Nachschautabelle ansprechend auf die jeweilige Auslegerposition und die Anbringungsposition auswählt, und darauf ansprechend das elektrische Ventilsignal mit einer Größe entsprechend dem ausgewählten Skalierungsfaktor erzeugt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Werkzeugpositionssignal entsprechend der Höhenposition des Auslegers die Hubzylinderausfahrposition anzeigt, und wobei das Werkzeugpositionssignal entspre chend der Schwenkposition der Schaufel die Kippzylinderausfahrposi tion anzeigt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anbringung eine Schaufel aufweist bzw. ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, die einen vom Bediener gesteuerten Steuerhebel aufweist, der ein Bedienerbefehlssignal zur Steuerung der Bewegung des Arbeitswerkzeuges erzeugt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuervorrichtung die Werk zeugpositionssignale und das Bedienerbefehlssignal aufnimmt, die Relativposition des Auslegers und der Anbringung bestimmt und ein elektrisches Ventilsignal entsprechend der Relativposition des Ausle gers und der Anbringung erzeugt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, die mindestens eine Nachschautabelle aufweist, die eine Vielzahl von Werkzeugpositionswerten entspre chend einer Vielzahl von Skalierungswerten aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuervorrichtung einen Wert aus der entsprechenden Nachschautabelle ansprechend auf die rela tive Auslegerposition und die Anbringungsposition auswählt, den Wert mit einer Größe des Bedienersteuersignals multipliziert, und darauf ansprechend das elektrische Ventilsignal mit einer Größe gleich dem Produkt erzeugt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Grenzzustand der physikalischen Grenze der Rückkippanschläge und/oder der Ab ladeanschläge entspricht.

11. Vorrichtung zur Anwendung bei einer Arbeitsmaschine, die folgendes aufweist:
ein Arbeitswerkzeug, das einen Ausleger und eine Anbringung auf weist;
einen vom Bediener gesteuerten Steuerhebel, der ein Bedienerbe fehlssignal zur Steuerung der Bewegung des Arbeitswerkzeuges er zeugt;
Werkzeugpositionssensoren, die die Höhenposition des Auslegers und die Schwenkposition der Anbringung abfühlen und darauf an sprechend jeweilige Werkzeugpositionssignale erzeugen;
eine Steuervorrichtung, die die Werkzeugpositionssignale und das Bedienerbefehlssignal aufnimmt, die Relativposition des Auslegers und der Anbringung mit einem vorbestimmten Grenzzustand ver gleicht, und ein elektrisches Ventilsignal erzeugt; und
eine Ventilanordnung, die das elektrische Ventilsignal aufnimmt und steuerbar einen Hydraulikströmungsmittelfluß zu mindestens einem Hydraulikzylinder ansprechend auf die Größe des elektrischen Ventil signals liefert.

12. Verfahren zur steuerbaren Positionierung eines Arbeitswerkzeuges einer Erdbewegungsmaschine, wobei das Arbeitswerkzeug einen Ausleger und eine daran angebrachte Anbringung aufweist, wobei das Arbeitswerkzeug einen hydraulischen Hubzylinder zum Anheben und Absenken des Auslegers aufweist, und einen hydraulischen Kippzy linder zum Abladen bzw. Vorkippen und Rückkippen der Anbringung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Abfühlen der Positionen der Hub- und Kippzylinder und Erzeugung von jeweiligen Werkzeugpositionssignalen;
Aufnahme der Werkzeugpositionssignale und Erzeugung eines elek trischen Ventilsignals basierend auf einer Relativposition des Ausle gers und der Anbringung;
Vergleich der Relativposition des Auslegers und der Anbringung mit einer vorbestimmten Grenzposition; und
Aufnahme des elektrischen Ventilsignals und steuerbares Liefern ei nes Hydraulikströmungsmittelflusses zu mindestens einem Hydrau likzylinder ansprechend auf die Relativpositionen des Auslegers und der Anbringung im Vergleich zu der vorbestimmen Grenzposition.

13. Verfahren nach Anspruch 12, das die Schritte aufweist, eine Nach schautabelle zu speichern, die eine Vielzahl von Skalierungswerten speichert, die einer Position der Hub- und Kippzylinder entsprechen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, das den Schritt aufweist, einen Skalie rungswert basierend auf den Relativpositionen zu wählen und darauf ansprechend die Bewegung des Auslegers und/oder der Anbringung zu steuern.

15. Verfahren nach Anspruch 14, das den Schritt aufweist, die Bewegung von dem Ausleger und/oder der Anbringung zu stoppen, wenn die Relativposition im Wesentlichen gleich der vorbestimmten Grenzposi tion ist.

16. Verfahren nach Anspruch 14, das den Schritt aufweist, die Bewegung von dem Ausleger und/oder der Anbringung zu reduzieren, wenn die Relativpositionen sich der vorbestimmten Grenzposition nähern.

17. Verfahren zur steuerbaren Bewegung eines Arbeitswerkzeuges einer Erdbewegungsmaschine ansprechend auf die Position eines vom Be diener gesteuerten Steuerhebels, wobei das Arbeitswerkzeug einen Ausleger und eine Anbringung aufweist, die daran befestigt ist, wobei das Arbeitswerkzeug einen hydraulischen Hubzylinder zum Anheben und Absenken des Auslegers aufweist, und einen hydraulischen Kipp zylinder zum Abladen bzw. Vorkippen und Rückkippen der Anbrin gung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Abfühlen der Positionen der Hub- und Kippzylinder und Erzeugung von jeweiligen Werkzeugpositionssignalen;
Abfühlen der Position des Steuerhebels und Erzeugung eines Bedie nerbefehlssignals; Empfang der Werkzeugpositionssignale und des Bedienerbefehlssignals;
Vergleich der Relativpositionen des Auslegers und der Anbringung mit einer vorbestimmten Grenzposition;
Verringerung des Bedienerbefehlssignals ansprechend auf die Rela tivpositionen des Auslegers und der Anbringung mit dem vorbe stimmten Grenzzustand und Erzeugung eines elektrischen Ventilsi gnals basierend auf dem verringerten Bedienerbefehlssignal; und
Aufnahme des elektrischen Ventilsignals und steuerbares Liefern ei nes Hydraulikströmungsmittelflusses zu den jeweiligen Hydraulikzylin dern ansprechend auf die Relativpositionen des Auslegers und der Anbringung im Vergleich zu der vorbestimmen Grenzposition.

18. Verfahren nach Anspruch 17, das die Schritte aufweist, einen Skalie rungswert auf einer Nachschautabelle ansprechend auf die jeweiligen Hub- und Kippzylinderpositionen auszuwählen, den Skalierungswert mit der Größe des Bedienerbefehlssignals zu multiplizieren und darauf ansprechend das elektrische Ventilsignal mit einer Größe gleich dem Produkt der Multiplikation zu erzeugen.

19. Verfahren nach Anspruch 17, das den Schritt aufweist, die Bewegung von dem Ausleger und/oder der Anbringung zu stoppen, wenn die Relativposition im wesentlichen gleich der vorbestimmten Grenzpositi on ist.