DE102007039105B4

DE102007039105B4 - Hubwerk und Verfahren zum Steuern eines Hubwerkes

Info

Publication number: DE102007039105B4
Application number: DE102007039105A
Authority: DE
Inventors: Martin Raadkjaer Jorgensen; Rudi Thomsen
Original assignee: Sauer Danfoss ApS
Current assignee: Danfoss Power Solutions ApS
Priority date: 2007-08-18
Filing date: 2007-08-18
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2027-08-19
Also published as: DE102007039105A1; US8356544B2; US20090045017A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Hubwerks und ein Hubwerk, wobei der Hubvorgang durch Druckbeaufschlagung mindestens eines einseitig betätigbaren Hubzylinders und der Senkvorgang durch Entlastung erfolgt. Die Senkgeschwindigkeit wird dabei durch einen veränderbaren Strömungswiderstand in der Arbeitsleitung beeinflusst. Um eine lastunabhängige Senkgeschwindigkeit zu erhalten, wird der Strömungswiderstand in Abhängigkeit von mindestens einem Lastsignal bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Hubwerks, wobei der Hubvorgang durch Druckbeaufschlagung mindestens eines Hubzylinders und der Senkvorgang durch Entlastung erfolgt und eine Beeinflussung der Senkgeschwindigkeit mit Hilfe eines veränderbaren Strömungswiderstandes erfolgt, wobei der Strömungswiderstand in Abhängigkeit von mindestens einem Lastsignal bestimmt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Hubwerk, das mindestens einen einseitig betätigbaren Hydraulikzylinder aufweist, der an eine Arbeitsleitung angeschlossen ist, wobei der Strömungswiderstand der Arbeitsleitung veränderbar ist und das Hubwerk mindestens einen Lastsensor aufweist, wobei der Strömungswiderstand von einem Lastsignal des Lastsensors abhängig ist.
Hubwerke werden oft bei Arbeitsmaschinen eingesetzt und dienen dann als Befestigung für Arbeitsgeräte. Bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen, wie beispielsweise Traktoren, werden die Hubwerke auch als Ackerschiene bezeichnet. An ihnen kann landwirtschaftliches Gerät, wie beispielsweise ein Pflug, befestigt werden, das mit Hilfe des Hubwerkes auf- und abwärts bewegt werden kann. Mit Hilfe des Hubwerkes wird also die vertikale Position eines Arbeitsgeräts festgelegt.
Hubwerke weisen in der Regel mindestens einen einseitig betätigbaren Hydraulikzylinder auf, der mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, wobei die Steuerung in Abhängigkeit von verschiedenen Messsignalen und Vorgaben durch Bedienpersonal erfolgt.
Durch Druckbeaufschlagung des Hydraulikzylinders wird beispielsweise ein am Hubwerk befestigtes Arbeitsgerät angehoben. Das Absenken erfolgt dann durch Druckentlastung des Hydraulikzylinders aufgrund der Wirkung der Schwerkraft, wobei die Senkgeschwindigkeit z. B. von der Masse des Arbeitsgeräts und eventueller Reibkräfte abhängig ist. Zur Begrenzung der Senkgeschwindigkeit werden feste oder regelbare Ventile oder auch Drosseln in eine Arbeitsleitung des Hydraulikzylinders eingesetzt, durch die Flüssigkeit während des Senkens strömt.
In der Regel ist es wünschenswert, die Position des Arbeitsgeräts beizubehalten. Beispielsweise wird bei einem Bodenbearbeitungsgerät eine durch den Fahrer vorgegebene Eindringtiefe des Bearbeitungsgeräts bei der Steuerung berücksichtigt. Allerdings soll das Einhalten der vorgegebenen Eindringtiefe des Bearbeitungsgeräts nicht dazu führen, dass sich der Traktor festfährt.
Aus US 4 518 044 A ist beispielsweise eine Steuerung bekannt, bei der neben der durch den Fahrer vorgegebenen Eindringtiefe des Bearbeitungsgeräts auch der Schlupf der Antriebsräder, die Umlaufgeschwindigkeit des Motors und die Zugkraft des Bearbeitungsgeräts bei der Steuerung berücksichtigt werden. Die Zugkraft des Bearbeitungsgeräts wird mit Hilfe von Kraftsensoren ermittelt, die am Hubwerk angeordnet sind. Die Hebe- und Senkgeschwindigkeiten werden dabei dadurch gesteuert, dass mit entsprechender Geschwindigkeit unterschiedliche Sollpositionen vorgegeben werden. Eine Erfassung der tatsächlichen Hebe- und Senkgeschwindigkeit findet dabei nicht statt.
Dies kann dazu führen, dass vor allem die Senkgeschwindigkeit von der gewünschten Geschwindigkeit abweicht. Bei einem leichten Bearbeitungsgerät kann es aufgrund vorhandener Reibkräfte vorkommen, dass das Arbeitsgerät beim Absenken den vorgegebenen Sollpositionen nicht folgen kann, sich also langsamer bewegt als vorgesehen. Bei schwerem Arbeitsgerät kann es nun vorkommen, dass die Istposition der Sollposition vorauseilt, sich das Bearbeitungsgerät also schneller als beabsichtigt bewegt.
Bei Bodenbearbeitungsgeräten besteht zusätzlich das Problem, dass die Wirkung der Schwerkraft größtenteils aufgehoben wird, wenn das Gerät Kontakt mit der Erdoberfläche bekommt. Vor allem bei schwerem Bearbeitungsgerät wird der Benutzer in der Regel die Drossel oder das Ventil in der Arbeitsleitung teilweise geschlossen haben, um die Senkgeschwindigkeit zu begrenzen. Bei langsamer Senkgeschwindigkeit und/oder bei leichtem Arbeitsgerät kann es jedoch vorkommen, dass die Schwerkraft nicht mehr ausreicht, das Gerät entgegen den Reibkräften des Systems und den der Schwerkraft entgegengerichteten Kräften des Untergrunds in den Untergrund abzusenken.
Bekanntermaßen wird dieses Problem durch den Benutzer dadurch gelöst, dass er die Senkgeschwindigkeit erhöht, also die Drossel oder das Ventil in der Arbeitsleitung weiter öffnet, sobald das Arbeitsgerät auf dem Untergrund aufsetzt. Damit erfolgt eine weitere Entlastung des Hydraulikzylinders, wodurch die Kräfte reduziert werden, die dem Eindringen des Arbeitsgeräts in den Untergrund entgegenstehen.
Ebenfalls ist bekannt, die Steuerung mit einer sogenannten Schnelleinzugsfunktion zu versehen, welche es dem Fahrer ermöglicht, bei Kontakt des Arbeitsgeräts mit dem Untergrund einen Schalter zu betätigen, worauf die Steuerung beispielsweise eine Ventilblende maximal öffnet und so den Hydraulikzylinder vollständig entlastet. Diese Lösungen sind jedoch wenig komfortabel und können unter Umständen den Fahrer ablenken.
Um bei Arbeitsgeräten mit unterschiedlicher Masse bzw. Gewicht des Arbeitsgeräts gleiche Senkgeschwindigkeiten zu erhalten, ist es beispielsweise aus US 5 684 691 A bekannt, einen Parameter zu ermitteln, der zum Gewicht des Arbeitsgeräts proportional ist. Das Gewicht des Arbeitsgeräts wird dabei bei stillstehendem Fahrzeug und angehobenem Arbeitsgerät durch Wiegen ermittelt. Abhängig vom ermittelten Gewicht wird das Arbeitsgerät in Kategorien eingeteilt. Die Sollvorgaben für Hebe- oder Senkgeschwindigkeit erfolgen dann entsprechend der jeweiligen Kategorie. Diese Lösung hat die Nachteile, dass die Senkgeschwindigkeit bei Kontakt des Arbeitsge räts mit dem Untergrund erheblich reduziert wird und dass bei jedem Wechsel des Arbeitsgeräts ein Wiegevorgang durchgeführt werden muss.
Es ist auch bekannt, beispielsweise aus US 4 571 500 A und EP 0 414 279 A2 , die Senkgeschwindigkeit zu ermitteln und die Steuerung entsprechend anzupassen. Dadurch kann die Senkgeschwindigkeit unabhängig vom Gewicht des Arbeitsgeräts gesteuert werden. Die tatsächliche Senkgeschwindigkeit wird durch Differenzieren von Positionssignalen ermittelt. Bei fehlerhaften Positionssignalen kann es dabei leicht zu Funktionsstörungen kommen, wobei durch das Differenzieren der Einfluss derartiger Störungen erhöht wird. Da die Steuerung der Senkgeschwindigkeit parallel zur Steuerung der Position des Arbeitsgeräts erfolgt, können Instabilitäten, wie beispielsweise Schwingungen, hervorgerufen werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Hubwerk und ein Verfahren zum Steuern des Hubwerks bereitzustellen, womit eine im Wesentlichen lastunabhängige Senkgeschwindigkeit erzielbar ist und wobei die oben genannten Nachteile nicht auftreten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass aus dem Lastsignal eine Vertikallast ermittelt wird, wobei bei einer Vergrößerung der Vertikallast der Strömungswiderstand vergrößert wird und bei einer Verkleinerung der Vertikallast verringert wird.
Der Strömungswiderstand wird beispielsweise durch eine Änderung des Strömungsquerschnitts beeinflusst. Wird der Strömungswiderstand nun in Abhängigkeit von einem Lastsignal festgelegt, wird gleichzeitig die Absenkgeschwindigkeit definiert. Dabei kann die Senkgeschwin digkeit unabhängig vom Gewicht des Arbeitsgeräts konstant gehalten werden. Erfolgt ein Kontakt des Arbeitsgeräts mit dem Untergrund, ist dies anhand des Lastsignals zu erkennen. Durch eine Anpassung des Strömungswiderstands ist dabei eine automatische Steuerung derart möglich, beispielsweise durch Verringerung des Strömungswiderstands, dass das Arbeitsgerät in den Boden eindringt. Die Steuerung des Strömungswiderstands anhand des Lastsignals kann allerdings beispielsweise durch Benutzervorgaben überlagert werden. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn der Fahrer eine geringere Absenkgeschwindigkeit vorgibt. Bei einer übergeordneten Positionsregelung bestimmt der in Abhängigkeit vom Lastsignal ermittelte Strömungswiderstand z. B. den kleinsten zugelassenen Strömungswiderstand. Sobald das Arbeitsgerät dann Kontakt mit dem Untergrund bekommt, wird das anhand des Lastsignals registriert und es erfolgt ebenfalls automatisch eine entsprechende Verringerung des Strömungswiderstands.
Dabei wird aus dem Lastsignal eine Vertikallast berechnet. Aus dem Lastsignal wird dabei ein Wert gebildet oder gegebenenfalls berechnet, der im Wesentlichen der Vertikallast entspricht. Die Senkgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts wird hauptsächlich von der Vertikallast beeinflusst. Steht nun die Vertikallast zur Verfügung, kann auf dieser Grundlage eine einfache Steuerung der Senkgeschwindigkeit erfolgen, wobei der Einfluss weiterer Größen unberücksichtigt bleiben kann.
Bei einer Vergrößerung der Vertikallast wird der Strömungswiderstand vergrößert und bei einer Verkleinerung der Vertikallast verringert. Bei spielsweise geschieht dies dadurch, dass bei einer Vergrößerung der Vertikallast der Strömungsquerschnitt verringert wird bzw. bei einer Verringerung der Vertikallast vergrößert wird. Durch eine Vergrößerung des Strömungswiderstands bei einer Vergrößerung der Vertikallast wird der Hubzylinder geringer entlastet, wodurch zum Erzielen der gleichen Senkgeschwindigkeit eine größere Kraft benötigt wird. Diese Kraft wird beispielsweise durch ein höheres Gewicht des Arbeitsgeräts erzeugt. Durch eine entsprechende Steuerung wird die Wirkung des höheren Gewichts durch entsprechende Vergrößerung des Strömungswiderstands aufgehoben. Damit erfolgt eine lastunabhängige Steuerung der Senkgeschwindigkeit.
Vorzugsweise wird das Lastsignal von einem Kraftsensor erzeugt, der zur Ermittlung einer Zugkraft dient. Ein derartiger Kraftsensor ist bei herkömmlichen Hubwerken in der Regel bereits vorhanden, da die Zugkraft ein wesentlicher Parameter zur Bestimmung der Eindringtiefe des Arbeitsgeräts bzw. zur Feststellung der Gefahr des Festfahrens ist. Wird nun das Lastsignal ebenfalls von dem Kraftsensor erzeugt, kann das erfindungsgemäße Verfahren kostengünstig angewendet werden, da kein zusätzlicher Sensor erforderlich ist.
Bevorzugterweise wird der Strömungswiderstand durch eine erste Ventileinrichtung verändert. Eine Ventileinrichtung kann beispielsweise durch ein Ventilelement mit einem Ventilsitz gebildet werden. Denkbar ist aber auch eine Drossel oder Blende. Die Ventileinrichtung wird beispielsweise im Abflussstrom des Hubzylinders eingefügt. Durch diese Elemente erfolgt eine Beeinflus sung des Strömungsquerschnitts und damit des Strömungswiderstands. Die Steuerung der Ventileinrichtung kann dann z. B. derart erfolgen, dass ein vorgewählter Strömungswiderstand nicht unterschritten werden kann. Bei bereits vorhandenen regelbaren Ventileinrichtungen kann eine derartige Steuerung auch ohne Probleme nachträglich implementiert werden. Dies kann z. B. in der Software oder Hardware einer elektrischen Steuereinheit durch eine Begrenzung des Steuersignals an das regelbare Ventil oder durch Multiplikation des Steuersignals mit einer Konstanten erfolgen. Das Verfahren kann dadurch auch zur Verbesserung der Lastunabhängigkeit von bekannten Verfahren bzw. Systemen eingesetzt werden, die Einfluss auf die Position des Hubwerks nehmen, wie beispielsweise Verfahren zur Vermeidung des Festfahrens des Traktors, zur Regelung des Schlupfes an den Antriebsrädern, zur Regelung der Eindringtiefe von Arbeitsgeräten oder zur aktiven Schwingungsdämpfung bei Transportfahrten.
Dabei ist besonders bevorzugt, dass die Berechnung der Vertikallast und die Steuerung der Ventileinrichtung durch eine Steuereinrichtung erfolgt. Die Anzahl einzelner Komponenten wird so reduziert. Eine störanfällige Übertragung beispielsweise der berechneten Vertikallast von einer Steuerung zur Steuerung einer Ventileinrichtung wird ebenfalls vermieden.
Vorzugsweise wird das Lastsignal und/oder die berechnete Vertikallast einer Tiefpassfilterung unterzogen. Da in der Regel keine hohen Anforderungen an die Schnelligkeit der Regelung bestehen, kann so einfach eine stabile Regelung erfolgen. Eventuelle Störungen werden dabei durch die Tiefpassfilterung beseitigt, ohne einen ungewünschten Einfluss auf die Regelung zu haben.
Vorzugsweise wird der Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit von der Vertikallast und einer Soll-Senkgeschwindigkeit berechnet. Die Berechnung erfolgt beispielsweise in der Steuereinrichtung, die eine entsprechende Bewegung des Ventilelements veranlasst. Dadurch wird eine im Wesentlichen lastunabhängige Senkgeschwindigkeit erreicht.
Bevorzugterweise ist die Senkgeschwindigkeit über ein Bedienelement beeinflussbar. Über ein derartiges Bedienelement kann beispielsweise ein Fahrer mit Hilfe eines einfachen Drehreglers eine Proportionalitätskonstante in der Regelung der Ventilaussteuerung verändern und dadurch die Senkgeschwindigkeit beeinflussen.
Vorzugsweise wird der Hubvorgang mit einer zweiten Ventileinrichtung gesteuert, die der ersten Ventileinrichtung parallelgeschaltet ist. Die Beeinflussung des Strömungswiderstands ist dabei während des Hubvorgangs ohne Einfluss. Während des Hubvorgangs erfolgt damit eine Beaufschlagung des Hubzylinders bei kleinstmöglichem Strömungswiderstand, unabhängig vom Gewicht des Arbeitsgerätes. Dies kann dazu führen, dass leichte Arbeitsgeräte schneller nach oben bewegt werden als schwere Arbeitsgeräte. Dieser Effekt ist in der Regel allerdings erwünscht, da üblicherweise eine möglichst hohe Geschwindigkeit während des Hubvorgangs gefordert wird. Möglich ist aber auch, Lastkompensationsventile vorzusehen, um auch während des Hubvorgangs eine lastunabhängige Steuerung zu erhalten.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Hubwerk der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass es eine Steuereinrichtung aufweist, in der das Lastsignal in eine Vertikallast umrechenbar ist.
Der Strömungswiderstand wird beispielsweise durch den verfügbaren Strömungsquerschnitt bestimmt. Ist dieser nun von einem Lastsignal abhängig, kann eine Veränderung derart erfolgen, dass eine lastunabhängige Senkgeschwindigkeit eingestellt wird. Durch den Strömungsquerschnitt wird dabei die Senkgeschwindigkeit festgelegt. Bei einer Positionsregelung bestimmt der in Abhängigkeit vom Lastsignal ermittelte Strömungswiderstand beispielsweise den kleinsten Widerstand, der während des Absenkens des Hubwerks zugelassen wird.
Dabei weist das Hubwerk eine Steuereinrichtung auf, in der das Lastsignal in eine Vertikallast umrechenbar ist. Eine Vertikallast ist im Wesentlichen vom Gewicht des Arbeitsgeräts abhängig. Ist das Lastsignal nun in eine Vertikallast umrechenbar, ist eine der wesentlichen Einflussgrößen auf die Senkgeschwindigkeit bekannt. Dadurch wird die Steuerung vereinfacht.
Vorzugsweise ist ein Strömungsquerschnitt umgekehrt proportional zur Wurzel aus der Vertikallast. Diese Berechnung stellt keine allzu hohen Forderungen an die Steuereinrichtung. Dadurch ist eine sehr schnelle Reaktion auf Änderungen der Vertikallast möglich.
Vorzugsweise ist in der Arbeitsleitung eine erste Ventileinrichtung angeordnet, die über die Steuereinrich tung steuerbar ist. Eine Ventileinrichtung, beispielsweise ein Ventilelement mit entsprechendem Ventilsitz oder auch eine Drossel oder Blende, ermöglichen eine einfache Beeinflussung des Strömungsquerschnitts und damit des Strömungswiderstands. Durch die Begrenzung der Öffnung kann dabei ohne großen Aufwand der Strömungswiderstand eingestellt werden.
Bevorzugterweise ist der Lastsensor als Kraftsensor ausgebildet. Kräfte können beispielsweise mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen aufgenommen werden. Dabei lässt sich aus der Kraft die herrschende Vertikallast berechnen.
Bevorzugterweise sind durch den Lastsensor vertikale und horizontale Kräfte erfassbar. Dadurch kann mit einem Sensor sowohl die Zugbelastung als auch die vertikale Belastung, die aufgrund des Gewichtes des Arbeitsgeräts auftritt, erfasst werden.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Lastsensor als Drucksensor ausgebildet. Dieser kann beispielsweise in der Arbeitsleitung angeordnet werden. Der Sensor kann so relativ geschützt angeordnet werden. Der Einfluss von Störgrößen ist dabei relativ gering.
Bevorzugterweise weist das Hubwerk eine zweite Ventileinrichtung auf, die zur ersten Ventileinrichtung parallel geschaltet ist, wobei die erste Ventileinrichtung während des Senkvorgangs und die zweite Ventileinrichtung während des Hubvorgangs vom Druckmittel durchströmt wird. Dadurch sind beispielsweise unterschiedliche Strömungswiderstände während des Senkvorgangs und des Hubvorgangs einstellbar. Ein häufiges Umschalten eines einzelnen Ventils ist dabei nicht erforderlich.
Dabei ist besonders bevorzugt, dass die zweite Ventileinrichtung eine Druckwaage aufweist. Dadurch kann auch die Geschwindigkeit während des Hubvorgangs unabhängig vom Gewicht des Arbeitsgeräts gesteuert werden.
Vorzugsweise sind die erste Ventileinrichtung und die zweite Ventileinrichtung als Einheit ausgebildet. Als Einheit bedeutet dabei eine bauliche Einheit. Eine derartige Einheit lässt sich leicht handhaben und befestigen und benötigt relativ wenig Bauraum.
Bevorzugterweise weist das Hubwerk ein Bedienelement für die Steuereinrichtung auf. Über ein derartiges Ventilelement kann ein Benutzer beispielsweise Einfluss auf die aktuelle Senk- oder Hubgeschwindigkeit nehmen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigt die:
einzige Fig. einen Traktor mit Hubwerk.
In der einzigen Figur ist ein Traktor 1 dargestellt, der ein Paar nicht angetriebener Räder 2 und ein Paar angetriebener Räder 3 aufweist. Zum Antrieb der Räder 3 ist ein Motor 4 vorgesehen, dessen Kraft auf eine Hinterachse 5 übertragen wird. Über einen Hebel 6 kann ein nicht dargestellter Fahrer eine gewünschte Geschwindigkeit einstellen. Über einen Sensor 7 wird die Umdrehungszahl des Motors 4 erfasst und an eine Steuerein richtung 8 übermittelt. Ferner ist ein Sensor 9 an der Hinterachse 5 angeordnet, mit dessen Hilfe die Anzahl der Umdrehungen der Hinterachse 5 gemessen wird. Über einen optischen Sensor 10 wird die Geschwindigkeit des Traktors 1 in Bezug zu einem Untergrund 11 erfasst. Diese Daten werden ebenfalls der Steuereinrichtung 8 zur Verfügung gestellt.
Am hinteren Teil des Traktors 1 ist ein Hubwerk 12 angeordnet. Bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen wird das Hubwerk 12 auch häufig als Ackerschiene bezeichnet. Dieses weist ein Dreipunktgestänge mit einem oberen Lenker 13 und einem unteren Lenker 14 auf. Mit Hilfe eines Hubzylinders 15 kann eine vertikale Verstellung des Hubwerks 12 erfolgen. Am Hubwerk 12 können verschiedene Arbeitsgeräte wie beispielsweise ein Pflug befestigt werden. Die aktuelle vertikale Position des Hubwerks 12 wird mit einem Positionssensor 16 erfasst und der Steuereinrichtung 8 zur Verfügung gestellt. Der Positionssensor 16 kann beispielsweise als Potentiometer ausgebildet sein.
Der Hubzylinder 15 steht über eine steuerbare Ventileinrichtung 17 wahlweise mit einem Hochdruckanschluss P oder einem Niederdruckanschluss T in Verbindung. Die Ventileinrichtung 17 wird dabei von der Steuereinrichtung 8 gesteuert. Zum Anheben des Hubwerks 12 wird der Hubzylinder 15 mit der Hochdruckquelle P verbunden, also mit Druckmittel beaufschlagt. Das Absenken erfolgt dagegen durch Entlastung des Hubzylinders 15, indem er mit der Niederdruckseite T verbunden wird. Dabei wird die Wirkung der Schwerkraft ausgenutzt.
Am unteren Lenker 14 des Hubwerks 12 ist ein Lastsensor 18 angeordnet, der üblicherweise nur zum Messen der Zugkräfte von einem Arbeitsgerät genutzt wird. Der Lastsensor erzeugt ein Lastsignal, das an die Steuereinrichtung 8 übermittelt wird. Diese berechnet daraus eine Vertikallast, die vom Arbeitsgerät auf das Hubwerk 12 ausgeübt wird. Dies kann beispielsweise durch Subtraktion einer Kalibrierungskonstanten und anschließender Multiplikation mit einer zweiten Kalibrierungskonstanten erfolgen. Dabei wird die berechnete Vertikallast tiefpassgefiltert, um den Einfluss kurzzeitiger Laständerungen zu verringern. Die Tiefpassfilterung kann beispielsweise mit einer Zeitkonstanten zwischen 3 und 5 Sekunden erfolgen.
Um mit Hilfe des Lastsensors 18, der am unteren Lenker 14 des Hubwerks 12 angeordnet ist, nicht nur ein der Zugkraft entsprechendes Signal erzeugen zu können, sondern auch ein Signal, das der vertikalen Last auf das Hubwerk entspricht, sollte der Lastsensor 18 auch in der Lage sein, Druckkräfte zu messen. In diesem Fall wird er auch bei angehobenem Arbeitsgerät ein Lastsignal abgeben. Wenn der Lastsensor 18 nullpunktkalibriert ist, reicht eine einfache Vorzeichenabfrage aus, um festzustellen, ob das vom Sensor empfangene Signal eine Zugkraft oder eine Vertikallast darstellt.
Das Lastsignal zur Ermittlung der Vertikallast kann aber auch aus einem Drucksensor gewonnen werden, der beispielsweise in einer Arbeitsleitung 19 angeordnet ist, die den Hubzylinder 15 mit der Ventileinrichtung 17 verbindet.
Anhand des Lastsignals wird in der Steuereinrichtung 8 ein Strömungswiderstand berechnet, der während des Senkvorgangs dem Druckmittel entgegensteht, das aus dem Hubzylinder 15 zum Niederdruckanschluss T strömt. Der Strömungswiderstand kann dabei mit Hilfe der Ventileinrichtung 17 verändert werden, indem diese einen mehr oder weniger großen Strömungsquerschnitt freigibt. Ein großer offener Strömungsquerschnitt bedeutet bei gleichbleibenden Kräften ein schnelleres Absenken als ein kleinerer Strömungsquerschnitt. Bei einer Änderung der wirkenden Kräfte, beispielsweise durch einen Austausch des Arbeitsgeräts, kann nun durch entsprechende Anpassung des Strömungsquerschnitts erreicht werden, dass die Senkgeschwindigkeit konstant bleibt. Diese Anpassung erfolgt dabei automatisch mit Hilfe des Lastsignals und der Steuereinrichtung 8.
Eine Änderung der wirkenden Kräfte erfolgt auch beim Aufsetzen des Arbeitsgeräts auf dem Untergrund 11. Die Vertikallast wird dadurch merklich verringert. Um ein weiteres Absenken des Arbeitsgeräts und damit ein Eindringen in den Untergrund 11 sicherzustellen, steuert die Steuereinrichtung 8 aufgrund des empfangenen Lastsignals die Ventileinrichtung 17 auf, so dass der Hubzylinder weiter entlastet wird.
Bei einem möglichen Ausführungsbeispiel wird der zulässige Strömungsquerschnitt, der die Senkgeschwindigkeit begrenzt, nach der sogenannten Blendenformel berechnet. Der größtmögliche Strömungsquerschnitt ist dabei durch die baulichen Gegebenheiten, wie beispielsweise der Querschnitt der Arbeitsleitung, vorgegeben.
Bei einem Ventil mit linearer Charakteristik wird ein konstanter Druckmittelfluss dadurch erreicht, dass die Aussteuerung des Ventils umgekehrt proportional zur Quadratwurzel des Druckunterschieds über dem Ventil erfolgt.
Der Druck in der Arbeitsleitung 19 zwischen Ventileinrichtung 17 und Hubzylinder 15 ist im Wesentlichen proportional zur Vertikallast. Da der Ausgang der Ventileinrichtung 17 mit dem Niederdruckanschluss T verbunden ist, der in der Regel drucklos ist, ist auch der Druckabfall über der Ventileinrichtung proportional zur Vertikallast.
Ein konstanter Druckmitteldurchfluss und damit eine lastunabhängige Senkgeschwindigkeit kann also dadurch erreicht werden, dass die Ventilaussteuerung umgekehrt proportional zur Wurzel aus der Vertikallast erfolgt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann eine von einem Bediener über das Bedienelement 20 eingestellte Reduzierung der Senkgeschwindigkeit beim Aufsetzen des Arbeitsgeräts auf den Boden aufgehoben werden, indem die Ventileinrichtung voll aufgesteuert wird. Dadurch kann das gesamte Gewicht des Arbeitsgeräts für das Eindringen in den Untergrund genutzt werden. Falls der Kontakt zum Untergrund gestört wird, was beispielsweise beim Fahren über unebenen Untergrund passieren kann, erfolgt eine wesentlich schnellere Absenkung des Hubwerks, als es vom Bediener vorgegeben wurde.
Wird im Zweifelsfall, z. B. beim Einschalten der Steuereinrichtung, immer eine hohe Vertikallast angenommen, also bei einer konservativen Auslegung der Steuerung, bestehen keine hohen Anforderungen an die Schnelligkeit der Regelung. Dadurch ist es relativ einfach, eine stabile Regelung zu erhalten. Um eventuelle Störungen zu beseitigen, kann eine Tiefpassfilterung des Lastsignals und/oder der berechneten Vertikallast erfolgen. Die Anwendung einer Tiefpassfilterung kann eine verzögerte Reaktion der Regelung auf neue Gegebenheiten hervorrufen. Dieser Effekt kann beispielsweise durch die Implementierung einer Mindest-Vertikallast gemildert werden. Die Mindest-Vertikallast wird mit Rücksicht auf das Bediengefühl gewählt und kann z. B. 3%, 5% oder 7% der Nennlast betragen. Bei einem Hubwerk mit 10 Tonnen Nennlast entspricht dies 300 kg, 500 kg bzw. 700 kg. Durch die Mindest-Vertikallast wird so der maximal einstellbare Strömungsquerschnitt festgelegt.
Die Ventileinrichtung 17 kann als elektrisch regelbares Ventil ausgebildet sein. Dabei kann die Ventileinrichtung eine lastunabhängige Steuerung der Hebegeschwindigkeit aufweisen. Eine derartige Ventileinrichtung ist beispielsweise aus US 6 971 407 B2 bekannt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch Nachrüstung einer entsprechenden steuerbaren Ventileinrichtung 17 ohne großen Aufwand bei bestehenden Systemen angewendet werden. Diese Ventileinrichtung kann ein Ventil mit regelbarer Blende und ein dazu parallel geschaltetes Rückschlagventil aufweisen, wobei diese Ventileinrichtung zwischen einem bestehenden Regelventil und dem Hubwerk angeordnet wird. Die Druckbeaufschlagung des Hubzylinders zum Anheben des Hubwerks erfolgt dann über das Rückschlagventil. Dadurch wird sichergestellt, dass nur während des Senkvorgangs eine Begrenzung des Strö mungsquerschnitts durch die Ventileinrichtung erfolgt. Die Steuerung der Ventileinrichtung erfolgt dann durch eine zusätzliche Steuereinheit, die mit einem geeigneten Lastsensor verbunden wird.
In vielen Fällen ist es wünschenswert, dass der Fahrer einen Einfluss auf die Senk- oder Hebegeschwindigkeit des Hubwerks 12 nehmen kann. Dafür kann ein Bedienelement 20 vorgesehen werden, das beispielsweise einen einfachen Drehregler aufweist, der eine Proportionalitätskonstante in der Regelung der Ventilaussteuerung beeinflusst.
Die Steuereinrichtung 8 überwacht und steuert die Position des Hubwerks 12 unter Berücksichtigung der Signale des Positionssensors 16. Bei dieser Positionssteuerung können neben der Vorgabe des Fahrers auch Signale des optischen Sensors 10 oder des Geschwindigkeitssensors 9 berücksichtigt werden. Häufig ist dabei eine Verstellung der Position des Hubwerks 12 erforderlich, also ein Senken oder Anheben.
Beim Senken sorgt die Steuereinrichtung 8 für eine derartige Ansteuerung der Ventileinrichtung 17, dass eine im Wesentlichen lastunabhängige Senkgeschwindigkeit gewährleistet ist. Beispielsweise kann dabei die Ventilaussteuerung, die proportional zum Strömungsquerschnitt ist, nach der folgenden Formel berechnet werden: D = C × V/√(W/W0), dabei entspricht D der Ventilaussteuerung, C einer Konstanten, V der aktuellen Sollgeschwindigkeit, W der Vertikallast und Wo der minimalen Vertikallast.
Ist die Vertikallast kleiner als die Mindestvertikallast, erfolgt die Berechnung der Ventilaussteuerung nach folgender Formel: D = C × V.
Weist das Ventil eine nicht-lineare Kennlinie auf, müssen diese Formeln entsprechend angepasst werden.
Um sicherzustellen, dass bei Verminderung des Strömungsquerschnitts in jedem Fall ein Druckmittelfluss möglich ist, kann die Ventileinrichtung 17 mit einer sogenannten Totbandkompensierung versehen werden, die dafür sorgt, dass die Ventileinrichtung 17 nur dann vollständig schließt, wenn ein besonderes Steuersignal an sie gesendet bzw. nicht gesendet wird. Ein solches Signal kann z. B. aus der vom Bediener über weitere Bedienelemente gewählten Betriebsart des Hubwerks abgeleitet werden.
Die Erfindung ist bei diesem Ausführungsbeispiel anhand eines Traktors erläutert worden. Sie ist jedoch auch bei anderen Fahrzeugen und anders ausgebildeten Hubwerken, die beispielsweise mehrere Hubzylinder aufweisen, anwendbar. Auch die Anordnung des Hubwerks am hinteren Teil des Fahrzeugs ist nur beispielhaft zu verstehen.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Hubwerks, wobei der Hubvorgang durch Druckbeaufschlagung mindestens eines Hubzylinders und der Senkvorgang durch Entlastung erfolgt und eine Beeinflussung der Senkgeschwindigkeit mit Hilfe eines veränderbaren Strömungswiderstands erfolgt, wobei der Strömungswiderstand in Abhängigkeit von mindestens einem Lastsignal bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Lastsignal eine Vertikallast ermittelt wird, wobei bei einer Vergrößerung der Vertikallast der Strömungswiderstand vergrößert wird und bei einer Verkleinerung der Vertikallast verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastsignal von einem Kraftsensor erzeugt wird, der zur Ermittlung einer Zugkraft dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand durch eine erste Ventileinrichtung verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Vertikallast und die Steuerung der Ventileinrichtung durch eine Steuereinrichtung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastsignal und/oder die berechnete Vertikallast einer Tiefpassfilterung unterzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit von der Vertikallast und einer Soll-Senkgeschwindigkeit berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Senkgeschwindigkeit über ein Bedienelement beeinflussbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubvorgang mit einer zweiten Ventileinrichtung gesteuert wird, die der ersten Ventileinrichtung parallel geschaltet ist.
Hubwerk, das mindestens einen einseitig betätigbaren Hydraulikzylinder aufweist, der an eine Arbeitsleitung angeschlossen ist, wobei der Strömungswiderstand der Arbeitsleitung veränderbar ist und das Hubwerk mindestens einen Lastsensor aufweist, wobei der Strömungswiderstand von einem Lastsignal des Lastsensors abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Steuereinrichtung (8) aufweist, in der das Lastsignal in eine Vertikallast umrechenbar ist.
Hubwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand umgekehrt proportional zur Wurzel aus der Vertikallast ist.
Hubwerk nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Arbeitsleitung (19) eine erste Ventileinrichtung (17) angeordnet ist, die über die Steuereinrichtung (8) steuerbar ist.
Hubwerk nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastsensor (18) als Kraftsensor ausgebildet ist.
Hubwerk nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Lastsensor (18) vertikale und horizontale Kräfte erfassbar sind.
Hubwerk nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastsensor (18) als Drucksensor ausgebildet ist.
Hubwerk nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zweite Ventileinrichtung aufweist, die zur ersten Ventileinrichtung (17) parallel geschaltet ist, wobei die erste Ven tileinrichtung (17) während des Senkvorgangs und die zweite Ventileinrichtung während des Hubvorgangs von Druckmittel durchströmt wird.
Hubwerk nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ventileinrichtung eine Druckwaage aufweist.
Hubwerk nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinrichtung (17) und die zweite Ventileinrichtung als Einheit ausgebildet sind.
Hubwerk nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Bedienelement (20) für die Steuereinrichtung (8) aufweist.