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Die
Erfindung betrifft ein Hubwerk gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Ansteuern eines Hubwerkes.
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Moderne
Traktoren übernehmen neben ihrer herkömmlichen
Aufgabe als Zugmaschine auch die Energieversorgung und Steuerung
von an ein Hubwerk angehängten oder aufgesattelten Geräten.
Diese letztgenannte Funktion wird zum einen von einer Zapfwelle
des Traktors oder von der Arbeitshydraulik wahrgenommen. Bei Traktoren
der mittleren und oberen Leistungsklasse kommen bei der Arbeitshydraulik
zunehmend elektrisch ansteuerbare Wegeventile für die Steuerung
der Arbeitsfunktionen der Anbaugeräte zum Einsatz. Die
Steuerung dieser hydraulischen Funktionen erfolgt üblicherweise über
einen kompakten Steuerblock, bei dem die Steuerung mit allen wesentlichen
Wege- und Regelventilen zu einer Einheit zusammengefasst ist. Ein
derartiger, für die so genannte elektrohydraulische Hubwerksregelung
(EHR) vorgesehener Steuerblock ist beispielsweise im Datenblatt
RD 66 125/09.04 (EHR-Ventile) der Bosch Rexroth AG beschrieben.
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In
der
DE 10 2005
005 314 A1 ist ein doppeltwirkendes Hubwerk beschrieben,
mit dem ein Anbaugerät aktiv in Richtung „Heben"
(Tragen) oder in Richtung „Drücken" (Absenken)
ansteuerbar ist. Der Arbeitsbereich „Tragen" tritt beispielsweise
beim Pflügen oder Grubbern auf. Der Arbeitsbereich „Drücken"
wird beispielsweise beim aktiven Pflugeinziehen oder bei einem Packer
eingestellt. In einer lastfreien Zwischenstellung, in der das Hubwerk
nicht mit einer Kraft beaufschlagt ist, liegt das Arbeitsgerät aufgrund
seines Eigengewichtes auf dem Boden auf. Diese Zwischenstellung
wird in einer Schwimmstellung des Hubwerksventils eingestellt.
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Der
in Richtung „Drücken" wirksame Druck wird bei
der bekannten Lösung über ein proportional verstellbares
Druckbegrenzungsventil anhand der Einstellung des Fahrers und dem
Betriebszustand der EHR begrenzt.
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Bei
einigen Anwendungen, beispielsweise beim Mähen ist eine
Anpassung der Auflagekraft des Gerätes wünschenswert.
So soll beispielsweise ein Mähwerk mit sehr geringer Last
aufliegen, da dadurch die Grasnabe nicht beschädigt wird
und auch eine Kraftstoffeinsparung ermöglicht wird.
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Zur
Regelung eines derartigen Entlastungsdruckes wird in der
DE 36 28 427 A1 und
der
DE 195 41 190
A1 vorgeschlagen, den in Richtung „Tragen" wirksamen
Druck über ein proportional verstellbares Druckbegrenzungsventil
zu begrenzen, so dass der Entlastungsdruck den voreingestellten
Maximaldruck nicht überschreiten kann. Nachteilig bei der
letztgenannten Lösung ist, dass bei dieser Entlastungsdruckregelung
ein großer Druckmittelvolumenstrom über die aufgesteuerte
Zumessblende des Hubwerkventils und über das Druckbegrenzungsventil
zum Tank abströmt und somit zum Einen Druckmittel erwärmt
wird und zum Anderen hydraulische Energie verschwendet wird. Bei
der erstgenannten Druckschrift besteht das Problem, dass ich der
Schneepflug nicht absenken kann und somit der Bodenkontur nicht
folgen kann.
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Es
sind auch Lösungen bekannt, bei denen eine Entlastungsdruckregelung
durch Aufschalten von zwei Hydrospeichern in Abhängigkeit
vom Signal eines Drucksensors erfolgt. Bei alternativen Lösungen
ist es vorgesehen, das Arbeitsgerät, beispielsweise ein
Mähwerk über eine Federanordnung zu entlasten.
Derartige Lösungen sind sehr aufwendig und teuer und benötigen
einen erheblichen Bauraum. Ein weiterer Nachteil der Federentlastung
besteht darin, dass während des Arbeitsprozesses keine
Veränderung der in Richtung „Tragen" wirksamen
Kräfte möglich ist, so dass diese Systeme nicht
die für hochwertige Traktoren gewünschte Flexibilität
aufweisen.
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Demgegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Hubwerk und ein Verfahren
zum Ansteuern eines Hubwerkes zu schaffen, bei dem eine Entlastung
mit geringem vorrichtungstechnischen und energetischen Aufwand möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Hubwerkes durch die Merkmalskombination
des Patentsanspruches 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmalskombination
des nebengeordneten Patentanspruches 11 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist
das Hubwerk mit einer elektrohydraulischen Hubwerksregelung ausgeführt, wobei
ein in Richtung „Tragen" wirksamer Druckraum eines Hubzylinders über
ein stetig verstellbares Wegeventil mit einer verstellbaren Zumessblende
mit Druckmittel versorgt ist. Erfindungsgemäß ist
in einer Vorlaufleitung zwischen der Zumessblende und dem in Richtung „Tragen"
wirksamen Druckraum ein proportional verstellbares Entlasten-Druckbegrenzungsventil
vorgesehen, über das der Druck in der Vorlaufleitung in
Abhängigkeit von Betriebszuständen des Hubwerkes
veränderbar ist, wobei ein Steuergerät der Hubwerksregelung
derart ausgelegt ist, dass zur Entlastungsdruckregelung die Zumessblende
auf einen vergleichsweise geringen Entlastungsvolumenstrom einstellbar
ist, so dass der über das Entlasten-Druckbegrenzungsventil
abströmende Druckmittelvolumenstrom minimiert ist.
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Eine
derartige Lösung lässt sich mit sehr geringem
Aufwand realisieren, wobei keine Drucksensoren, Druckspeicher oder
Federanordnungen zur Entlastung erforderlich sind. Das System lässt
sich mit sehr geringem Bauraum bei minimalen Kosten realisieren,
wobei aufgrund des geringen, über das Entlasten-Druckbegrenzungsventil
abströmenden Druckmittelvolumenstroms auch die Energieverluste gegenüber
den eingangs beschriebenen Lösungen minimiert sind.
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Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird entsprechend
die Zumessblende während der Entlastungsdruckregelung zugesteuert,
um die Energieverluste zu minimieren.
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Erfindungsgemäß wird
es bevorzugt, wenn die elektrohydraulische Hubwerksregelung als
LS- oder LUDV-System ausgeführt ist, wobei der Zumessblende
eine Individualdruckwaage zugeordnet ist.
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Optional
kann das Hubwerk mit einem zusätzlichen Drucksensor und
ggf. zusätzlichen Hydrospeichern zur Durchführung
einer herkömmlichen Druckregelung ausgeführt sein.
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Das
erfindungsgemäße Konzept lässt sich sowohl
bei einfachwirkenden als auch bei doppeltwirkenden Hubwerken einsetzen.
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Bei
einem doppeltwirkenden Hubwerk kann auch der in Richtung „Drücken"
wirksame Druck durch ein stetig verstellbares Drücken-Druckbegrenzungsventil
begrenzt werden.
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Erfindungsgemäß wird
es bevorzugt, wenn der über die Druckbegrenzungsventile
einstellbare Druckbereich im Bereich zwischen 5 und 230 bar liegt.
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Das
Entlasten-Druckbegrenzungsventil wird vorzugsweise mit fallender
Kennlinie ausgelegt, so dass bei einem Stromausfall der maximale
Druck eingestellt ist und somit das Arbeitsgerät zuverlässig
abgestützt wird.
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Die
Entlastungsdruckregelung wird bei einem Ausführungsbeispiel über
die Bedienperson an einem Bedienfeld manuell eingestellt.
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Das
Steuergerät der elektrohydraulischen Hubwerksregelung ist
bei einem Ausführungsbeispiel so ausgelegt, dass eine Lage-
und eine Entlastungsregelung gleichzeitig durchführbar
sind.
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Bei
der erfindungsgemäßen Entlastungsdruckregelung
kann beim Absenken des Hubwerkes zunächst die Individualdruckwaage
gesperrt werden, so dass über diese kein Druckmittelvolumenstrom geführt
wird. Das Wegeventil wird in Richtung „Senken" verstellt,
und das Entlasten-Druckbegrenzungsventil auf seinen Maximaldruck
eingestellt. Bei Erreichen einer vorbestimmten Solllage wird das
Hubwerksventil auf „Tragen"/"Heben" umgestellt und der über
die Bedienperson manuell eingestellte Entlastungsdruck am Entlasten-Druckbegrenzungsventil eingestellt,
so dass die Entlastungsdruckregelung in der vorbestimmten Weise
erfolgt.
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Die
vorgenannte Solllage kann bestimmt werden, indem zunächst
ein an das Hubwerk angesetztes Arbeitsgerät abgesenkt wird
bis es auf dem Boden aufliegt. Anschließend wird das Hubwerk
mit erhöhtem Druckmittelvolumenstrom, d. h. durch Aufsteuern
der Zumessblende für einen kurzen Zeitintervall angehoben
und nach diesem kurzen Zeitintervall (beispielsweise 1 Sekunde)
das Hubwerksventil auf den Entlastenvolumenstrom und das Entlasten-Druckbegrenzungsventil
auf den vorgewählten Entlastungsdruck eingestellt.
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Bei
einem besonders komfortablen Regelverfahren kann der Entlastungsdruck
in Abhängigkeit von einer Aufwärts- oder Abwärtsbewegung
des Arbeitsgerätes in seiner Arbeitsposition – verursacht beispielsweise
durch Bodenunebenheiten entsprechend erhöht oder verringert
werden.
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Prinzipiell
ist es auch möglich, den über die Zumessblende
eingestellten Entlastungsdruckmittelvolumenstrom in Abhängigkeit
von der Hubwerkslagenänderung oder Hubwerksbewegung zu
verändern.
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Das
erfindungsgemäße Hubwerk mit einem Entlasten-Druckbegrenzungsventil
ermöglicht eine sehr effektive Schwingungsdämpfung.
Dazu erfolgt zunächst eine Lageregelung des Hubwerks, um
dieses in einer Sollstellung zu halten, gleichzeitig erfolgt die
vorbeschriebene Entlastungsregelung in einer Entlastungssolllage,
die etwas unterhalb der Sollstellung der Lageregelung liegt. D.
h. die beiden Regelungen arbeiten in gewisser Weise gegeneinander, wobei über
die Entlastungsdruckregelung das Druckbegrenzungsventil geöffnet
wird, um das Hubwerk auf die etwas niedrigere Entlastungssolllage
einzustellen. Dieser abströmende Druckmittelvolumenstrom
ist jedoch aufgrund der Einstellung der Zumessblende vergleichsweise
gering, so dass diese Energieverluste tolerabel sind.
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Diese
Schwingungsdämpfung muss über die Bedienperson
manuell freigegeben werden oder wie bei der Heck-EHR-Schwingunsgdämpfung
bei Transportstellung und Erreichen einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit
aktiviert werden.
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Zur
Ermittlung des Entlastungsdrucks während der Schwingungsdämpfung
kann zunächst der Entlastungsdruck am Entlasten-Druckbegrenzungsventil
solange verringert werden bis das Hubwerk absinkt. Anschließend
wird der Entlastungsdruck dann um eine vorbestimmte Druckdifferenz
erhöht und dieser Druckwert als Grundlage bei der Schwingungsdämpfung
verwendet.
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Aus
Sicherheitsgründen wird die Entlastungsdruckregelung bei
Betätigung eines externen Tasters oder dergleichen abgestellt.
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Erfindungsgemäß wird
es bevorzugt, wenn der Druckmittelvolumenstrom über die
Zumessblende während der Entlastungsregelung auf weniger
als 50 l/min, aber vorzugsweise etwa 10 l/min eingestellt wird.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Hydraulikschaltplan eines doppelt wirkenden Hubwerks;
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2 eine
Prinzipdarstellung eines Bedienfelds für eine Entlastungsdruckregelung;
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3 ein
Ablaufschema zur Erläuterung der Entlastungsdruckregelung
und
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4 ein
Ablaufschema einer Schwingungsdämpfung.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines doppeltwirkenden Front-
oder Heckhubwerks eines Traktors erläutert. Prinzipiell
lässt sich das erfindungsgemäße Hubwerk
und das erfindungsgemäße Verfahren auch bei anderen
mobilen Arbeitsgeräten einsetzen.
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Der
Grundaufbau des doppeltwirkenden Hubwerks ist ausführlich
in der
DE 10 2005
005 314 A1 beschrieben, so dass hier nur auf die zum Verständnis
der Erfindung wesentlichen Bauelemente eingegangen wird und im Übrigen
auf die Offenbarung der genannten Druckschrift verwiesen wird.
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Gemäß dem
in 1 dargestellten Schaltplan wird von einem Hubwerk 1 eines
Traktors ein Anbaugerät 2, beispielsweise ein
Mähwerk getragen. Die Ansteuerung des Hubwerks 1 erfolgt über
eine Hubwerksventilanordnung 4, über die in Richtung „Drücken"
oder „Tragen" wirksame Druckräume des Hubwerks 1 mit
einer Pumpe 6 oder einem Tank 8 verbindbar sind.
Das Hubwerk 1 hat einen Hubzylinder 10, über
den eine das Anbaugerät 2 tragende, am Traktor
angelenkte Lenkeranordnung 12 zum Anheben oder Absenken
des Anbaugerätes 2 verschwenkbar ist. Der Hubzylinder 10 hat
einen in Richtung „Tragen" wirksamen Druckraum 14 und
einen in Richtung „Absenken" wirksamen Ringraum 16,
die jeweils über Arbeitsleitungen 18, 20 mit
Arbeitsanschlüssen A, B der Hubwerksventilanordnung 4 verbunden
sind.
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Der
Aufbau derartiger Hubwerksventile ist beispielsweise im Datenblatt
RD 66 130/02.07 oder im eingangs genannten Datenblatt RD 66 165/09.04 der
Bosch Rexroth AG beschrieben. Üblicherweise sind diese
Hubwerksventilanordnungen in Scheibenbauweise ausgeführt
und in dem Mobilsteuerblock integriert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Hubwerksventil
4 als LS-Ventil ausgeführt – prinzipiell
ist die Erfindung jedoch auch bei LUDV-Ventilen einsetzbar, wie
sie beispielsweise in der
DE
198 31 595 A1 beschrieben sind.
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Das
LS-Hubwerksventil 4 hat einen Druckanschluss P und einen
Tankanschluss T, die mit der Pumpe 6 bzw. dem Tank 8 verbunden
sind.
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In
einem an den Anschluss P angeschlossenen Zulaufkanal 22 ist
eine LS-Druckwaage 24 angeordnet, die in Öffnungsrichtung
von der Kraft einer Feder und dem Lastdruck des Hubzylinders 10 in
einem LS-Kanal 26 und in Schließrichtung vom Druck stromabwärts
der LS-Druckwaage 24 undbeaufschlagt ist. Der Zulaufkanal 22 führt
zu einem Druckanschluss P eines stetig verstellbaren Wegeventils 26,
das über eine Pilotventilanordnung 28 verstellbar ist.
Diese besteht beispielsweise aus über einen Joystick ansteuerbare
Pilotventilen, die an eine Steuerölversorgung 30 angeschlossen
sind. Ein Ventilschieber des Wegeventils 28 ist über
eine Zentrierfederanordnung 32 in eine Grundposition (0)
vorgespannt, in der der Eingangsanschluss P sowie zwei Arbeitsanschlüsse
A, B und Steueranschlüsse XA, XB, X abgesperrt sowie ein
LS-Anschluss LS mit einem Rücklaufanschluss R verbunden
ist. Der Rücklaufanschluss R ist über einen Ablaufkanal 34 mit
dem Tankanschluss T der Hubwerksventilanordnung 4 verbunden.
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Durch
geeignete Einstellung der Pilotventilanordnung 28 kann
das Wegeventil aus seiner dargestellten Grundposition (0) in Richtung
von in 1 mit (a) („Drücken") gekennzeichneten
Positionen verstellt werden, in denen über eine Zumessblende
eine Druckmittelverbindung vom Eingangsanschluss P zum Arbeitsanschluss
B aufgesteuert wird, so dass entsprechend Druckmittel in den Ringraum 16 des Hubzylinders 10 gefördert
wird. Das aus dem Druckraum 14 verdrängte Druckmittel
strömt über den aufgesteuerten Senkenmodul 40 und über
den mit Rücklaufanschluss R verbundenen Arbeitsanschluss
A zum Tank 8 ab. Beim Verstellen in die mit (b) („Tragen")
gekennzeichneten Positionen wird über die Zumessblende
eine Druckmittelverbindung vom Druckanschluss P zum Arbeitsanschluss
A und der Arbeitsanschluss B des Wegeventils 26 mit dem
Rücklaufanschluss R verbunden, so dass entsprechend zum Anheben
des Anbaugerätes Druckmittel in den Druckraum 14 gefördert
und das aus dem Ringraum 16 verdrängte Druckmittel
zum Tank 8 abströmt. Beim Verschieben des Ventilschiebers
des Wegeventils 26 in seine mit (c) gekennzeichnete Schwimmstellung
sind die beiden Arbeitsanschlüsse A, B des Wegeventils 26 und
damit auch die beiden Druckräume 14, 16 des
Hubzylinders 10 mit dem Rücklaufanschluss verbunden,
so dass das Anbaugerät 2 lastfrei auf dem Boden
aufliegt.
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Die
beiden Arbeitsanschlüsse A, B des Wegeventils 26 sind über
einen Vorlaufkanal 36 bzw. einen Ablaufkanal 38 mit
den Arbeitsanschlüssen A, B der Hubwerksventilanordnung 4 verbunden.
In den Kanälen 36, 38 ist jeweils ein
Senkenmodul 40, 42 angeordnet, das in einer federvorgespannten
Grundposition als entsperrbares Rückschlagventil zu leckölfreien
Einspannung des Hubzylinders 10 und in Regelpositionen
den vom Hubzylinder 10 zurückströmenden
Druckmittelvolumenstrom im Sinne einer Ablaufregelung steuert. Hierzu
ist jedes Senkenmodul 40, 42 in Richtung seiner
Rückschlagposition vom Druck an dem zugeordneten Arbeitsanschluss
A, B des Wegeventils 26 und in Richtung seiner Öffnungs-/Drosselposition
durch den Steuerdruck der Steuerölversorgung 30 beaufschlagt.
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Der
individuelle Lastdruck am Hubzylinder 10 wird über
den LS-Anschluss des Wegeventils 26 abgegriffen und beaufschlagt
die Individualdruckwaage 24 – wie bereits erwähnt – in Öffnungsrichtung.
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Zum
Ausfahren des Hubzylinders 10 wird das Wegeventil 26 in
Richtung seiner Tragen-Position (b) verstellt, so dass das Druckmittel über
den Zulaufkanal 22, die Individualdruckwaage 24,
die aufgesteuerte Zumessblende des Wegeventils 26, den
Arbeitsanschluss A des Wegeventils 26, das Rückschlagventil
des Senkenmoduls 40, den Vorlaufkanal 36 und die
Arbeitsleitung 20 in den Druckraum 14 gefördert
wird. Der Pumpendruck ist dabei so eingestellt, dass er stets um
eine vorbestimmte Druckdifferenz oberhalb des höchsten
Lastdrucks aller Verbraucher liegt (LS-System). Das beim Ausfahren
des Hubzylinders 10 aus dem Ringraum 16 verdrängte Druckmittel
strömt über die Arbeitsleitung 18, den
Ablaufkanal 38, das über den Steuerdruck in der
Steuerölversorgung 30 aufgesteuerte Senkenmodul 42, die
Anschlüsse B, R des Wegeventils 26 und den Tankkanal 34 zum
Tank 8 ab. Das Senkenmodul 42 wirkt dabei als
Ablaufdruckwaage, über die der ablaufende Druckmittelvolumenstrom
in gewissen Umfang geregelt wird.
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Das
Einfahren des Hubzylinders 10 und damit das Absenken des
Anbaugerätes 2 aus einer oberen Hubwerkslage erfolgt
entsprechend durch Verstellen des Wegeventils 26 in Richtung
seiner Absenkposition (a).
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann
die Individualdruckwaage 24 in ihre Schließposition
fixiert werden, indem die in Schließrichtung wirksame Steuerfläche über
ein elektrisch betätigtes 2/2-Wege-Pilotventil 40 mit
dem Druck stromaufwärts der Individualdruckwaage 24 beaufschlagt
wird, der – wie oben erwähnt – in jedem
Fall größer als der Lastdruck am Hubzylinder 10 ist,
so dass die Individualdruckwaage 24 zugehalten wird. Durch
diese Maßnahme ist es möglich, trotz aufgesteuerter
Zumessblende den Druckmittelströmungspfad zwischen Pumpe 6 und
Wegeventil 26 abzusperren.
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Der
Druck in der Arbeitsleitung 18 kann über ein stetig
verstellbares Drücken-Druckbegrenzungsventil 42 begrenzt
werden, so dass der Druck im Ringraum 16 unabhängig
von der Einstellung des Wegeventils 26 und von dem Pumpendruck,
beispielsweise im Bereich zwischen 5 bis 230 bar einstellbar ist. Auf
diese Weise kann beispielsweise durch Verstellen des Druckbegrenzungsventils 42 auf
seinen Minimaldruck, beispielsweise 5 bar, das eigentlich doppeltwirkende
Hubwerk 1 einfachwirkend betrieben werden, so dass das
Anbaugerät 2 auch bei Einstellung des Wege ventils 26 in
seine „Drücken"-Position (a) praktisch aufgrund
seines Eigengewichtes absinkt. Nach dem Absenken kann das Wegeventil 26 dann
in seine Schwimmstellung (c) verstellt werden, so dass eventuelle
Unebenheiten des Bodens ausgeglichen werden können. Das
eingestellte Verhalten entspricht dann demjenigen herkömmlicher
einfach wirkender Hubwerksventile.
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Erfindungsgemäß ist
in der Arbeitsleitung 20 ein Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 vorgesehen,
das ebenfalls stetig verstellbar ausgeführt ist und über
das der Druck in der Arbeitsleitung 20 beispielsweise auf
Werte zwischen 5 bis 230 bar begrenzbar ist. Dieses Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 ermöglicht
eine Entlastungsdruckregelung, die im Folgenden näher beschrieben
wird.
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In 2 ist
ein Teil eines Bedienfeldes des Traktors dargestellt, über
das das Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 zum Einstellen
eines Maximaldrucks in der Arbeitsleitung 20 verstellt
werden kann. Demgemäß hat dieses Bedienfeld 46 einen
Schalter, über den die in der Folge beschriebene Entlastungsdruckregelung
einstellbar ist (Schalter nach unten). Bei Verstellen des Schalters
nach oben wird über das Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 der
Maximaldruck eingestellt, so dass der Traktor, wie oben links in 2 dargestellt,
durch Absenken des Hubwerks 1 ausgehoben werden kann. Am
Bedienfeld 46 ist des Weiteren ein Potentiometer 50 vorgesehen, über das
bei einem doppeltwirkenden Hubwerk der über das „Drücken"-Druckbegrenzungsventil 42 begrenzbare
Druck (Potentiometer nach links in 2) oder der über
das Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 in Richtung „Tragen"
wirksame Druck einstellbar ist. In der Neutralstellung (0) des Potentiometers 50 wird das
Hubwerk 1 einfachwirkend betrieben, d. h. der Druck in
der Arbeitsleitung 18 wird auf den Minimalwert begrenzt.
Demzufolge kann durch Verdrehen des Potentiometers 50 nach
rechts in 2 die Entlastungsdruckregelung
aktiviert werden, wobei der Entlastungsdruck mit zunehmender Verstellung
des Potentiometers 50 aus der Grundposition ansteigt.
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Bei
dem „normalen" Betrieb des Hubwerks 1 wird das
Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 stets auf den maximalen
Druck eingestellt, damit das Anbaugerät sicher getragen
werden kann. Dabei ist das Potentiometer 50 in seine 0-Stellung
eingestellt. Die Ansteuerung des Hubwerks 1 erfolgt in üblicher
Weise nach einer Lage- und/oder Zugkraftregelung. Dieser maximale
Entlastungsdruck wird auch bei einem Stopp der elektrohydraulischen
Hubwerksregelung, bei einer Verriegelung der elektrohydraulischen
Hubwerksregelung, beispielsweise bei einem Traktorstart, im Fehlerfall
usw. und in der Transportstellung, die über einen Modusschalter
eingestellt ist vom Steuergerät der Hubwerksregelung voreingestellt.
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Das
Entlasten-Druckbegrenzungsventil
44 ist mit einer abfallenden
Kennlinie ausgeführt und über eine vergleichsweise
starke Feder in Richtung des maximalen Drucks vorgespannt. Die Einstellung des
zu begrenzenden Drucks erfolgt über einen proportional
verstellbaren Elektromagneten
45, der entgegen der Feder
wirkt. Derartige Druckbegrenzungsventile mit abfallender Kennlinie
werden beispielsweise bei Lüfterantrieben für
Kühlsysteme von Verbrennungsmotoren eingesetzt. Diesbezüglich
sei beispielhaft auf die
DE
43 21 637 A1 verwiesen.
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Es
sei angenommen, dass sich das Anbaugerät 2 in
einer oberen Hubwerkslage befindet. Ein Absenken des Anbaugeräts
erfolgt dann zunächst lagegeregelt. Dabei wird über
das Steuergerät das Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 unabhängig
von der Einstellung des Potentiometers 50 auf einen Maximaldruck
eingestellt (siehe 3). Das Drücken-Druckbegrenzungsventil 42 wird über
das Steuergerät auf seinen minimalen Druck eingestellt,
so dass das Hubwerk 1 gemäß den vorstehenden
Ausführungen sich wie ein einfach wirkendes Hubwerk verhält.
Das Pilotventil 40 wird durch Bestromen des Schaltmagneten
in seine Durchgangsstellung verstellt, so dass die in Schließrichtung
wirksame Steuerfläche der Druckwaage durch den Pumpendruck beaufschlagt
ist und die LS-Druckwaage 24 geschlossen gehalten wird – es
kann somit kein Druckmittel über das Wegeventil 26 zum
Hubzylinder 10 abströmen. Das Wegeventil 26 ist über
die Bedienperson durch geeignete Einstellung der Pilotventilanordnung 28 in
Richtung „Drücken" (a) verstellt, so dass der
Hubzylinder 10 aufgrund des Eigengewichtes des Anbaugerätes 2 eingefahren
wird und das Druckmittel aus dem sich verkleinernden Druckraum 14 über
das Senkenmodul 40 und die geöffnete Druckmittelverbindung
zwischen dem Arbeitsanschluss A und dem Rücklaufanschluss
R des Wegeventils 26 zum Tank 8 hin abströmt.
Dabei bleibt das Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 auf
seinen Maximalwert eingestellt.
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Wenn
das Hubwerk 1 die Solllage erreicht hat, bei der es beispielsweise
im vorherigen Arbeitsgang die Entlastungsdruckregelung verlassen
hat, erfolgt das Umschalten vom lagegeregelten Absenken zur Druckregelung.
Dafür wird das Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 sprungartig
auf den von der Bedienperson am Potentiometer 50 eingestellten
Druck und das Wegeventil 26 schnell von „Drücken"
auf „Tragen" verstellt. Dadurch öffnet das Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 und
das Hubwerk 1 wird relativ weich abgebremst und liegt dann mit
dem über das Potentiometer 50 vorgegebenen Entlastungsdruck
auf dem Boden auf. Dabei wird das Pilotventil 40 wieder
in seine Sperrstellung gebracht, so dass die LS-Druckwaage 24 in
die Regelposition verstellt wird, um den Druckabfall über
der aufgesteuerten Zumessblende zwischen den Anschlüssen
P und A des Wegeventils 26 lastunabhängig konstant zu
halten. Die Zumessblende wird dabei während der Entlastungsregelung
auf einen sehr kleinen Heben-Druckmittelvolumenstrom eingestellt,
der beispielsweise bei etwa 10 l/min liegt.
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Die
Umschaltlage, in der von Lageregelung auf Druckregelung umgeschaltet
wird, ist nicht notwendiger Weise exakt die vorherige Entlastungsdrucklage
sondern liegt abhängig von der Senkengeschwindigkeit oberhalb
davon. Dadurch ist ausreichend „Bremsweg" vorhanden, damit
das Aufsetzen auf den Boden möglichst sanft erfolgt.
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In
dem Fall, in dem bei Einstellung der Entlastungsdruckregelung keine „Umschaltlage"
aus dem vorhergehenden Arbeitsgang bekannt ist, wird diese „Umschaltlage"
dadurch bestimmt, indem zunächst das Hubwerk 1 durch
Verstellen des Wegeventils 26 in die „Drücken"-Position
(a) abgesenkt wird, bis das Anbaugerät 2 mit seinem
vollen Gewicht auf dem Boden aufliegt. Über die Sensoren
der Lageregelung wird der Stillstand des Hubwerks 1 erfasst. Daraufhin
wird das Wegeventil 26 in seine „Tragen"-Position
(b) umgesteuert, wobei die Zumessblende relativ weit geöffnet
wird, um das Hubwerk mit einem großen Druckmittelvolumenstrom
anzuheben. Nach einem vorbestimmten kurzen Zeitintervall (etwa 1
Sekunde) wird die Zumessblende wieder auf den üblichen
geringen Wert (beispielsweise 10 l/min) zurückgestellt
und die Entlastungsdruckregelung in der vorbeschriebenen Weise durchgeführt.
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Die
Entlastungsdruckregelung wird beendet, wenn die EHR-Lageregelung
kein Senken mehr vorgibt. Dies ist beispielsweise bei einem Stopp
der Hubwerksregelung oder bei einer Verstellung des Lagesollwertes
am Lagesollwertpotentiometer der Fall.
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Die
Einstellung einer Entlastungsdruckregelung ist nicht möglich,
wenn sich das Hubwerk 1 in seiner Transportstellung befindet
oder wenn über einen äußeren Taster betätigt
wird. Die Unterbindung der Entlastungsdruckregelung bei betätigtem
externen Taster ist deshalb wichtig, da bei einem „leichteren"
Anbaugerät 2 und bei Einstellung der Entlastungsdruckregelung
auf ein einem „schwereren" Anbaugerät entsprechenden
Wert und bei Betätigung des Tasters in Richtung Absenken
das Hubwerk 1 bei Erreichen der „vorherigen Lage"
in die Entlastung schaltet und dann das Hubwerk 1 wieder
nach oben bewegt wird, obwohl mit dem Taster eine Bewegung in Richtung „Senken"
vorgegeben ist. Diese ungewollte Bewegung des Hubwerks ist sehr
gefährlich und wird durch die Sicherheitsstrategie verhindert.
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Prinzipiell
ist es auch möglich, über das proportional verstellbare
Wegeventil 26 den Senken-Druckmittelvolumenstrom zu steuern.
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Bei
dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Entlasten-Proportionalventil 44 während Entlastungsdruckregelung
auf einen konstanten Wert eingestellt. Es ist jedoch auch möglich,
diesen über das Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 vorgegebenen
Druck in Abhängigkeit von Betriebzuständen des
Hubwerks 1 zu verändern.
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So
ist es beispielsweise denkbar, bei starken Lageänderungen
des Hubwerks 1 die über den Lagesensor der Lageregelung
erkennbar sind, den am Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 eingestellten Druckwert
zu variieren. Er kann dann beispielsweise den Druck am Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 erhöhen,
um eine Aufwärtsbewegung des Hubwerks zu unterstützen.
Entsprechend kann eine Senkenbewegung des Hubwerks 1 durch
Verringern des Drucks am Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 unterstützt
werden. Dies ist besonders wichtig, da eine zu geringe Senkengeschwindigkeit
in der Praxis problematisch ist, da beispielsweise hinter einer
Bodenkuppe beim Mähen das Gras relativ hoch stehen bleibt.
Dieses Kriterium wird bei der Beurteilung von Mähwerksaufhängungen
in der Praxis als Qualitätskriterium berücksichtigt,
so dass die erfindungsgemäße Strategie hier einen
funktionalen Vorteil ermöglicht.
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Es
ist auch möglich, bei Lageänderungen des Hubwerks 1 über
das Wegeventil 26 eine Volumenstromanpassung durchzuführen.
Dadurch kann beispielsweise eine bessere Druckentlastung speziell
bei schnellen Hebebewegungen durchgeführt werden. Bei herkömmlichen
Hubwerken können diese schnellen Hebebewegungen häufig
nicht durchgeführt werden, da das Druckmittel nicht schnell
genug in den Druckraum 14 nachströmen kann.
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Gemäß 4 kann über
die erfindungsgemäße Hubwerksregelung auch eine
effektive Schwingungsdämpfung realisiert werden. Grundgedanke dieser
Schwingungsdämpfung ist, dass das Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 immer
durchströmt ist und das Gewicht des Anbaugerätes 2 sozusagen auf
dem geöffneten Entlasten-Druckbegrenzungsventil „schwebt".
Realisiert ist dies durch zwei gegeneinander arbeitende Regelungen.
Dabei hält eine Lageregelung das Anbaugerät 2 in
seiner oberen Transportstellung. Mit dem Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 wird
dann ebenfalls eine Lageregelung aktiviert, deren Lagesollwert etwas
unterhalb der Transportstellung liegt. Dadurch öffnet das
Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44, so dass Druckmittel
zum Tank 8 abströmen kann und das Hubwerk 1 in
eine tiefere Position abgesenkt wird. Die Lageregelung der Transportstellung
stellt das Wegeventil 26 dann wieder auf „Tragen"
(b), wobei sich die beiden Druckmittelvolumenströme gegenseitig
aufheben, so dass das Hubwerk 1 zwischen diesen beiden
Lagesollwerten (Transportstellung und Lagesollwert der Lageregelung über
das Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44) „schwimmt"
und ständig Druckmittel über das geöffnete
Entlasten-Druckbegrenzungsventil abströmt.
-
Die
Höhe dieses Druckmittelvolumenstroms hängt vom
Abstand der beiden Lagesollwerte ab und lässt sich somit
gut einstellen. Je höher dieser Druckmittelvolumenstrom
ist, desto weicher und effektiver ist die Schwingungsdämpfung,
allerdings geht diese Schwingungsdämpfung dann auch mit
größeren Verlusten einher.
-
Prinzipiell
ist es jedoch auch möglich, eine Dämpfung bei überwiegend
geschlossenem Entlastungs-Druckbegrenzungsventil 44 durchzuführen. Praktische
Versuche zeigten allerdings, dass diese Schwingungsdämpfung
nicht so effektiv wie die vorbeschriebene Schwingungsdämpfung
arbeitet. Die vorbeschriebene Schwingungsdämpfung kann
nur in der Transportstellung und bei Einstellung einer „Dämpfung"
am Bedienfeld aktiviert werden. Bei einer Verriegelung der EHR ist
die Schwingungsdämpfung nicht aktivierbar.
-
Zum
Einstellen des für die Schwingungsdämpfung erforderlichen
Druckniveaus wird beim Start der Schwingungsdämpfung zunächst
die Druckeinstellung des Entlasten-Druckbegrenzungsventils 44 in
einer Rampe reduziert, wobei für eine 200 bar Reduzierung
eine Zeit von etwa 4 Sekunden vorgesehen werden kann. Wenn dann
am Lagesensor der Lageregelung erkannt wird, dass sich das Hubwerk 1 absenkt,
ist die richtige Druckeinstellung für das Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 gefunden
oder – genauer gesagt – bereits überschritten. Der
am Entlasten-Druckbegrenzungsventil 44 eingestellte Druck
wird dann um einen festen Druckwert erhöht und von diesem
Basisdruckwert aus die Lageregelung mittels des Entlasten-Druckbegrenzungsventils 44 gestartet.
Der Regler für diese Lageregelung mittels des Entlasten-Druckbegrenzungsventils 44 hat
einen Proportional- und einen Integralanteil, wobei letzterer für
den Ausgleich des bei der Drucksuche gemachten Fehlers sorgt.
-
Das
erfindungsgemäße Konzept kann auch bei einfachwirkenden
Hubwerken eingesetzt werden. Das Potentiometer 50 ist dann
entsprechend nur in einer Richtung (rechts in 2)
verstellbar.
-
Offenbart
sind ein Hubwerk und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Hubwerks.
Das Hubwerk hat ein stetig verstellbares Hubwerksventil mit einem Wegeventil, über
das ein Hubzylinder mit einer Pumpe oder einem Tank verbindbar ist.
Im Druckmittelströmungspfad vom Wegeventil zu einem in
Richtung „Tragen" wirksamen Druckraum des Hubzylinders
ist ein Entlasten-Druckbegrenzungsventil angeordnet, über
das ein Entlastungsdruck proportional einstellbar ist. Während
einer Entlastungsdruckregelung wird eine durch das proportional
verstellbare Wegeventil vorgegebene Zumessblende zugesteuert, so dass
der Druckmittelvolumenstrom über das Druckbegrenzungsventil
zum Tank minimiert ist.
-
- 1
- Hubwerk
- 2
- Anbaugerät
- 4
- Hubwerksventil
- 6
- Pumpe
- 8
- Tank
- 10
- Hubzylinder
- 12
- Lenkeranordnung
- 14
- Druckraum
- 16
- Ringraum
- 18
- Arbeitsleitung
- 20
- Arbeitsleitung
- 22
- Zulaufkanal
- 24
- LS-Druckwaage
- 26
- Wegeventil
- 28
- Pilotventilanordnung
- 30
- Steuerölversorgung
- 32
- Zentrierfederanordnung
- 34
- Ablaufkanal
- 36
- Vorlaufkanal
- 38
- Ablaufkanal
- 40
- Pilotventil
- 42
- Drücken-Druckbegrenzungsventil
- 44
- Entlasten-Druckbegrenzungsventil
- 45
- Elektromagnet
- 46
- Bedienfeld
- 48
- Schalter
- 50
- Potentiometer
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005005314
A1 [0003, 0037, 0049]
- - DE 3628427 A1 [0006]
- - DE 19541190 A1 [0006]
- - DE 19831595 A1 [0039]
- - DE 4321637 A1 [0053]