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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein hydraulisches
Steuersystem und insbesondere auf ein konfigurierbares hydraulisches Steuersystem.
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Hintergrund
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Arbeitsmaschinen,
wie beispielsweise Bagger, Lader, Dozer, Motor-Grader und andere
Arten von schweren Maschinen verwenden mehrere hydraulische Betätigungsvorrichtungen,
um eine Vielzahl von Aufgaben auszuführen. Diese Betätigungsvorrichtungen
sind typischerweise geschwindigkeitsgesteuert, und zwar basierend
auf einer Betätigungsposition
einer Bedienerschnittstellenvorrichtung. Beispielsweise kann eine
Bedienerschnittstellenvorrichtung, wie beispielsweise ein Joystick
bzw. ein Steuerhebel, ein Pedal oder irgend eine andere geeignete Bedienerschnittstellenvorrichtung,
bewegbar sein, um ein Signal zu erzeugen, welches eine erwünschte Geschwindigkeit
einer assoziierten hydraulischen Betätigungsvorrichtung anzeigt.
Wenn ein Bediener die Schnittstellenvorrichtung bewegt, erwartet
der Bediener, dass die hydraulische Betätigungsvorrichtung sich mit
einer assoziierten vorbestimmte Geschwindigkeit bewegt. Jedoch wird
diese vorbestimmte Geschwindigkeit während der Herstellung der Arbeitsmaschine
eingestellt, im Allgemeinen ohne dass eine Last auf die hydraulische
Betätigungsvorrichtung
aufgebracht wird. Während
des Betriebs der Arbeitsmaschine, wenn eine Last, die auf die hydraulische
Betätigungsvorrichtung
aufgebracht wird, leicht ist, kann die hydraulische Betätigungsvorrichtung
sich mit einer Geschwindigkeit bewegen, die im Wesentlichen zu der
vom Bediener erwarteten Geschwindigkeit passt. Wenn jedoch die Last,
die gegen die hydraulische Betätigungsvorrichtung
aufgebracht wird, schwer ist, kann die hydraulische Betätigungsvorrichtung
sich mit einer langsameren und unerwarteten oder unerwünschten
Geschwindigkeit bewegen. Versuche zur Steuerung der Geschwindigkeit
der hydraulischen Betätigungsvorrichtung
ungeachtet der Belastung haben ruckartige oder sprunghafte Bewegungen
der hydraulischen Betätigungsvorrichtung
zur Folge gehabt.
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Ein
Verfahren zur Verbesserung der Vorhersagbarkeit der Geschwindigkeit
einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung,
während
gleichzeitig ein sanfter Betrieb der hydraulischen Betätigungsvorrichtung
vorgesehen wird, wird im US-Patent 5 784 945 (dem '945-Patent), ausgegeben
an Krone und Andere am 28. Juli 1998, beschrieben. Das '945-Patent beschreibt
eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Ventiltransformationskurve
in einem Arbeitsmaschinenströmungsmittelsystem.
Das Strömungsmittelsystem
weist eine Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
mit einem Ventil auf, welches angeordnet ist, um eine Bewegung einer
Last einzuleiten. Eine erwünschte
Geschwindigkeit wird durch eine Laststeuereingabevorrichtung bestimmt,
und eine Charakteristik einer aufgebrachten Last (ein Gewicht oder
eine Position) wird bestimmt. Eine Ventiltransformationskurve wird
dann erzeugt, um die erwünschte
Geschwindigkeit basierend auf der Charakteristik der aufgebrachten
Last zu erhalten.
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Obwohl
die Vorrichtung des '945-Patentes die
Vorhersagbarkeit der Geschwindigkeit der Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
unter gewissen Klassifikationen der Lasten verbessern kann, bietet
die Vorrichtung des '945-Patentes keine Flexibilität, wenn
man mit unterschiedlichen Arbeitswerkzeugen arbeitet, die an der
gleichen Arbeitsmaschine anzubringen sind, oder wenn unterschiedliche
Bediener die Arbeitsmaschine steuern. Beispielsweise kann ein Arbeitswerkzeug
optimal unter einer anderen Beziehung von Eingabevorrichtungsposition, Last
und Befehlsgeschwindigkeit im Vergleich zu einem anderen Werkzeug
funktionieren, das an der gleichen Arbeitsmaschine anzubringen ist.
Weiter kann ein Arbeitsmaschinenbediener eine andere Beziehung zwischen
Eingabevorrichtungsposition, Last und Befehlsgeschwindigkeit bevorzugen
oder erwarten als ein anderer Arbeitsmaschinenbediener. Die Vorrichtung
des '945-Patentes
gestattet nicht, dass die Beziehung zwischen Eingabevorrichtungsposition,
Last und Befehlsgeschwindig keit für unterschiedliche Konfigurationen
von angebrachten Arbeitswerkzeugen oder gemäß der Vorliebe eines Bedieners modifiziert
oder ausgewählt
wird.
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Das
offenbarte Hydrauliksteuersystem ist darauf gerichtet, eines oder
mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Hydrauliksteuersystem
für eine
Arbeitsmaschine mit einer Vielzahl von entfernbar anzubringenden
Arbeitswerkzeugen gerichtet. Das Steuersystem weist eine Werkzeugerkennungsvorrichtung
auf, die konfiguriert ist, um ein Erkennungssignal entsprechend
jedem der entfernbar anzubringenden Arbeitswerkzeuge zu erzeugen,
und mindestens eine Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung, die
konfiguriert ist, um mindestens eines der Vielzahl von entfernbar
anzubringenden Arbeitswerkzeugen zu bewegen. Das Steuersystem weist
auch mindestens einen Strömungsmittelsensor
auf, der konfiguriert ist, um ein Lastsignal zu erzeugen, und mindestens
eine Bedienerschnittstellenvorrichtung, die konfiguriert ist, um
ein erwünschtes
Geschwindigkeitssignal zu erzeugen. Das Steuersystem weist weiter eine
Steuervorrichtung in Verbindung mit der Werkzeugerkennungsvorrichtung,
der mindestens einen Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung,
dem mindestens einen Strömungsmittelsensor
und der mindestens einen Eingabevorrichtung auf. Die Steuervorrichtung
ist konfiguriert, um eine Strömungsmittelbetätigungsvorrichtungsgeschwindigkeit
ansprechend auf das Erkennungssignal, das Lastsignal und das Soll-Geschwindigkeitssignal
anzuweisen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren
zum Betrieb einer Arbeitsmaschine mit einer Vielzahl von entfernbar
anzubringenden Arbeitswerkzeugen gerichtet. Das Verfahren weist
auf, eine Eingangsgröße aufzunehmen,
die eine erwünschte
Geschwindigkeit bzw. Soll-Geschwindigkeit von mindestens einer Strömungsmittelbetätigungsvor richtung
aufzunehmen, die mit mindestens einem der Vielzahl von entfernbar
anzubringenden Arbeitswerkzeugen assoziiert ist, und ein Soll-Geschwindigkeitssignal
zu erzeugen. Das Verfahren weist auch auf, ein Erkennungssignal
zu erzeugen, welches anzeigt, welches von der Vielzahl von entfernbar
anzubringenden Arbeitswerkzeugen an der Arbeitsmaschine angebracht
ist. Das Verfahren weist weiter auf, eine Last auf der mindestens
einen Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
abzufühlen
und ein Lastsignal zu erzeugen. Das Verfahren weist zusätzlich auf,
eine Strömungsmittelbetätigungsvorrichtungsgeschwindigkeit
ansprechend auf das Soll-Geschwindigkeitssignal,
das Erkennungssignal und das Lastsignal anzuweisen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Seitenansicht einer beispielhaften offenbarten
Arbeitsmaschine;
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2 ist
eine schematische Darstellung eines beispielhaften offenbarten Hydrauliksteuersystems
für die
Arbeitsmaschine der 1;
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3 ist
eine bildliche Darstellung einer beispielhaften offenbarten Karte
bzw. eines Kennfeldes, das die Bedienerschnittstellenvorrichtungsposition, die
Hydraulikzylinderbelastung und die Befehlsgeschwindigkeit in Beziehung
setzt.
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Detaillierte
Beschreibung
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1 veranschaulicht
eine beispielhafte Arbeitsmaschine 10. Die Arbeitsmaschine 10 kann
eine feste oder eine mobile Maschine sein, die eine gewisse Art
von Betriebsvorgang ausführt,
der mit einem Industriezweig assoziiert ist, wie beispielsweise Bergbau,
Bau, Ackerbau, Transport oder mit irgend einem anderen in der Technik
bekannten Industriezweig. Die Arbeitsmaschine 10 kann beispielsweise eine
Erdbewegungsmaschine sein, wie beispielsweise ein Bagger, ein Dozer,
ein Lader, ein Baggerlader, ein Motor- Grader, ein Kipplastwagen oder irgend eine
andere Erdbewegungsmaschine. Die Arbeitsmaschine 10 kann
einen Rahmen 12, ein Arbeitswerkzeug 14, das entfernbar
an der Arbeitsmaschine 10 anzubringen ist, eine oder mehrere
hydraulische Betätigungsvorrichtungen 30a–c, die
das Arbeitswerkzeug 14 mit dem Rahmen 12 verbinden,
eine Bedienerschnittstelle 16, eine Leistungsquelle 18 und
mindestens eine Traktionsvorrichtung bzw. Antriebsvorrichtung 20 aufweisen.
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Der
Rahmen 12 kann irgend eine strukturelle Einheit aufweisen,
die die Bewegung der Arbeitsmaschine 10 unterstützt. Der
Rahmen 12 kann beispielsweise einen stationären Basisrahmen
aufweisen, der die Leistungsquelle 18 mit der Traktionsvorrichtung 20 verbindet,
ein bewegbares Rahmenglied eines Verbindungssystems bzw. Gelenkssystems oder
irgend einem anderen in der Technik bekannten Rahmen.
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Zahlreiche
unterschiedliche Arbeitswerkzeuge 14 können an einer einzigen Arbeitsmaschine
anzubringen sein und können über die
Bedienerschnittstelle 16 steuerbar sein. Das Arbeitswerkzeug 14 kann
irgend eine Vorrichtung aufweisen, die verwendet wird, um eine spezielle
Aufgabe auszuführen,
wie beispielsweise eine Schaufel, eine Gabelanordnung, ein Schild,
einen Löffel,
einer Reißvorrichtung,
eine Lademulde, eine Kehrvorrichtung, ein Schneegebläse (Schneefräse), eine
Antriebsvorrichtung, eine Schneidvorrichtung, eine Greifvorrichtung
oder irgend eine andere in der Technik bekannte, eine Aufgabe ausführende,
Vorrichtung. Das Arbeitswerkzeug 14 kann mit der Arbeitsmaschine 10 über einen Schwenkpunkt, über ein
Verbindungssystem, über einen
oder mehrere Hydraulikzylinder, über
einen Motor oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise verbunden
sein. Das Arbeitswerkzeug 14 kann konfiguriert sein, um
in irgendeiner in der Technik bekannten Weise relativ zur Arbeitsmaschine 10 zu
schwenken, zu drehen, zu gleiten, zu schwingen, sich zu heben oder
sich zu bewegen.
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Die
Bedienerschnittstelle 16 kann konfiguriert sein, um eine
Eingangsgröße von einem
Arbeitsmaschinenbediener aufzunehmen, die eine erwünschte bzw.
Soll-Arbeitswerkzeugbewegung anzeigt. Insbesondere kann die Bedienerschnittstelle 16 eine
Bedienerschnittstellenvorrichtung 22 aufweisen, die als
ein Joystick bzw. Steuerhebel mit mehreren Achsen verkörpert ist,
die auf einer Seite einer Bedienerstation gelegen ist. Die Bedienerschnittstellenvorrichtung 22 kann
eine proportionale Steuervorrichtung sein, die konfiguriert ist,
um das Arbeitswerkzeug 14 zu positionieren und/oder zu
orientieren, und um ein Schnittstellenvorrichtungspositionssignal
zu erzeugen, welches eine erwünschte
Geschwindigkeit des Arbeitswerkzeuges 14 anzeigt. Es wird
in Betracht gezogen, dass zusätzliche
und/oder andere Bedienerschnittstellenvorrichtungen in der Bedienerschnittstelle 16 vorgesehen
sein können,
wie beispielsweise Räder,
Knöpfe,
Druck-Zug-Vorrichtungen, Schalter, Pedale und andere in der Technik
bekannte Bedienerschnittstellenvorrichtungen.
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Die
Leistungsquelle 18 kann ein Motor sein, wie beispielsweise
ein Dieselmotor, ein Benzinmotor, ein Erdgasmotor oder irgend ein
anderer in der Technik bekannter Motor. Es wird in Betracht gezogen, dass
die Leistungsquelle 18 alternativ eine andere Leistungsquelle
sein kann, wie beispielsweise eine Brennstoffzelle, eine Leistungsspeichervorrichtung, ein
Elektromotor oder ein Hydraulikmotor oder irgend eine andere in
der Technik bekannte Leistungsquelle.
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Die
Traktionsvorrichtung bzw. Antriebsvorrichtung 20 kann Raupen
aufweisen, die auf jeder Seite der Arbeitsmaschine 10 gelegen
sind (wobei nur eine Seite gezeigt ist). Alternativ kann die Traktionsvorrichtung 20 Räder, Riemen
oder andere Traktionsvorrichtungen aufweisen. Die Traktionsvorrichtung 20 kann
lenkbar sein oder nicht. Es wird in Betracht gezogen, dass die Traktions-
bzw. Antriebsvorrichtung 20 hydraulisch gesteuert, mechanisch
gesteuert, elektronisch gesteuert oder in irgendeiner anderen geeigneten
Weise gesteuert sein kann.
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Wie
in 2 veranschaulicht, kann die Arbeitsmaschine 10 ein
Hydrauliksteuersystem 24 mit einer Vielzahl von Strömungsmittelkomponenten
aufweisen, die zusammenarbeiten, um das Arbeitswerkzeug 14 zu
bewegen.
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Insbesondere
kann das Hydrauliksteuersystems 24 einen Tank 26 aufweisen,
der eine Versorgung bzw. einen Vorrat mit Brennstoff enthält, und eine
Quelle 28, die konfiguriert ist, um das Strömungsmittel
unter Druck zu setzen und das unter Druck gesetzte Strömungsmittel
zu den hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c zu leiten. Während 1 drei
Betätigungsvorrichtungen
abbildet, die als 30a, 30b und 30c bezeichnet
werden, bildet das Hydraulikschema der 2 zu Vereinfachungszwecken
nur einen Zylinder ab. Das Hydrauliksteuersystem 24 kann
auch ein Kopfenden-Versorgungsventil 32,
ein Kopfenden-Ablaufventil 34, ein Stangenenden-Versorgungsventil 36,
ein Stangenenden-Ablaufventil 38, einen Kopfenden-Drucksensor 40,
einen Stangenenden-Drucksensor 42, eine manuelle Eingabevorrichtung 44 und
eine Werkzeugerkennungsvorrichtung 46 aufweisen. Das Hydrauliksteuersystem 24 kann
weiter eine Steuervorrichtung 48 in Verbindung mit den
Strömungsmittelkomponenten
des Hydrauliksteuersystems 24 aufweisen, weiter eine manuelle
Eingabevorrichtung 44 und eine Werkzeugerkennungsvorrichtung 46.
Es wird in Betracht gezogen, dass das Hydrauliksteuersystem 24 zusätzliche
und/oder andere Komponenten aufweisen kann, wie beispielsweise Akkumulatoren,
einschränkende
Zumessöffnungen,
Rückschlagventile, Druckentlastungsventile,
Nachfüllventile,
druckausgleichende Durchlasswege, Temperatursensoren, Positionssensoren
und andere in der Technik bekannte Komponenten. Es wird auch in
Betracht gezogen, dass die Kopfenden- und Stangenenden-Versorgungs-
und -ablaufventile 32–38 anstatt
getrennte unabhängige
Ventile zu sein, alternativ in einem oder mehreren Ventilmechanismen
verkörpert
sein könnten,
die die Ventilfunktionen sowohl für Versorgung bzw. Zulauf als
auch für
Ablauf ausführen.
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Der
Tank 26 kann ein Reservoir bilden, das konfiguriert ist,
um eine Strömungsmittelversorgung bzw.
einen Strömungsmittelvorrat
zu enthalten. Das Strömungsmittel
kann beispielsweise ein extra dafür vorgesehenes hydraulisches Öl, ein Motorschmieröl, ein Getriebeschmieröl oder irgend
ein anderes in der Technik bekanntes Strömungsmittel aufweisen. Ein oder
mehrere Hydrauliksysteme innerhalb der Arbeitsmaschine 10 können Strömungsmittel
vom Tank 26 abziehen und zu ihm zurückleiten. Es wird auch in Betracht gezogen,
dass das Hydrauliksteuersystem 24 mit mehreren getrennten
Strömungsmitteltanks verbunden
sein kann.
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Die
Quelle 28 kann konfiguriert sein, um einen Fluss von unter
Druck gesetztem Strömungsmittel
zu erzeugen, und kann eine Pumpe aufweisen, wie beispielsweise eine
Pumpe mit variabler Verdrängung,
eine Pumpe mit fester Verdrängung
oder irgend eine andere in der Technik bekannte Quelle für unter
Druck gesetztes Strömungsmittel.
Die Quelle 28 kann betriebsmäßig mit der Leistungsquelle 18 der
Arbeitsmaschine 10 verbunden sein, beispielsweise durch
eine Gegenwelle bzw. Keilwelle 50, durch einen (nicht gezeigten)
Riemen, durch eine (nicht gezeigte) elektrische Schaltung oder in
irgend einer anderen geeigneten Weise. Alternativ kann die Quelle 28 indirekt
mit der Leistungsquelle 18 über einen Drehmomentwandler,
eine Getriebebox bzw. ein Getriebegehäuse oder in irgend einer anderen
in der Technik bekannten Art und Weise verbunden sein. Es wird in
Betracht gezogen, dass mehrere Quellen für unter Druck gesetztes Strömungsmittel
verbunden sein können,
um unter Druck gesetztes Strömungsmittel
zu dem Hydrauliksteuersystem 24 zu liefern.
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Die
hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c können Strömungsmittelzylinder
aufweisen, die das Arbeitswerkzeug 14 mit dem Rahmen 12 über eine
direkte Schwenkverbindung, über
ein Verbindungs- bzw. Gelenksystem mit hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c, die
Glieder des Gelenksystems bilden (siehe 1) oder
in irgend einer anderen geeigneten Weise verbinden. Es wird in Betracht
gezogen, dass andere hydraulische Betätigungsvorrichtungen als Strömungsmittelzylinder
alternativ in dem Hydrauliksteuersystem 24 vorgesehen sein
könnten,
wie beispielsweise Hydraulikmotoren oder irgend eine andere in der
Technik bekannte hydraulische Betätigungsvorrichtung. Wie in 2 veranschaulicht,
kann jede der hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c ein Rohr 52 und
eine Kolbenanordnung 54 aufweisen, die in dem Rohr 52 angeordnet
ist. Ein Teil, d. h. das Rohr 52 oder die Kolbenanordnung 54,
kann schwenkbar mit dem Rahmen 12 verbunden sein, während das
andere Teil, d. h. das Rohr 52 oder die Kolbenanordnung 54, schwenkbar
mit dem Arbeitswerkzeug 14 verbunden sein kann. Es wird
in Betracht gezogen, dass das Rohr 52 und/oder die Kolbenanordnung 54 alternativ fest
entweder mit dem Rahmen 12 oder mit dem Arbeitswerkzeug 14 verbunden
sein kann. Jede der hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c kann eine
erste Kammer 56 und eine zweite Kammer 58 aufweisen,
die durch einen Kolbenkopf (Kolbenkrone) 60 getrennt werden.
Die ersten und zweiten Kammern 56, 58 können selektiv
mit unter Druck gesetztem Strömungsmittel
von der Quelle 28 versorgt werden, und können selektiv
mit dem Tank 26 verbunden werden, um zu bewirken, dass
die Kolbenanordnung 54 sich innerhalb des Rohrs 52 verschiebt,
wodurch die effektive Länge
der hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c verändert wird.
Das Ausfahren und das Zurückziehen
der hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c kann
dahingehend wirken, dass es bei der Bewegung des Arbeitswerkzeuges 14 hilft.
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Die
Kolbenanordnung 54 kann die Kolbenkrone bzw. den Kolbenkopf 60 aufweisen,
der axial mit dem Rohr 52 ausgerichtet ist und darin angeordnet
ist, und eine Kolbenstange 62, die mit dem Rahmen 12 oder
mit dem Arbeitswerkzeug 14 zu verbinden ist (siehe 1).
Der Kolbenkopf 60 kann eine erste hydraulische Oberfläche 64 und
eine zweite hydraulische Oberfläche 66 entgegengesetzt
zur ersten hydraulischen Oberfläche 64 aufweisen.
Eine Unausgeglichenheit der Kraft, die durch den Strömungsmitteldruck
auf den ersten und zweiten hydraulischen Oberflächen 64, 66 verursacht
wird, kann eine Bewegung der Kolbenanordnung 54 innerhalb
des Rohrs 52 zur Folge haben. Beispielsweise kann eine
Kraft auf der ersten hydraulischen Oberfläche 64, die größer als
eine Kraft auf der zweiten hydraulischen Oberfläche 66 ist, bewirken,
dass die Kolbenanordnung 54 sich verschiebt, um die effektive
Länge der hydraulischen
Betätigungsvorrichtungen 30a–c zu vergrößern. Wenn
in ähnlicher
Weise eine Kraft auf der zweiten hydraulischen Oberfläche 66 größer ist als
eine Kraft auf der ersten hydraulischen Oberfläche 64, wird sich
die Kolbenanordnung 54 in dem Rohr 52 zurückziehen,
um die effektive Länge
der hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c zu verringern.
Eine Flussrate des Strömungsmittels
in die ersten und zweiten Kammern 56 und 58 hinein
und aus diesen heraus kann eine Geschwindigkeit der hydraulischen
Betätigungsvorrichtungen 30a–c bestimmen,
während
ein Druck des Strömungsmittels
in Kontakt mit den ersten und zweiten hydraulischen Oberflächen 64 und 66 eine
Bestätigungskraft
der hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c bestimmen
kann. Ein (nicht gezeigtes) Dichtungsglied, wie beispielsweise ein
O-Ring, kann mit dem Kolbenkopf 60 verbunden sein, um einen
Strömungsmittelfluss zwischen
einer Innenwand des Rohrs 52 und einer äußeren zylindrischen Oberfläche des
Kolbenkopfes 60 einzuschränken.
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Das
Kopfenden-Versorgungsventil 32 kann zwischen der Quelle 28 und
der ersten Kammer 56 angeordnet sein und konfiguriert sein,
um einen Fluss von unter Druck gesetztem Strömungsmittel zu der ersten Kammer 56 ansprechend
auf eine Befehlsgeschwindigkeit von der Steuervorrichtung 48 zu
regeln. Insbesondere kann das Kopfenden-Versorgungsventil 32 einen
proportionalen federvorgespannten Ventilmechanismus aufweisen, der
elektromagnetbetätigt
ist und konfiguriert ist, um sich zwischen einer ersten Position,
in der Strömungsmittel
in die erste Kammer 56 fließen kann, und einer zweiten Position
zu bewegen, in der ein Strömungsmittelfluss von
der ersten Kammer 56 abgeblockt wird. Das Kopfenden-Versorgungsventil 32 kann
zu irgend einer Position zwischen den ersten und zweiten Positionen
bewegbar sein, um die Flussrate in die erste Kammer 56 zu
variieren, um dadurch die Geschwindigkeit der hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c zu beeinflussen.
Es wird in Betracht gezogen, dass das Kopfenden-Versorgungsventil 32 alternativ hydraulisch
betätigt,
mechanisch betätigt,
pneumatisch betätigt
oder in irgend einer anderen geeigneten Weise betätigt sein
kann. Es wird weiter in Betracht gezogen, dass das Kopfenden-Versorgungsventil 32 konfiguriert
sein kann, um zu gestatten, dass Strömungsmittel von der ersten
Kammer 56 durch das Kopfenden-Versorgungsventil 32 während eines
Regenerationsereignisses fließt,
wenn ein Druck innerhalb der ersten Kammer 56 einen Druck überschreitet,
der von der Quelle 28 zum Kopfenden-Versorgungsventil 32 geleitet
wird.
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Das
Kopfenden-Ablaufventil 34 kann zwischen der ersten Kammer 56 und
dem Tank 26 angeordnet sein und konfiguriert sein, um einen
Strömungsmittelfluss
von der ersten Kammer 56 zum Tank 26 ansprechend
auf die angewiesene Geschwindigkeit bzw. Befehlsgeschwindigkeit
von der Steuervorrichtung 48 zu regeln. Insbesondere kann das
Kopfenden-Ablaufventil 34 einen proportionalen federvorgespannten
Ventilmechanismus aufweisen, der elektromagnetbetätigt ist
und konfiguriert ist, um sich zwischen einer ersten Position, in
der Strömungsmittel
von der ersten Kammer 56 ablaufen kann, und einer zweiten
Position zu bewegen, in der Strömungsmittel
dagegen blockiert wird, aus der ersten Kammer 56 zu fließen. Das
Kopfenden-Ablaufventil 34 kann
zu irgend einer Position zwischen den ersten und zweiten Positionen
bewegbar sein, um die Flussrate aus der ersten Kammer 56 zu
variieren, wodurch die Geschwindigkeit der hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c beeinflusst
wird. Es wird in Betracht gezogen, dass das Kopfenden-Ablaufventil 34 alternativ
hydraulisch betätigt,
mechanisch betätigt,
pneumatisch betätigt
oder in irgend einer anderen geeigneten Weise betätigt wird.
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Das
Stangenenden-Versorgungsventil 36 kann zwischen der Quelle 28 und
der zweiten Kammer 58 angeordnet sein und konfiguriert
sein, um einen Fluss von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
zu der zweiten Kammer 58 ansprechend auf die Befehlsgeschwindigkeit
von der Steuervorrichtung 48 zu regeln. Insbesondere kann
das Stangenenden-Versorgungsventil 36 einen proportionalen
federvorgespannten Ventilmechanismus aufweisen, der elektromagnetbetätigt ist
und konfiguriert ist, um sich zwischen einer ersten Position, in
der Strömungsmittel
in die zweite Kammer 58 fließen kann, und einer zweiten
Position zu bewegen, in der Strömungsmittel
von der zweiten Kammer 58 abgeblockt wird. Das Stangenenden-Versorgungsventil 36 kann zu
irgend einer Position zwischen den ersten und zweiten Positionen
bewegbar sein, um die Flussrate in die zweite Kammer 58 zu
variieren, wodurch die Geschwindigkeit der hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c beeinflusst
wird. Es wird in Betracht gezogen, dass das Stangenenden-Versorgungsventil 36 alternativ
hydraulisch betätigt,
mechanisch betätigt, pneumatisch
betätigt
oder in irgend einer anderen geeigneten Weise betätigt wird.
Es wird weiter in Betracht gezogen, dass das Stangenenden-Versorgungsventil 36 konfiguriert
sein kann, um zu gestatten, dass Strömungsmittel aus der zweiten
Kammer 58 durch das Stangenenden-Versorgungsventil 36 während eines
Regenerationsereignisses fließt, wenn
ein Druck innerhalb der zweiten Kammer 58 einen Druck übersteigt,
der zu dem Stangenenden-Versorgungsventil 36 von der Quelle 28 geleitet wird.
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Das
Stangenenden-Ablaufventil 38 kann zwischen der zweiten
Kammer 58 und dem Tank 26 angeordnet sein und
konfiguriert sein, um einen Strömungsmittelfluss
aus der zweiten Kammer 58 zum Tank 26 ansprechend
auf eine Befehlsgeschwindigkeit von der Steuervorrichtung 48 zu
regeln. Insbesondere kann das Stangenenden-Ablaufventil 38 einen
proportionalen federvorgespannten Ventilmechanismus aufweisen, der
elektromagnetbetätigt
ist und konfiguriert ist, um sich zwischen einer ersten Position,
in der Strömungsmittel
von der zweiten Kammer 58 ablaufen kann, und einer zweiten
Position zu bewegen, in der Strömungsmittel
dagegen abgeblockt wird, aus der zweiten Kammer 58 zu fließen. Das
Stangenenden-Ablaufventil 38 kann zu irgend einer Position
zwischen den ersten und zweiten Positionen bewegbar sein, um die
Flussrate aus der zweiten Kammer 58 zu variieren, wodurch
die Geschwindigkeit der hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c beeinflusst
wird. Es wird in Betracht gezogen, dass das Stangenenden-Ablaufventil 38 alternativ
hydraulisch betätigt,
mechanisch betätigt,
pneumatisch betätigt
oder in irgend einer anderen geeigneten Weise betätigt sein
kann.
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Die
Kopfenden- und Stangenenden-Versorgungs- und -ablaufventile 32–38 können strömungsmittelmäßig verbunden
sein. Insbesondere können die
Kopfenden- und Stangenenden-Versorgungsventile 32, 36 parallel
mit einem gemeinsamen Versorgungsdurchlass 68 verbunden
sein, der sich von der Quelle 28 erstreckt. Die Kopfenden-
und Stangenenden-Ablaufventile 34, 38 können parallel
mit einem gemeinsamen Ablaufdurchlassweg 70 verbunden sein,
der zum Tank 56 führt.
Die Kopfenden-Versorgungs- und -ablaufventile 32, 34 können parallel
mit einem Durchlassweg 72 für die erste Kammer verbunden
sein, um selektiv die erste Kammer 56 ansprechend auf die
Befehlsgeschwindigkeit von der Steuervorrichtung 48 zu
versorgen und ablaufen zu lassen. Die Stangenenden-Versorgungs-
und -ablaufventile 36, 38 können parallel zu einem gemeinsamen
Durchlassweg 74 für
die zweite Kammer angeschlossen sein, um selektiv die zweite Kammer 58 ansprechend
auf die angewiesene Geschwindigkeit bzw. Befehlsgeschwindigkeit
von der Steuervorrichtung 48 zu versorgen und ablaufen
zu lassen.
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Die
Kopfenden- und Stangenenden-Drucksensoren 40, 42 können in
Strömungsmittelverbindung
mit den ersten und zweiten Kammern 56 bzw. 58 sein,
und können
konfiguriert sein, um den Druck des Strömungsmittels innerhalb der
ersten und zweiten Kammern 56, 58 abzufühlen. Die
Kopfenden- und Stangenenden-Drucksensoren 40, 42 können weiter konfiguriert
sein, um ein Hydraulik Betätigungsvorrichtungslastsignal
zu erzeugen, welches die Drücke innerhalb
der ersten und zweiten Kammern 56, 58 anzeigt.
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Die
Werkzeugerkennungsvorrichtung 46 kann konfiguriert sein,
um automatisch ein Erkennungssignal zu erzeugen, welches anzeigt,
welches Arbeitswerkzeug 14 gegenwärtig an der Arbeitsmaschine 10 angebracht
ist, und um dieses Erkennungssignal zu der Steuervorrichtung 48 zu
leiten. Insbesondere kann die Werkzeugerkennungsvorrichtung 46 über eine
Kommunikationsleitung 76 in Verbindung mit der Steuervorrichtung 48 sein.
Die Werkzeugerkennungsvorrichtung 46 kann eine Abtastvorrichtung
bzw. Scannervorrichtung aufweisen, wie beispielsweise einen optischen
Scanner, ein Laserscanner, eine magnetische Abtastvorrichtung oder
irgend eine andere geeignete Abtastvorrichtung (Scanner), die konfiguriert
ist, um einen einzigartigen Identifikationscode zu erkennen, der
mit jedem Arbeitswerkzeuge 14 assoziiert ist. Es wird in
Betracht gezogen, dass der Werkzeugidentifikationscode alternativ
in einer Stecker-Sockel-Anordnung vorgesehen sein könnte, wobei
ein Stiftmuster einzigartig für
ein spezielles Arbeitswerkzeug vorgesehen sein kann, und dazu dienen
kann, das spezielle Arbeitswerkzeug zu identifizieren. Es wird weiter
in Betracht gezogen, dass andere Mittel zur automati schen Identifikation eines
speziellen Arbeitswerkzeuges vorgesehen werden können, wie beispielsweise ein
Schalter, der konfiguriert ist, um einen kodierten Schlüssel mit
magnetischen Informationen oder einen Speicherchip aufzunehmen,
weiter ein Hochfrequenz-Telemetrie-System oder irgend welche anderen
in der Technik bekannten Mittel. Es wird auch in Betracht gezogen,
dass der einzigartige Identifikationscode alternativ manuell von
einem Bediener während
der Anbringung eines Arbeitswerkzeuges 14 eingegeben werden
kann.
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Der
Identifikationsode kann für
die Zwecke der vorliegenden Offenbarung eine Zusammenstellung von
Buchstaben, Zahlen, Symbolen, Impulsen, Spannungspegeln, Strichcodes
oder anderen Anzeigemitteln, Signalen, Magnetfeldern, Schall- oder Lichtwellen
und andere Konfigurationen aufweisen, die ein spezielles Arbeitswerkzeug
darstellen können.
Der Identifikationscode kann die Form von durch Menschen lesbaren
Informationen und von Maschinen lesbaren Informationen oder von
beiden annehmen. Der Identifikationscode kann an dem Arbeitswerkzeug 14 angebracht
sein und kann so angeordnet sein, dass er automatisch von der Werkzeugerkennungsvorrichtung 46 gelesen
wird, wenn das Arbeitswerkzeug 14 an der Arbeitsmaschine 10 angebracht
wird.
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Die
manuelle Eingabevorrichtung 44 kann Mittel zur Aufnahme
von Geschwindigkeitsleistungsinformationen für die hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c aufweisen,
die von einem Bediener der Arbeitsmaschine 10 eingegeben
werden. Diese Mittel zur Aufnahme von Geschwindigkeitsleistungsinformationen
können
beispielsweise eine Tastatur aufweisen, die gestattet, dass die
Geschwindigkeitsinformationen manuell durch einen Bediener eingegeben
werden, weiter einen Schalter, der konfiguriert ist, um einen kodierten
Schlüssel
mit magnetischen Informationen oder einen Speicherchip aufzunehmen,
einen Datenanschluss, der eine Verbindung mit einem Servicewerkzeug
oder einem Computer mit den Geschwindigkeitsleistungsinformationen
gestattet, eine Antenne, die die Aufnahme der Geschwindigkeitsleistungsinformationen
von einer entfernten Stelle gestattet, einen Scanner, der konfiguriert
ist, um kodierte Anzeigemittel mit den Geschwindigkeitsinformationen
zu lesen, oder irgend eine andere Konfiguration, die die Geschwindigkeitsleistungsinformationen
aufnehmen kann. Es wird weiter in Betracht gezogen, dass die Geschwindigkeitsleistungsinformationen
von einem Bildschirmmenü eines
Arbeitsmaschinenanzeigesystems ausgewählt werden können. Die
Geschwindigkeitsleistungsinformationen, die über die manuelle Eingabevorrichtung 44 aufgenommen
werden, können
auf eine spezielle Vorliebe des Bedieners ansprechen, wie die hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c unter
verschiedenen Belastungen arbeiten sollen. Insbesondere kann ein
Bediener eine erste Beziehung zwischen einer Schnittstellenvorrichtungsposition,
einer Belastung und einer angewiesenen Geschwindigkeit bzw. Befehlsgeschwindigkeit
der hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c bevorzugen,
während
ein zweiter Bediener eine zweite Beziehung bevorzugen kann, die
anders als die erste Beziehung ist. Die manuelle Eingabevorrichtung 44 kann
in Verbindung mit der Steuervorrichtung 48 über eine
Kommunikationsleitung 78 sein.
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Die
Steuervorrichtung 48 kann einen einzigen Mikroprozessor
oder mehrere Mikroprozessoren verkörpern, die Mittel zur Steuerung
eines Betriebs des hydraulischen Steuersystems 24 aufweisen. Zahlreiche
kommerziell erhältliche
Mikroprozessoren können
konfiguriert sein, um die Funktionen der Steuervorrichtung 48 auszuführen. Es
sei bemerkt, dass die Steuervorrichtung 48 leicht in einem
allgemeinen Arbeitsmaschinemikroprozessor verkörpert sein könnte, der
zahlreiche Arbeitsmaschinenfunktionen steuern kann. Die Steuervorrichtung 48 kann
einen Speicher, eine sekundäre
Speichervorrichtung, einen Prozessor und viele andere Komponenten
aufweisen, um eine Anwendung laufen zu lassen. Verschiedene andere
Schaltungen können
auch mit der Steuervorrichtung 48 assoziiert sein, wie
beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalkonditionierungsschaltung,
eine Elektromagnettreiberschaltung und andere Arten von Schaltungen.
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Eine
oder mehrere Karten bzw. Kennfelder, die Informationen über die
Schnittstellenvorrichtungsposition, die Strömungsmittelbetätigungsvorrich tungsbelastung
und die Befehlsgeschwindigkeit für
die hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c in Beziehung
setzen, können
im Speicher der Steuervorrichtung 48 gespeichert sein.
Jeder dieser Karten (Kennfelder) kann in Form einer 3D-Tabelle vorliegen.
Wie in der beispielhaften Karte der Beziehungen in 3 können die
Schnittstellenvorrichtungsposition, die Belastung der hydraulischen
Betätigungsvorrichtung
und die Befehlsgeschwindigkeit die drei Koordinatenachsen der Tabelle
bilden. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Informationen über die
Schnittstellenvorrichtungsposition, die Belastung der Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung
und die Befehlsgeschwindigkeit alternativ in getrennten in Beziehung
stehenden zweidimensionalen Tabellen oder in einer oder mehreren
Gleichungen enthalten sein könnten,
die im Speicher der Steuervorrichtung 48 gespeichert sind.
Die Steuervorrichtung 48 kann konfiguriert sein, um dem
Bediener zu gestatten, direkt die Karten bzw. Kennfelder für die Beziehung
zwischen der Schnittstellenvorrichtungsposition, der Belastung und
der Befehlsgeschwindigkeit über
die manuelle Eingabevorrichtung 44 zu modifizieren und/oder
spezifische Karten aus verfügbaren
Beziehungskarten auszuwählen,
die im Speicher der Steuervorrichtung 48 gespeichert sind,
um die Betätigung
der hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c zu beeinflussen.
Es wird in Betracht gezogen, dass die Karten für verschiedene Anwendungen auszuwählen sind,
in denen die Maschine 10 verwendet wird, wie beispielsweise
eine erste Karte, die für das
Graben optimiert ist, eine zweite Karte, die für das Nivellieren bzw. Abziehen
geeignet ist, eine dritte Karte, die für das Auslegen von Rohren geeignet
ist, und für
andere derartige Maschinenanwendungen. Die Beziehungskarten können alternativ
automatisch von der Steuervorrichtung 48 ausgewählt und/oder modifiziert
werden, und zwar ansprechend auf das Erkennungssignal von der Arbeitswerkzeugerkennungsvorrichtung 46,
um die Betätigung
der hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c zu beeinflussen.
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Die
Steuervorrichtung 48 kann konfiguriert sein, um eine Eingabe
von der Bedienerschnittstellenvorrichtung 22 und den Kopfenden-
und Stangenenden-Drucksensoren 40, 42 aufzunehmen
und eine Geschwindigkeit für
die hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c ansprechend
auf die Eingangsgröße und die
Beziehungskarte anzuweisen, die über
die Werkzeugerkennungsvorrichtung 46 und/oder die manuelle
Eingabevorrichtung 44 ausgewählt und/oder modifiziert wurde.
Insbesondere kann die Steuervorrichtung 48 in Verbindung
mit den Kopfenden- und Stangenenden-Versorgungs- und -ablaufventilen 32–38 der
hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c über die
jeweiligen Kommunikationsleitungen 80–86 sein, in Verbindung
mit der Bedienerschnittstellenvorrichtung 22 über eine
Kommunikationsleitung 88, und mit den Kopfenden- und Stangenenden-Drucksensoren 40, 42 über die
Kommunikationsleitungen 90 bzw. 92 in Verbindung
sein. Die Steuervorrichtung 48 kann das Schnittstellenvorrichtungspositionssignal
von der Bedienerschnittstellenvorrichtung 22 aufnehmen,
die Hydraulikbetätigungsvorrichtungsbelastungssignale
von den Kopfenden- und Stangenenden-Drucksensoren 40, 42, und
die ausgewählten
und/oder modifizierten Beziehungskarten aufrufen, die in dem Speicher
der Steuervorrichtung 48 gespeichert sind, um Befehlsgeschwindigkeitswerte
zu bestimmen. Diese Geschwindigkeitswerte können dann für die hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c angewiesenen
werden, was bewirkt, dass die Kopfenden- und Stangenenden-Versorgungs-
und -ablaufventile 32–38 selektiv
die ersten und zweiten Kammern 56, 58 füllen oder
ablaufen lassen, die mit den hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c assoziiert
sind, um die erwünschte
Geschwindigkeit des Arbeitswerkzeuges zu erzeugen.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Das
offenbarte Hydrauliksteuersystem kann auf irgend eine Arbeitsmaschine
anwendbar sein, die eine hydraulischen Betätigungsvorrichtung aufweist, wo
die Vorhersagbarkeit der Geschwindigkeit unter variierenden Belastungen
und variierenden betrieblichen Situationen erwünscht ist. Das offenbarte Hydrauliksteuersystem
kann die Steuerung durch den Bediener verbessern, in dem es die
Belastung einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung und eine
Position einer Bedienerschnittstellenvorrichtung mit einer für die hydraulische
Betätigungsvorrichtung
Befehlsgeschwindigkeit in Beziehung setzt.
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Weiterhin
kann das offenbarte Hydrauliksteuersystem eine Flexibilität vorsehen,
indem es gestattet, dass die Beziehung zwischen der Belastung der
hydraulischen Betätigungsvorrichtung,
der Position der Bedienerschnittstellenvorrichtung und der angewiesenen
Geschwindigkeit bzw. Befehlsgeschwindigkeit modifiziert und/oder
ausgewählt
wird, und zwar gemäß einer
Konfiguration eines angebrachten Arbeitswerkzeuges und/oder der
Vorliebe des Bedieners. Diese verbesserte Flexibilität kann eine
Steigerung der Produktion und des Wirkungsgrades der Arbeitsmaschine
erleichtern. Der Betrieb des Hydrauliksteuersystems 24 wird
nun erklärt.
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Während des
Betriebs der Arbeitsmaschine 10 kann ein Arbeitsmaschinenbediener
die Bedienerschnittstellenvorrichtung 22 manipulieren,
um eine Bewegung des Arbeitswerkzeuges 14 zu erzeugen. Die
Betätigungsposition
der Bedienerschnittstellenvorrichtungen 22 kann in Beziehung
zu einer vom Bediener erwarteten oder erwünschten Geschwindigkeit des
Arbeitswerkzeuges 14 stehen. Die Bedienerschnittstellenvorrichtung 22 kann
ein Positionssignal erzeugen, welches die vom Bediener erwartete
oder erwünschte
Geschwindigkeit während
der Betätigung
durch den Bediener anzeigt, und dieses Positionssignal an die Steuervorrichtung 48 senden.
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Die
Steuervorrichtung 48 kann konfiguriert sein, um eine angewiesene
Geschwindigkeit bzw. Befehlsgeschwindigkeit für die hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c zu bestimmen,
die eine vom Bediener erwartete oder erwünschte Geschwindigkeit unter
variierenden Belastungszuständen
zur Folge hat. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 48 konfiguriert
sein, um ein Bedienerschnittstellenvorrichtungspositionssignal aufzunehmen,
um das Lastsignal von den Kopfenden- und Stangenenden-Drucksensoren 40, 42 aufzunehmen,
und das Bedienerschnittstellenvorrichtungspositionssignal und das
Belastungssignal mit der Beziehungskarte (Kennfelder) vergleichen,
die in dem Speicher der Steuervorrichtung 48 gespeichert
ist, um ein geeignetes Geschwindigkeitsbefehlssignal zu bestimmen. Die
Steuervorrichtung 48 kann dann das Befehlssignal an die
Kopfenden- und Stangenenden-Versorgungs-
und -ablaufventile 32–38 senden,
um den Fluss des unter Druck gesetzten Strömungsmittels in die ersten
und zweiten Kammern 56, 58 hinein und aus diesen
heraus zu regeln, wodurch eine Bewegung der hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 30a–c verursacht
wird, die im Wesentlichen zu der vom Bediener erwarteten oder erwünschten
Geschwindigkeit passt.
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Die
Beziehungskarten, auf die die Steuervorrichtung 48 Bezug
nimmt, um die angewiesene Geschwindigkeit bzw. Befehlsgeschwindigkeit
für die hydraulischen
Betätigungsvorrichtungen 30a–c zu bestimmen,
kann modifiziert werden und/oder aus einer Vielzahl von verfügbaren Karten
bzw. Kennfeldern ausgewählt
werden. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 48 konfiguriert
sein, um das Erkennungssignal von der Werkzeugerkennungsvorrichtung 46 aufzunehmen,
welches anzeigt, welches von den entfernbar anzubringenden Arbeitswerkzeugen 14 gegenwärtig an
der Arbeitsmaschine 10 angebracht ist, und auf eine spezielle
Karte der verfügbaren
Beziehungskarten Bezug zu nehmen und/oder eine spezielle Karte der
verfügbaren
Karten zu modifizieren, bevor die angewiesene Geschwindigkeit bestimmt
wird. Weiterhin kann die Steuervorrichtung 48 einem Bediener
gestatten, manuell eine Karte der verfügbaren Karten auszuwählen und/oder
zu modifizieren, bevor die angewiesene Geschwindigkeit bzw. Befehlsgeschwindigkeit
bestimmt wird.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem offenbarten Hydrauliksteuersystem vorgenommen
werden können.
Andere Ausführungsbeispiele
werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer
praktischen Ausführung des
offenbarten Hydrauliksteuersystems offensichtlich werden. Es ist
beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft
angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und
ihre äquivalenten
Ausführungen
gezeigt wird.