DE102017114704B4

DE102017114704B4 - Modulare Hydraulikeinheit, Fahrzeug und Steuersystem für eine Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102017114704B4
Application number: DE102017114704.7A
Authority: DE
Inventors: Julian Profanter; Jan Rotard
Original assignee: Vemcon GmbH
Current assignee: Vemcon GmbH
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2037-07-01
Also published as: DE102017114704A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine modulare Hydraulikeinheit (10) für eine Arbeitsmaschine. Die modulare Hydraulikeinheit (10) weist eine Eingangsschnittstelle (11) zum Bereitstellen eines von einem Benutzer vorgegebenen Eingangsdrucks (11a), ein erstes Druckregelventil (12) zum Bereitstellen eines Ausgangsdrucks (14a) basierend auf dem vom Benutzer vorgegebenen Eingangsdruck (11a) sowie ein vorgeschaltetes Ventil (13) zum Einstellen eines Druckes für das erste Druckregelventil (12) auf. Dabei ist das erste Druckregelventil (12) dazu ausgeführt ist, einen Ausgangsdruck (14a) basierend auf dem vom vorgeschalteten Ventil (13) eingestellten Druck bereitzustellen. Die modulare Hydraulikeinheit (10) weist ferner eine Ausgangsschnittstelle (14) zum Bereitstellen des Ausgangsdrucks (14a) an eine Hauptsteuereinheit (30) auf, um somit basierend auf dem Ausgangsdruck (14a) über die Hauptsteuereinheit (30) eine gewünschte Funktion der Arbeitsmaschine (100) zu aktivieren. Zudem weist die modulare Hydraulikeinheit (10) ein Wechselventil (15) zum wahlweisen Übertragen des vom Benutzer vorgegebenen Eingangsdrucks (11a) an das erste Druckregelventil (12) oder des vom vorgeschalteten Ventil (13) eingestellten Druckes an das erste Druckregelventil (12) auf.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Hydrauliksysteme für Arbeitsmaschinen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine modulare Hydraulikeinheit für eine Arbeitsmaschine, ein Fahrzeug mit einer modularen Hydraulikeinheit sowie ein Steuersystem für eine Arbeitsmaschine.
Hintergrund der Erfindung
Heutzutage sind ca. 80% aller mobilen Arbeitsmaschinen rein hydraulisch vorgesteuert. Dabei zeichnet sich insbesondere ein Trend zur Elektrifizierung, Digitalisierung und Automatisierung ab. Die Elektrifizierung von Maschinen wird meist durch einen elektrohydraulischen Steuerblock realisiert, welcher von elektronischen Joysticks (bzw. elektrischen Vorsteuergeräten) gesteuert wird.
Durch strenge Abgasnormen und die ständige Weiterentwicklung von mobilen Arbeitsmaschinen sind diese oft überladen mit Hydrauliksystemen und anderen Komponenten. Der Platz für Modifikationen in diesen Maschinen ist daher streng begrenzt. Beispielhafte Arbeitsmaschinen sind aus DE 34 34 014 A1 , DE 38 25 726 A1 und US 2009 / 0 301 073 A1 bekannt. Des Weiteren kommt dazu, dass rein hydraulische Vorsteuergeräte am Joystick bewährt und billig sind und eine starke Marktdurchdringung haben. Eine elektrische Ansteuerung von Arbeitsmaschinen erfolgt meist durch Regelventile. Ferner spielt der begrenzte Einbauraum bzw. die Größe der einzubauenden Komponenten eine entscheidende Rolle bei der Nachrüstbarkeit von einzelnen Komponenten in Arbeitsmaschinen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Steuerung von Arbeitsmaschinen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Beispielhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine modulare Hydraulikeinheit für eine Arbeitsmaschine, insbesondere für eine Baumaschine angegeben. Die modulare Hydraulikeinheit weist eine erste Eingangsschnittstelle zum Bereitstellen eines von einem Benutzer vorgegebenen, ersten Eingangsdrucks auf. Ferner weist die modulare Hydraulikeinheit ein erstes Druckregelventil, vorzugsweise ein erstes, proportionales Druckregelventil, zum Bereitstellen eines ersten Ausgangsdrucks basierend auf dem vom Benutzer vorgegebenen, ersten Eingangsdruck auf. Die modulare Hydraulikeinheit weist ferner ein vorgeschaltetes Ventil, beispielsweise ein Wegeventil oder ein weiteres Druckregelventil, zum Einstellen eines ersten Druckes für das erste Druckregelventil auf, wobei das erste Druckregelventil dazu ausgeführt ist, einen ersten Ausgangsdruck basierend auf dem vom vorgeschalteten Ventil eingestellten Druck bereitzustellen. Das vorgeschaltete Ventil kann ein zentrales Wegeventil sein, über welches mehrere Druckregelventile angesteuert werden können. Das vorgeschaltete Ventil ist vorzugsweise ein Wegeventil. Die modulare Hydraulikeinheit weist ferner eine erste Ausgangsschnittstelle zum Bereitstellen des ersten Ausgangsdrucks an eine erste Hauptsteuereinheit auf, um somit basierend auf dem ersten Ausgangsdruck über die erste Hauptsteuereinheit eine gewünschte, erste Funktion der Arbeitsmaschine zu aktivieren. Die erste Hauptsteuereinheit ist vorzugsweise eine Haupthydraulikeinheit. Die modulare Hydraulikeinheit weist ferner ein erstes Wechselventil zum wahlweisen Übertragen des vom Benutzer vorgegebenen, ersten Eingangsdrucks an das erste Druckregelventil oder des vom vorgeschalteten Ventil eingestellten Druckes an das erste Druckregelventil auf.
Mit einer solchen modularen Hydraulikeinheit ist es möglich, Funktionen in hydraulisch arbeitenden, mobilen Arbeitsmaschinen zu messen, anzusteuern, zu übersteuern und zu deaktivieren. Durch die spezifische Anordnung der Komponenten der modularen Hydraulikeinheit kann ein vom Eingangssignal unabhängiges Ausgangsdrucksignal erzeugen, indem es dieses verstärkt oder abschwächt wird. Die Abschwächung kann bis zur Deaktivierung der angesteuerten Funktion der Arbeitsmaschine erfolgen. Diese modulare Hydraulikeinheit wird zwischen der Eingabeeinheit, beispielsweise einem Joystick, und der Hauptsteuereinheit einer hydraulisch arbeitenden Arbeitsmaschine in den Vorsteuerkreis zwischengeschaltet. Die modulare Hydraulikeinheit ermöglicht es, dass beliebig viele Funktionsblöcke bzw. Hauptsteuereinheiten nachgeschaltet werden können welche sich das vorgeschaltete Ventil bzw. das zentrale Wegeventil teilen. Dadurch kann eine sehr kompakte und übersichtliche Hydraulik realisiert werden.
Dadurch wird u. a. auch die Nachrüstbarkeit in bestehende Maschinen und Neumaschinen mit minimalinvasivem Eingriff und eine kompakte Bauform möglich, ohne die Haupthydraulik oder die Hydraulik an den Vorsteuergeräten der Arbeitsmaschine zu verändern.
Die modulare Hydraulikeinheit kann dabei ein Bauteil bilden, welches in ein bestehendes System der Arbeitsmaschine eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann die modulare Hydraulikeinheit in eine Hydrauliksteuerung der Arbeitsmaschine eingesetzt werden. Insbesondere ist es möglich, die modulare Hydraulikeinheit zwischen ein hydraulisches Vorsteuergerät und eine Hauptsteuereinheit der Arbeitsmaschine einzusetzen bzw. zwischenzuschalten.
Die modulare Hydraulikeinheit weist als Komponenten zumindest die erste Eingangsschnittstelle, das erste Druckregelventil, das vorgeschaltete Ventil, die erste Ausgangsschnittstelle und das erste Wechselventil auf, wobei ferner etwaige Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Komponenten vorgesehen sein können. Es ist möglich, dass die modulare Hydraulikeinheit lediglich ein einziges vorgeschaltetes Ventil, d. h. ein einziges Wegeventil aufweist.
Die Arbeitsmaschine kann eine stationäre oder eine mobile Arbeitsmaschine sein. Die Arbeitsmaschine kann zum Beispiel eine Baumaschine wie ein Bagger, ein Kran, etc. sein. Jedenfalls kann die modulare Hydraulikeinheit in jegliche Art von Arbeitsmaschinen eingesetzt werden, die eine Hydrauliksteuerung aufweisen oder bestimmte Arbeitsfunktionen mittels einer Hydrauliksteuerung aktivieren.
Die modulare Hydraulikeinheit weist zumindest zwei Schnittstellen auf, eine Eingangsschnittstelle und eine Ausgangsschnittstelle. Diese Schnittstellen sind an bereits bestehende Systeme in der Arbeitsmaschine anschließbar. Insbesondere ist die Eingangsschnittstelle an ein hydraulisches oder elektronisches Vorsteuergerät anschließbar und die Ausgangsschnittstelle ist an eine Hauptsteuereinheit, welche eine Haupthydraulikeinheit der Arbeitsmaschine sein kann, anschließbar. Für den Fall, dass die Eingangsschnittstelle an ein hydraulisches oder elektronisches Vorsteuergerät angeschlossen ist, kann eine elektrohydraulische Wandlung zwischen dem Vorsteuergerät und der Eingangsschnittstelle zwischengeschaltet werden. Die elektrohydraulische Wandlung kann beispielsweise in einem elektrohydraulischen Wandler erfolgen. Es ist daher möglich, dass die Eingangsschnittstelle über einen elektrohydraulischen Wandler an dem Vorsteuergerät anschließbar ist.
Die modulare Hydraulikeinheit kann ferner eine Schnittstelle zu einem Steuergerät aufweisen. Ebenso kann die modulare Hydraulikeinheit auch Schnittstellen zu einer Pumpe, insbesondere einer Hydraulikpumpe sowie zu einem Tank aufweisen. Dies wird in der Figurenbeschreibung noch genauer erläutert werden.
Die modulare Hydraulikeinheit weist also die Eingangsschnittstelle auf, welche mit dem ersten Druckregelventil über eine Verbindungsleitung verbunden ist. Das vorgeschaltete Ventil ist ebenfalls über eine Verbindungsleitung mit dem ersten Druckregelventil verbunden. Ferner ist eine Verbindungsleitung für den von dem ersten Druckregelventil kommenden Ausgangsdruck an den Hauptsteuerblock der Arbeitsmaschine anschließbar.
Die Verbindungsleitung zwischen dem ersten Druckregelventil und der Eingangsschnittstelle lässt sich durch das Wechselventil wahlweise unterbrechen, so dass ein entkoppelter Zustand auftritt. Ebenso lässt sich die Verbindungsleitung zwischen dem ersten Druckregelventil und dem vorgeschalteten Ventil durch das Wechselventil wahlweise unterbrechen, so dass ein entkoppelter Zustand auch hier auftritt.
Sämtliche Verbindungsleitungen können in Form von Leitungen für Fluide, beispielsweise Hydraulikflüssigkeiten, ausgebildet sein. Insbesondere ist eine Druckübertragung zwischen den einzelnen Komponenten der modularen Hydraulikeinheit über die Verbindungsleitungen möglich. Die Verbindungsleitungen sorgen somit dafür, dass die Eingangsschnittstelle mit dem ersten Druckregelventil sowie das vorgeschaltete Ventil mit dem ersten Druckregelventil über ein Fluid kommunizierfähig verbunden sind.
Der an der Eingangsschnittstelle anliegende Eingangsdruck wird auf das erste Druckregelventil übertragen, wenn das Wechselventil so geschaltet ist, dass es eine kommunizierfähige Fluidverbindung zwischen der Eingangsschnittstelle und dem ersten Druckregelventil erlaubt und eine kommunizierfähige Fluidverbindung zwischen dem vorgeschalteten Ventil und dem ersten Druckregelventil unterbunden ist. Alternativ kann der vom vorgeschalteten Ventil eingestellte Druck auf das erste Druckregelventil übertragen werden, wenn das Wechselventil so geschaltet ist, dass es eine kommunizierfähige Fluidverbindung zwischen dem vorgeschalteten Ventil und dem ersten Druckregelventil erlaubt und eine kommunizierfähige Fluidverbindung zwischen der Eingangsschnittstelle und dem ersten Druckregelventil unterbunden ist.
An dem vorgeschalteten Ventil kann beispielsweise ein Pumpendruck anliegen, basierend auf dem das vorgeschaltete Ventil den ersten Druck für das erste Druckregelventil einstellt. Das bedeutet, dass der erste Druck, welcher vom vorgeschalteten Ventil eingestellt wird, an das erste Druckregelventil übertragen wird, wenn das Wechselventil entsprechend geschaltet ist.
Der an der Ausgangsschnittstelle bereitgestellte Ausgangsdruck kann einer sich an die modulare Hydraulikeinheit anschließende Hauptsteuereinheit zugeführt bzw. an diese übertragen werden, so dass mittels der Hauptsteuereinheit eine gewünschte Funktion der Arbeitsmaschine aktiviert wird. Für den Fall, dass es sich bei der Arbeitsmaschine um einen Bagger handelt, kann die gewünschte Funktion beispielsweise eine Bewegung der Baggerschaufel (Baggerlöffel), des Baggerauslegers und/oder des Löffelstiels sein. Insbesondere kann die Funktion darin liegen, den Auslegerzylinder, den Stielzylinder und/oder den Löffelzylinder zu aktivieren bzw. zu bewegen.
Durch das Wechselventil ist es möglich, eine wahlweise Übertragung des vom Benutzer vorgegebenen Eingangsdrucks an das erste Druckregelventil oder des vom vorgeschalteten Ventil eingestellten Druckes an das erste Druckregelventil zu gewährleisten. Insbesondere ist es möglich, dass eine Übertragung des vom Benutzer vorgegebenen Eingangsdrucks an das erste Druckregelventil nur alternativ zu einer Übertragung des vom vorgeschalteten Ventil eingestellten Druckes an das erste Druckregelventil erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die modulare Hydraulikeinheit ein zweites Druckregelventil auf, wobei das vorgeschaltete Ventil ferner dazu ausgeführt ist, einen zweiten Druck für das zweite Druckregelventil einzustellen.
Es ist somit möglich, lediglich ein vorgeschaltetes Ventil in der modularen Hydraulikeinheit vorzusehen, wobei zwei unterschiedliche Druckregelventile durch das vorgeschaltete Ventil mit Druck beaufschlagt werden können.
Es ist möglich, dass das vorgeschaltete Ventil entweder den ersten Druck für das erste Druckregelventil oder den zweiten Druck für das zweite Druckregelventil einstellt. Dies kann dadurch gewährleistet werden, dass das erste Wechselventil durch entsprechende Schaltung eine Druckübertragung zwischen dem ersten, vorgeschalteten Ventil und dem ersten Druckregelventil zulässt und ein zweites Wechselventil durch entsprechende Schaltung eine Druckübertragung zwischen dem vorgeschalteten Ventil und dem zweiten Druckregelventil unterbindet. Es ist jedoch auch möglich, dass das vorgeschaltete Ventil den ersten und den zweiten Druck gleichzeitig an das erste bzw. zweite Druckregelventil bereitstellt. Der erste und der zweite Druck können dabei gleich groß oder unterschiedlich groß sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist lediglich ein einziges vorgeschaltetes Ventil zum Einstellen des ersten Drucks für das erste Druckregelventil und zum Einstellen des zweiten Drucks für das zweite Druckregelventil in der modularen Hydraulikeinheit vorgesehen.
Mit anderen Worten können durch das vorgeschaltete Ventil an einer Vielzahl von Druckregelventilen Drücke bereitgestellt werden. Dafür können die einzelnen Druckregelventile jeweils über ein zugeordnetes Wechselventil mit dem vorgeschalteten Ventil verbunden sein. Eine Verbindung erfolgt dabei über Verbindungsleitungen zur Übertragung des Druckes, insbesondere Fluidleitungen.
Dadurch wird vermieden, für jedes Druckregelventil ein eigenes vorgeschaltetes Ventil, d. h. Wegeventil vorzusehen, was letztlich auch die Anzahl der Komponenten in der modularen Hydraulikeinheit deutlich verringert, insbesondere dann, wenn mehrere Funktionen über mehrere Hauptsteuereinheiten angesteuert werden.
Ein Wegeventil im Sinne der vorliegenden Erfindung kann dabei ein Ventil sein, welches dazu dient, den Weg für das Arbeitsmedium, beispielsweise eine Hydraulikflüssigkeit, freizugeben, zu sperren oder die Durchflussrichtung zu ändern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die modulare Hydraulikeinheit eine Messeinheit zum Erfassen von Messdaten bezüglich einer von dem Benutzer auf eine Eingabeeinheit ausgeübten Kraft und/oder bezüglich einer von dem Benutzer auf eine Eingabeeinheit vorgegebenen Bewegung auf.
Dabei wird durch die Eingabeeinheit ein hydraulisches Drucksignal bereitgestellt oder ein in ein hydraulisches Drucksignal umgewandeltes elektrisches Signal. Dieses hydraulische Drucksignal, welches in Form eines Fluiddrucks auftreten kann, dient dann als Basis für die Erfassung der Messdaten durch die Messeinheit. Die Messeinheit kann beispielsweise ein Drucksensor aufweisen, welcher einen Fluiddruck im Bereich der Eingangsschnittstelle misst. Die Messeinheit kann Druckschalter aufweisen, welche eine Bewegungsrichtung der Benutzereingabe an der Eingabeeinheit messen.
Zwischen der Eingabeeinheit und der Messeinheit kann ein elektronisches oder hydraulisches Vorsteuergerät vorgesehen sein. Die Fahrereingaben, das heißt die durch den Benutzer auf die Eingabeeinheit ausgeübte Kraft und/oder die von dem Benutzer auf die Eingabeeinheit vorgegebene Bewegung werden dabei durch das Vorsteuergerät zur Messeinheit und schließlich zur Eingangsschnittstelle geleitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das erste Druckregelventil dazu ausgeführt, einen für die gewünschte Funktion der Arbeitsmaschine bereitgestellten Ausgangsdruck zu reduzieren, wenn das Wechselventil den vom Benutzer vorgegebenen Eingangsdruck an das erste Druckregelventil überträgt und das vorgeschaltete Ventil vom ersten Druckregelventil entkoppelt ist.
Ein Wechselventil im Sinne der vorliegenden Erfindung kann dabei ein pneumatisches oder hydraulisches Ventil mit zwei Eingängen und einem Ausgang sein. Insbesondere kann eine Verbindungsleitung zwischen Eingangsschnittstelle und dem ersten Eingang des Wechselventils vorgesehen sein und eine weitere Verbindungsleitung ist zwischen dem vorgeschalteten Ventil und dem zweiten Eingang des Wechselventils vorgesehen. Ferner kann eine weitere Verbindungsleitung zwischen dem Ausgang des Wechselventils und dem Druckregelventil vorgesehen sein. Das Wechselventil weist also zwei Eingänge und einen Ausgang auf. Dabei kann vorgesehen sein, dass stets das Fluid am Eingang, an dem der höhere Druck anliegt, zum Ausgang weitergeleitet wird, wobei der andere Eingang abgesperrt bzw. entkoppelt wird.
Ein Entkoppeln des vorgeschalteten Ventils, d. h. des Wegeventils vom Druckregelventil kann dabei erfolgen, indem das Wechselventil entsprechend einer ersten Stellung geschaltet wird und den mit dem vorgeschalteten Ventil verbundenen, zweiten Eingang des Wechselventils blockiert und gleichzeitig den mit der Eingangsschnittstelle verbundenen, ersten Eingang des Wechselventils freigibt. In diesem Fall ist also der von der Eingangsschnittstelle stammende, am ersten Eingang anliegende Fluiddruck größer als der vom vorgeschalteten Ventil stammende, am zweiten Eingang anliegende Fluiddruck. Somit kann ein wahlweises Übertragen des vom Benutzer vorgegebenen Eingangsdrucks an das erste Druckregelventil oder des vom vorgeschalteten Ventil eingestellten Druckes an das erste Druckregelventil erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das erste Druckregelventil dazu ausgeführt, einen für die gewünschte Funktion der Arbeitsmaschine bereitgestellten Ausgangsdruck zu erhöhen, wenn das Wechselventil den vom vorgeschalteten Ventil eingestellten Druck an das erste Druckregelventil überträgt und die Eingangsschnittstelle vom ersten Druckregelventil entkoppelt ist.
Ein Entkoppeln der Eingangsschnittstelle vom Druckregelventil kann dabei erfolgen, indem das Wechselventil entsprechend einer zweiten Stellung geschaltet wird und den mit dem vorgeschalteten Ventil verbundenen, zweiten Eingang freigibt und gleichzeitig den mit der Eingangsschnittstelle verbundenen, ersten Eingang blockiert. In diesem Fall können die Messdaten der Messeinheit verwendet und an das Steuergerät weitergeleitet werden. Das Steuergerät kann somit den Druck am Druckregelventil über das vorgeschaltete Ventil einstellen. Ferner ist in diesem Fall der von der Eingangsschnittstelle stammende, am ersten Eingang anliegende Fluiddruck kleiner als der vom vorgeschalteten Ventil stammende, am zweiten Eingang anliegende Fluiddruck. Somit kann ein wahlweises Übertragen des vom Benutzer vorgegebenen Eingangsdrucks an das erste Druckregelventil oder des vom vorgeschalteten Ventil eingestellten Druckes an das erste Druckregelventil erfolgen.
Es ist möglich, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt lediglich nur eine Stellung des Wechselventils auftreten kann und somit entweder eine Druckerhöhung oder eine Druckreduzierung je nach Stellung des Wechselventils erfolgen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung entspricht der vom vorgeschalteten Ventil eingestellte Druck für das erste Druckregelventil einem an dem vorgeschalteten Ventil anliegenden Pumpendruck.
Mit anderen Worten kann die modulare Hydraulikeinheit eine weitere Schnittstelle aufweisen, die mit einer externen Pumpe, insbesondere einer Hydraulikpumpe verbunden ist, so dass der Pumpendruck an dem vorgeschalteten Ventil anliegen kann. Das heißt, dass das vorgeschaltete Ventil, bzw. das Wegeventil mit dem Druck aus der Pumpe beaufschlagt wird. Dieser Druck kann anschließend direkt oder geregelt für das erste Druckregelventil bereitgestellt werden. Die Pumpe kann auch in der modularen Hydraulikeinheit vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die modulare Hydraulikeinheit eine zweite Eingangsschnittstelle zum Bereitstellen eines von einem Benutzer vorgegebenen, zweiten Eingangsdrucks und ein zweites Druckregelventil zum Bereitstellen eines zweiten Ausgangsdrucks basierend auf dem vom Benutzer vorgegebenen, zweiten Eingangsdruck auf. Dabei ist das vorgeschaltete Ventil dazu ausgeführt, einen zweiten Druck für das zweite Druckregelventil einzustellen. Der zweite Druck kann gleich dem ersten Druck sein. Das zweite Druckregelventil ist dazu ausgeführt, einen zweiten Ausgangsdruck basierend auf dem vom vorgeschalteten Ventil eingestellten, zweiten Druck bereitzustellen. Die modulare Hydraulikeinheit weist eine zweite Ausgangsschnittstelle zum Bereitstellen des zweiten Ausgangsdrucks an eine zweite Hauptsteuereinheit auf, um somit basierend auf dem zweiten Ausgangsdruck über die zweite Hauptsteuereinheit eine gewünschte, zweite Funktion der Arbeitsmaschine zu aktivieren. Ferner weist die modulare Hydraulikeinheit ein zweites Wechselventil zum wahlweisen Übertragen des vom Benutzer vorgegebenen, zweiten Eingangsdrucks an das zweite Druckregelventil oder des vom vorgeschalteten Ventil eingestellten, zweiten Druckes an das zweite Druckregelventil auf.
Somit können durch die modulare Hydraulikeinheit mehrere Funktionen der Arbeitsmaschine gleichzeitig aktiviert werden. Dabei kann durch jedes Druckregelventil der modularen Hydraulikeinheit (erstes Druckregelventil, zweites Druckregelventil, etc.) jeweils ein eigener Ausgangsdruck an den entsprechenden Ausgangsschnittstellen (erste Ausgangsschnittstelle, zweite Ausgangsschnittstelle, etc.) bereitgestellt werden, wobei basierend auf den einzelnen Ausgangsdrücken und über jeweils separate Hauptsteuereinheiten eine jeweils zugeordnete Funktion ausgewählt bzw. aktiviert werden kann.
Es muss dabei lediglich ein einziges vorgeschaltetes Ventil vorgesehen sein, mit dem die Drücke an den verschiedenen Druckregelventilen bereitgestellt werden. Es ist damit nicht erforderlich für jedes Druckregelventil ein eigenes vorgeschaltetes Ventil vorzusehen. Damit kann eine erhebliche Platzersparnis erreicht werden, wodurch letztlich auch die modulare Hydraulikeinheit platzsparend ausgeführt sein kann. Dies ist von Vorteil, wenn die modulare Hydraulikeinheit in ein bereits vorhandenes Hydrauliksystem einer Arbeitsmaschine eingesetzt werden soll, deren Bauraum aus konstruktiven Gründen begrenzt ist. Im Bereich jeder Eingangsschnittstelle kann ferner eine eigene Messeinheit vorgesehen sein, mittels welcher Messdaten bezüglich einer von dem Benutzer auf eine Eingabeeinheit ausgeübten Kraft und/oder bezüglich einer von dem Benutzer auf eine Eingabeeinheit vorgegebenen Bewegung erfasst werden können.
Diese Logik bzw. diese Anordnung der Komponenten in der modularen Hydraulikeinheit lässt sich auf alle hydraulischen Arbeitsmaschinen übertragen. Die Lösung ist insbesondere vorteilhaft bei Nachrüstungen, aber auch für kostengünstige Ab-Werk-Lösungen ohne großen Eingriff, bei denen Fahrereingaben gemindert, unterdrückt und elektronisch geregelt werden müssen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt ein wahlweises Übertragen des vom Benutzer vorgegebenen Eingangsdrucks an das erste Druckregelventil oder des vom vorgeschalteten Ventil eingestellten Druckes an das erste Druckregelventil nur dann, wenn das Bereitstellen des von dem Benutzer vorgegebenen, zweiten Eingangsdrucks an der zweiten Eingangsschnittstelle unterbunden ist.
Mit anderen Worten ist es möglich, dass lediglich ein Eingangsdruck oder ein vom vorgeschalteten Ventil eingestellter Druck für das jeweils zugeordnete Druckregelventil bereitgestellt wird und alle anderen Druckregelventile quasi inaktiv bleiben. Dadurch kann gewährleistet werden, dass lediglich eine Funktion der Baumaschine aktiviert wird und alle anderen Funktionen deaktiviert bleiben. Dies rührt daher, dass der Joystick, das heißt die Eingabeeinheit der Arbeitsmaschine nicht gleichzeitig vor und zurück bewegt werden kann.
Allerdings ist es auch möglich zwei unterschiedliche Druckregelventile gleichzeitig mit Druck zu beaufschlagen. Das heißt beispielsweise, dass am ersten Druckregelventil der erste Eingangsdruck oder der vom vorgeschalteten Ventil eingestellte, erste Druck bereitgestellt wird und gleichzeitig am zweiten Druckregelventil der zweite Eingangsdruck oder der vom vorgeschalteten Ventil eingestellte, zweite Druck bereitgestellt wird. Dies kann der Fall sein, wenn der Joystick, das heißt die Eingabeeinheit der Arbeitsmaschine gleichzeitig vor und nach rechts bewegt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug mit der zuvor beschriebenen modularen Hydraulikeinheit angegeben.
Das Fahrzeug ist beispielsweise eine mobile Baumaschine bzw. ein Baufahrzeug. Zum Beispiel ist das Fahrzeug ein Bagger, ein Radlader oder dergleichen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Verwendung der zuvor beschriebenen modularen Hydraulikeinheit in einem Baufahrzeug angegeben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Steuersystem für eine Arbeitsmaschine angegeben. Das Steuersystem weist die zuvor beschriebene modulare Hydraulikeinheit, eine Eingabeeinheit zur Erfassung einer von dem Benutzer auf die Eingabeeinheit ausgeübten Kraft und/oder bezüglich einer von dem Benutzer auf die Eingabeeinheit vorgegebenen Bewegung sowie eine Hauptsteuereinheit zum Aktivieren einer gewünschten Funktion der Arbeitsmaschine auf. Der an der Eingangsschnittstelle vom Benutzer vorgegebene Eingangsdruck der modularen Hydraulikeinheit basiert auf der durch den Benutzer auf die Eingabeeinheit ausgeübten Kraft und/oder auf der von dem Benutzer auf die Eingabeeinheit vorgegebenen Bewegung. Der an der Ausgangsschnittstelle der modularen Hydraulikeinheit bereitgestellte Ausgangsdruck korrespondiert mit einer Intensität, insbesondere einem Ausmaß der gewünschten Funktion der Arbeitsmaschine.
Mit anderen Worten ist die modulare Hydraulikeinheit ein Teil des Steuersystems der Arbeitsmaschine, wobei die modulare Hydraulikeinheit wie ein Baukasten in das Steuersystem einsetzbar ist und auch wieder aus dem System entfernbar ist, beispielsweise zu Reparaturzwecken.
Die Eingabeeinheit ist beispielsweise eine Benutzerschnittstelle, welche es erlaubt Bewegungen des Benutzers zu erfassen. Beispielsweise ist die Eingabeeinheit ein Joystick, über welchen die Bewegungen oder die ausgeübten Kräfte durch den Benutzer erfasst und übertragen werden können. Diese Bewegungen und/oder Kräfte gelangen dann als ein Eingangsdrucksignal, insbesondere als erster Eingangsdruck in die modulare Hydraulikeinheit, wo je nach Erhöhung oder Reduzierung des Eingangsdrucks der Eingangsdruck über das Wechselventil direkt auf das erste Druckregelventil übertragen wird oder der vom vorgeschalteten Ventil eingestellte Druck auf das erste Druckregelventil übertragen wird.
Anschließend gelangt der von dem ersten Druckregelventil ausgehende Ausgangsdruck über die Ausgangsschnittstelle zur Hauptsteuereinheit, womit die gewünschte Funktion der Arbeitsmaschine aktiviert wird.
Die Hauptsteuereinheit kann eine Haupthydraulikeinheit aufweisen, mittels welcher die Funktion der Arbeitsmaschine direkt angesteuert werden kann. Beispielsweise kann die Haupthydraulikeinheit an einen Auslegerzylinder, einen Stielzylinder und/oder einen Löffelzylinder eines Baggers angeschlossen sein. Die gewünschte Funktion kann somit eine Bewegung des Auslegers, des Stiels und/oder des Löffels des Baggers sein.
Der an der Ausgangsschnittstelle der modularen Hydraulikeinheit bereitgestellte Ausgangsdruck korrespondiert mit einer Intensität der gewünschten Funktion der Arbeitsmaschine. Es ist möglich, dass der Ausgangsdruck an der Ausgangsschnittstelle mit einer Geschwindigkeit und/oder einer Kraft der gewünschten Funktion korrespondiert.
Je höher beispielsweise der Ausgangsdruck der modularen Hydraulikeinheit ist, desto schneller kann die Hauptsteuereinheit bzw. der zugeordnete Zylinder des Baggers bewegt werden. Ferner kann beispielsweise die Hauptsteuereinheit bzw. der zugeordnete Zylinder des Baggers mit einer größeren Kraft bewegt werden bewegt werden, wenn der Ausgangsdruck größer ist.
In der erfindungsgemäßen modularen Hydraulikeinheit ist ein zentrales Wegeventil vorgesehen, welches für die Aktivierung der gewünschten bzw. ausgewählten Funktion verantwortlich ist. Ist dieses Ventil deaktiviert, d. h. ist das vorgeschaltete Ventil vom Druckregelventil entkoppelt, ist es möglich, dass sich der Bagger exakt so verhält wie ohne eingebauter modularer Hydraulikeinheit. Das nachgeschaltete proportionale Druckregelventil bzw. die nachgeschalteten proportionalen Druckregelventile (pro Funktion eines) können nun die vom Fahrer kommende Eingabe (Joystickausschlag) abmindern. Dies kann bis zum Stillstand erfolgen. Die Druckregelventile regeln hier also Fahrereingaben negativ, d. h. es kommt zu einer Druckreduzierung.
Für den Fall, dass das Wegeventil so geschaltet ist, dass die Eingangsschnittstelle vom Druckregelventil entkoppelt ist, werden sämtliche vom Fahrer kommende Eingaben ignoriert bzw. abgeblockt. Diese Eingaben können nun mithilfe der Messeinheit, insbesondere der in der Messeinheit vorgesehenen Drucksensoren gemessen und an das Steuergerät weitergegeben werden. Die vom Steuergerät kommenden Daten werden durch die proportionalen Druckregelventile bzw. Druckminderventile umgesetzt. Die Druckregelventile regeln hier also die Steuergeräteingaben positiv, d. h. es kommt zu einer Druckerhöhung.
Eines der Hauptvorteile dieser Schaltung liegt darin, dass beliebig viele Funktionsblöcke nachgeschaltet werden können welche sich das vorgeschaltete Ventil, d. h. das zentrale Wegeventil teilen. Dadurch kann eine sehr kompakte und übersichtliche Hydraulik realisiert werden.
Generell erlaubt es die modulare Hydraulikeinheit, welche auch als Hydraulikschaltung bezeichnet werden kann, Funktionen in hydraulisch arbeitenden, mobilen oder stationären Arbeitsmaschinen zu messen, anzusteuern, zu übersteuern und zu deaktivieren.
Sie erlaubt es insbesondere, Fahrereingaben, die über eine Eingabeeinheit und ein hydraulisches Vorsteuergerät weitergeleitet werden, zu erkennen bzw. zu messen (Druckmessung). Diese Anordnung kann, ein vom Eingangsdrucksignal unabhängiges Ausgangsdrucksignal erzeugen, indem es dieses verstärkt oder beispielsweise bis zur Deaktivierung abschwächt. Die modulare Hydraulikeinheit wird vorzugsweise zwischen die Eingabeeinheit und die Hauptsteuereinheit einer hydraulisch arbeitenden Arbeitsmaschine in den Vorsteuerkreis geschaltet.
Es kann eine elektronisch geregelte Ansteuerung der Vorsteuerhydraulik vorgesehen sein, um aktiv in den Arbeitsprozess einzugreifen. Dadurch wird der Fahrer unterstützt und ggf. werden Bewegungen unabhängig von der Ansteuerung ausgeführt oder diese Bewegungen werden in Gefahrensituationen verlangsamt oder gestoppt.
Ein Vorteil der modularen Hydraulikeinheit liegt insbesondere darin, einen kompakten Hydraulikblock zu realisieren, welcher durch seine Modularität auch in kleinste Maschinen eingebaut werden kann.
Figurenliste

1 zeigt ein Steuersystem für eine Arbeitsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt eine modulare Hydraulikeinheit für eine Arbeitsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt eine modulare Hydraulikeinheit für eine Arbeitsmaschine gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt eine modulare Hydraulikeinheit für eine Arbeitsmaschine gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 zeigt eine Arbeitsmaschine mit einem Steuersystem und einer modularen Hydraulikeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Werden in der folgenden Figurenbeschreibung in verschiedenen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Gleiche oder ähnliche Elemente können aber auch durch unterschiedliche Bezugszeichen bezeichnet sein.
1 zeigt ein Steuersystem 200 für eine Arbeitsmaschine 100. Das Steuersystem 200 weist eine modulare Hydraulikeinheit 10, eine Eingabeeinheit 50 zur Erfassung einer von dem Benutzer auf die Eingabeeinheit 50 ausgeübten Kraft und/oder bezüglich einer von dem Benutzer auf die Eingabeeinheit 50 vorgegebenen Bewegung sowie eine Hauptsteuereinheit 30 zum Aktivieren einer gewünschten Funktion der Arbeitsmaschine 100 auf. Ferner kann das Steuersystem 200 ein hydraulisches Vorsteuergerät 40 und einen Hydraulikzylinder 70 aufweisen. Die Eingabeeinheit 50, das hydraulische Vorsteuergerät 40, die modulare Hydraulikeinheit 10, die Hauptsteuereinheit 30 und der Hydraulikzylinder 70 können dabei in dieser Reihenfolge hintereinandergeschaltet in der Arbeitsmaschine 100 vorgesehen sein. Diese Komponenten des Steuersystems 200 können über Verbindungsleitungen 1, 2, 3 miteinander kommunizierfähig verbunden sein. Insbesondere können diese Komponenten über Hydraulikleitungen miteinander verbunden sein. Die modulare Hydraulikeinheit 10 weist eine Eingangsschnittstelle 11 zur Verbindung mit dem hydraulischen Vorsteuergerät 40 und eine Ausgangsschnittstelle 14 zur Verbindung mit der Hauptsteuereinheit 30 auf. Ferner weist die modulare Hydraulikeinheit 10 eine Schnittstelle 61 zu einem Steuergerät 60 auf.
Der an der Eingangsschnittstelle 11 vom Benutzer vorgegebene Eingangsdruck der modularen Hydraulikeinheit 10 basiert auf der durch den Benutzer auf die Eingabeeinheit 50 ausgeübten Kraft und/oder auf der von dem Benutzer auf die Eingabeeinheit 50 vorgegebenen Bewegung. Eine beispielhafte Kraft und/oder Bewegung der Eingabeeinheit 50, welche hier ein Joystick ist, ist durch den Pfeil 51 gekennzeichnet. Der an der Ausgangsschnittstelle 14 der modularen Hydraulikeinheit 10 bereitgestellte Ausgangsdruck korrespondiert mit einer Intensität der gewünschten Funktion der Arbeitsmaschine 100, da der Ausgangsdruck über die Verbindungsleitung 2 an die Hauptsteuereinheit 30 weitergegeben wird und der Hydraulikzylinder 70 über die Verbindungsleitung 3 von der Hauptsteuereinheit 30 gesteuert wird. Für den Fall, dass die Arbeitsmaschine 100 ein Bagger ist, ist der Hydraulikzylinder 70 ein Auslegerzylinder, ein Stielzylinder und/oder ein Löffelzylinder des Baggers. Eine Bewegung des Hydraulikzylinders 70 ist anhand des Bewegungsverlaufs 71 schematisch in 1 wiedergegeben.
Das in 1 gezeigte Steuersystem 200 ermöglicht es, Benutzereingaben zu erkennen bzw. zu messen, insbesondere eine Druckmessung durchzuführen. Die modulare Hydraulikeinheit 10 kann ein vom Eingangsdrucksignal unabhängiges Ausgangsdrucksignal erzeugen, indem es dieses verstärkt oder beispielsweise bis zur Deaktivierung abschwächt. Die modulare Hydraulikeinheit 10 wird zwischen der Eingabeeinheit 50 und dem Steuerblock 30 der hydraulisch arbeitenden Arbeitsmaschine 100 in den Vorsteuerkreis geschaltet.
2 zeigt eine modulare Hydraulikeinheit 10 für eine Arbeitsmaschine 100. Die modulare Hydraulikeinheit 10 weist eine Eingangsschnittstelle 11 zum Bereitstellen eines von einem Benutzer vorgegebenen Eingangsdrucks 11a auf. Ferner weist die modulare Hydraulikeinheit 10 ein erstes Druckregelventil 12 zum Bereitstellen eines Ausgangsdrucks 14a basierend auf dem vom Benutzer vorgegebenen Eingangsdruck 11a sowie ein vorgeschaltetes Ventil 13 zum Einstellen eines Druckes für das erste Druckregelventil 12 auf. Das erste Druckregelventil 12 ist ferner dazu ausgeführt, einen Ausgangsdruck 14a basierend auf dem vom vorgeschalteten Ventil 13 eingestellten Druck bereitzustellen. Die modulare Hydraulikeinheit 10 weist ferner eine Ausgangsschnittstelle 14 zum Bereitstellen des Ausgangsdrucks 14a an die in 2 nicht dargestellte Hauptsteuereinheit 30 auf, um somit basierend auf dem Ausgangsdruck 14a eine gewünschte Funktion der Arbeitsmaschine 100 zu aktivieren. Die modulare Hydraulikeinheit 10 weist ein Wechselventil 15 zum wahlweisen Übertragen des vom Benutzer vorgegebenen Eingangsdrucks 11a an das erste Druckregelventil 12 oder des vom vorgeschalteten Ventil 13 eingestellten Druckes an das erste Druckregelventil 12 auf.
Es ist eine Verbindungsleitung 19a zwischen der Eingangsschnittstelle 11 und dem ersten Eingang des Wechselventils 15 vorgesehen und eine weitere Verbindungsleitung 19b ist zwischen dem vorgeschalteten Ventil 13 und dem zweiten Eingang des Wechselventils 15 vorgesehen. Ferner kann eine weitere Verbindungsleitung 19c zwischen dem Ausgang des Wechselventils 15 und dem Druckregelventil 12 vorgesehen sein. Eine weitere Verbindungsleitung 19d verbindet das Druckregelventil 12 mit der Ausgangsschnittstelle 14 oder mit der in 2 nicht dargestellten Hauptsteuereinheit 30.
Die modulare Hydraulikeinheit 10 weist eine Messeinheit 11b zum Erfassen von Messdaten bezüglich einer von dem Benutzer auf die in 2 nicht dargestellte Eingabeeinheit 50 ausgeübten Kraft und/oder bezüglich einer von dem Benutzer auf die Eingabeeinheit 50 vorgegebenen Bewegung auf.
Die Messeinheit 11b misst in dem in 2 dargestellten Beispiel den Druck im Bereich der Eingangsschnittstelle 11. Damit kann der Eingangsdruck 11a gemessen werden. Die Messeinheit 11b kann Druckschalter aufweisen, welche eine Bewegungsrichtung der Benutzereingabe an der Eingabeeinheit 50 messen.
Die modulare Hydraulikeinheit 10 weist ferner eine Schnittstelle 18 zu dem in 1 dargestellten Steuergerät 60 auf. Ebenso kann die modulare Hydraulikeinheit 10 auch jeweils eine Schnittstelle 16b, 17b zu einer Pumpe 16, insbesondere einer Hydraulikpumpe sowie zu einem Tank 17 aufweisen. Von der Pumpe 16 wird ein Pumpendruck 16a bereitgestellt, welcher an dem vorgeschalteten Ventil 13 anliegt. Von dem Tank 17 wird ein Tankdruck 17a bereitgestellt, welcher an dem vorgeschalteten Ventil 13 anliegt.
Die Leitung 17c verbindet den Tank 17 mit dem Druckregelventil 12. Das bedeutet, dass ein Tankdruck am Druckregelventil 12 bereitgestellt und dieses damit entlastet werden kann. Der Tankdruck kann etwa gleich einem Umgebungsdruck oder höher als der Umgebungsdruck sein.
Der Hauptsteuerblock, d. h. die Hauptsteuereinheit 30 kann Schieber zum Ansteuern der Hydraulikzylinder aufweisen. Es kann vorgesehen sein, dass die Schieber im Hauptsteuerblock auf Tankniveau entlastet bzw. entlüftet werden. Dazu kann die Druckdifferenz am ersten Eingang des Schiebers und am zweiten Eingang gleich groß sein, was wiederum dazu führt, dass die angesteuerte Seite des Schiebers ein deutlich höheres Druckniveau benötigt. Das Druckregelventil 12 wird dann in der sog. 0-Position entlastet.
Das Wechselventil wird in diesem Fall auch in 0-Position entlastet, damit es schalten kann. Das bedeutet mit anderen Worten, dass das Wechselventil 15 in eine vollständig entkoppelte Position schalten kann, in der entweder die Eingangsschnittstelle 11 vom Druckregelventil 12 entkoppelt ist oder das vorgeschaltete Ventil 13 vom Druckregelventil 12 entkoppelt ist. Das hydraulische Vorsteuergerät, auf dem beispielsweise der Joystick aufsteckt ist, kann ebenso in 0-Position zum Tank entlastet werden.
Das erste Druckregelventil 12 ist dazu ausgeführt, einen für die gewünschte Funktion der Arbeitsmaschine 100 bereitgestellten Ausgangsdruck 14a zu reduzieren, wenn das Wechselventil 15 den vom Benutzer vorgegebenen Eingangsdruck 11a an das erste Druckregelventil 12 überträgt und das vorgeschaltete Ventil 13 vom ersten Druckregelventil 12 entkoppelt ist. Um das vorgeschaltete Ventil 13 vom ersten Druckregelventil 12 zu entkoppeln, schaltet das Wechselventil 15 derart, dass der Durchfluss vom vorgeschalteten Ventil 13 zum ersten Druckregelventil 12 blockiert bzw. unterbrochen ist und der Durchfluss von der Eingangsschnittstelle 11 zum ersten Druckregelventil 12 freigegeben ist. Der Eingangsdruck 11a wird dann vom Druckregelventil 12 auf den Ausgangsdruck 14a reduziert.
Das erste Druckregelventil 12 ist dazu ausgeführt, einen für die gewünschte Funktion der Arbeitsmaschine 100 bereitgestellten Ausgangsdruck 14a zu erhöhen, wenn das Wechselventil 15 den vom vorgeschalteten Ventil 13 eingestellten Druck an das erste Druckregelventil 12 überträgt und die Eingangsschnittstelle 11 vom ersten Druckregelventil 12 entkoppelt ist. Um die Eingangsschnittstelle 11 vom ersten Druckregelventil 12 zu entkoppeln, schaltet das Wechselventil 15 derart, dass der Durchfluss von der Eingangsschnittstelle 11 zum ersten Druckregelventil 12 blockiert bzw. unterbrochen ist und der Durchfluss vom vorgeschalteten Ventil 13 zum ersten Druckregelventil 12 freigegeben ist. Der Ausgangsdruck 14a wird dann über das vorgeschaltete Ventil vom Druckregelventil 12 basierend auf dem gemessenen Eingangsdruck 11a erhöht.
Mit anderen Worten gelangt die Fahrereingabe bzw. Benutzereingabe hier das Joysticksignal genannt, für den Fall, dass das vorgeschaltete Ventil 13 abgeschaltet ist, über das Wechselventil 15 zum proportionalen Druckregelventil 12. Dort regelt nun das in 1 dargestellte Steuergerät 60 über die Schnittstelle 18 die Intensität des Ausschlags negativ, d.h. es kann die Benutzereingabe abschwächen, beispielsweise bis zum Stillstand. Der Eingangsdruck 11a wird also über das vom Steuergerät 60 gesteuerte, erste Druckregelventil 12 reduziert, womit die Benutzereingabe abgeschwächt wird und die Intensität der vom Benutzer vorgegebenen Kraft oder Bewegung verringert wird.
Wird nun das vorgeschaltete Ventil 13 aktiviert, so liegt am Wechselventil 15 und demnach auch am proportionalen Druckregelventil 12 der Pumpendruck 16a an, der höher ist als der Joysticksignaldruck bzw. der Eingangsdruck 11a. Nun kann das proportionale Druckregelventil 12 die Intensität mittels des Steuergeräts 60 positiv regeln, d.h. von null bis beispielsweise zur maximalen Geschwindigkeit ansteuern. In diesem Fall kann die Fahrereingabe bzw. Benutzereingabe über die Messeinheit 11b nach wie vor erkannt werden, ohne jedoch direkten Einfluss auf den Ausgangsdruck 14a zu haben.
Somit kann, für den Fall, dass das Wechselventil 15 den Durchfluss zwischen vorgeschaltetem Ventil 13 und erstem Druckregelventil 12 freigibt und den Durchfluss zwischen Eingangsschnittstelle 11 und erstem Druckregelventil 12 blockiert, dennoch eine Messung der vom Benutzer auf die Eingabeeinheit 50 ausgeübten Kraft und/oder Bewegung erfolgen, so dass die Messdaten verwendet werden können, um den Ausgangsdruck 14a ausgehend von dem vom vorgeschalteten Ventil 13 eingestellten Druck, beispielsweise mittels Ansteuerung durch das Steuergerät 60, zu erhöhen.
Für den Fall, dass das Wechselventil 15 den Durchfluss zwischen vorgeschaltetem Ventil 13 und erstem Druckregelventil 12 blockiert und den Durchfluss zwischen Eingangsschnittstelle 11 und erstem Druckregelventil 12 freigibt, kann die vom Benutzer auf die Eingabeeinheit 50 ausgeübte Kraft und/oder Bewegung direkt aufgrund von Messdaten, welche durch die Messeinheit 11b erfasst wurden, reduziert werden.
3 zeigt eine Modulare Hydraulikeinheit 10 zur Aktivierung mehrerer gewünschter Funktionen. Die modulare Hydraulikeinheit 10 weist eine erste Eingangsschnittstelle 11 zum Bereitstellen eines von einem Benutzer vorgegebenen, ersten Eingangsdrucks 11a auf. Ferner weist die modulare Hydraulikeinheit 10 ein erstes Druckregelventil 12 zum Bereitstellen eines ersten Ausgangsdrucks 14a basierend auf dem vom Benutzer vorgegebenen, ersten Eingangsdruck 11a sowie ein vorgeschaltetes Ventil 13 zum Einstellen eines ersten Druckes für das erste Druckregelventil 12 auf. Das erste Druckregelventil 12 ist ferner dazu ausgeführt, einen ersten Ausgangsdruck 14a basierend auf dem vom vorgeschalteten Ventil 13 eingestellten, ersten Druck bereitzustellen. Die modulare Hydraulikeinheit 10 weist ferner eine erste Ausgangsschnittstelle 14 zum Bereitstellen des ersten Ausgangsdrucks 14a an eine erste Hauptsteuereinheit 30 auf, um somit basierend auf dem ersten Ausgangsdruck 14a über die erste Hauptsteuereinheit 30 eine gewünschte, erste Funktion der Arbeitsmaschine 100 zu aktivieren. Die modulare Hydraulikeinheit 10 weist ein erstes Wechselventil 15 zum wahlweisen Übertragen des vom Benutzer vorgegebenen, ersten Eingangsdrucks 11a an das erste Druckregelventil 12 oder des vom vorgeschalteten Ventil 13 eingestellten, ersten Druckes an das erste Druckregelventil 12 auf.
Die modulare Hydraulikeinheit 10 weist eine zweite Eingangsschnittstelle 21 zum Bereitstellen eines von einem Benutzer vorgegebenen, zweiten Eingangsdrucks 21a auf. Ferner weist die modulare Hydraulikeinheit 10 ein zweites Druckregelventil 22 zum Bereitstellen eines zweiten Ausgangsdrucks 24a basierend auf dem vom Benutzer vorgegebenen, zweiten Eingangsdruck 21a auf. Das vorgeschaltete Ventil 13 ist dazu ausgeführt, einen zweiten Druck für das zweite Druckregelventil 22 einzustellen und das zweite Druckregelventil 22 ist dazu ausgeführt, einen zweiten Ausgangsdruck 24a basierend auf dem vom vorgeschalteten Ventil 13 eingestellten, zweiten Druck bereitzustellen. Die modulare Hydraulikeinheit 10 weist eine zweite Ausgangsschnittstelle 24 zum Bereitstellen des zweiten Ausgangsdrucks 24a an eine zweite Hauptsteuereinheit 31 auf, um somit basierend auf dem zweiten Ausgangsdruck 24a über die zweite Hauptsteuereinheit 31 eine gewünschte, zweite Funktion der Arbeitsmaschine 100 zu aktivieren. Die modulare Hydraulikeinheit 10 weist ein zweites Wechselventil 25 zum wahlweisen Übertragen des vom Benutzer vorgegebenen, zweiten Eingangsdrucks 21a an das zweite Druckregelventil 22 oder des vom vorgeschalteten Ventil 13 eingestellten, zweiten Druckes an das zweite Druckregelventil 22 auf.
Wie der 3 zu entnehmen ist, können eine Vielzahl von zusätzlichen Eingangsschnittstellen, Wechselventilen, Druckregelventilen und Ausgangsschnittstellen in der modularen Hydraulikeinheit 10 vorgesehen sein, um somit eine Vielzahl von gewünschten Funktionen über die modulare Hydraulikeinheit 10 zu aktivieren. Es ist möglich, dass für die Aktivierung sämtlicher gewünschter Funktionen der Vielzahl von Funktionen lediglich ein vorgeschaltetes Ventil 13 bzw. Wegeventil 13 benötigt wird.
Mit anderen Worten ist die in der 3 dargestellte modulare Hydraulikeinheit 10 somit die in der 2 dargestellte modulare Hydraulikeinheit 10 skaliert für mehrere Funktionen, wobei lediglich ein vorgeschaltetes Ventil 13 in der modularen Hydraulikeinheit 10 vorgesehen ist.
4 zeigt eine modulare Hydraulikeinheit 10 mit einem Steuerblock 1, welcher über einen Eingangsblock 2 mit Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Öl aus der Hydraulikpumpe 16 versorgt wird. Der Eingangsblock 2 weist das vorgeschaltete Ventil 13 auf. Dabei ist die Hydraulikpumpe vorzugsweise nicht Bestandteil der modularen Hydraulikeinheit 10, sondern Bestandteil der Arbeitsmaschine 200, in welche die modulare Hydraulikeinheit 10 eingesetzt wird. Die Messeinheit 1 1b dient zur redundanten Messung der Fahrereingaben.
Die Fahrereingaben 11a, 21a, welche z.B. durch ein hydraulisches Vorsteuergerät als Drucksignale erzeugt werden und nur abwechselnd auftreten können, werden zur Messeinheit 1 1b geführt. Die in dieser Messeinheit 1 1b befindlichen Druckschalter 9a, 9b messen die Richtung und/oder die Kraft der jeweiligen Fahrereingabe 11a oder 21a. Durch das vorgeschaltete Ventil 13, welches den höheren Druck durchleitet (der höhere Druck entspricht der Fahrereingabe), kann mittels dem in der Messeinheit 11b vorgesehenen Drucksensor 9 eine Höhe bzw. Intensität der Eingabe gemessen werden. Das vorgeschaltete Ventil 13 ist in dem in 4 dargestellten Fall ein zentrales Wegeventil 13. Das vorgeschaltete Ventil 13 ist in 4 als Druckregelventil ausgestaltet.
Durch die Messeinheit 11b wird sichergestellt, dass unabhängig von der eigentlichen Ansteuerung der Arbeitsmaschine 100, alle Fahrereingaben gemessen werden. Sind beide Druckschalter 9a und 9b aktiviert, so liegt ein Fehler vor und das zentrale Wegeventil 13 im Eingangsblock 2 kann nicht geschaltet werden, d. h. eine Einstellung des Druckes durch das zentrale Wegeventil 13 für das Druckregelventil 12, 22 ist nicht möglich.
Der Eingangsblock 2 kann ein oder mehrere parallel geschaltete Steuerblöcke 1 mit Öl versorgen, um z. B. alle Fahrereingaben, wie sie bei einem Hydraulikbagger auftreten, elektronisch zu manipulieren.
Ist das zentrale Wegeventil 13 im Eingangsblock 2 nicht aktiv (wie dargestellt), so wird die Fahrereingabe bzw. der Eingangsdruck 11a oder 21a unbeeinflusst durch die Wechselventile 15 und 25 (Schaltstellung wie dargestellt) auf die proportionalen Druckregelventile 12 und 22 geleitet, welche im bestromten Zustand (wie dargestellt) den Druck an die jeweils zugeordnete Hauptsteuereinheit 30, 31 (nicht dargestellt) über die Ausgangsschnittstellen 14, 24 ausgeben.
Soll eine Fahrereingabe abgeschwächt bzw. gestoppt werden, wird der Eingangsdruck 11a, 11b durch die Drosselung im dazugehörenden Druckregelventil 12 bzw. 22 reduziert.
Soll die Fahrereingabe dagegen verstärkt werden, so wird das zentrale Wegeventil 11 im Eingangsblock 2 aktiviert. Die beiden Wechselventile 15 und 25 schalten um (Schaltstellung nicht dargestellt) und so wird der durch die Pumpe 16 erzeugte Druck an die Druckregelventile 12, 22 geleitet. Nun hat der Fahrer keine direkte Kontrolle mehr über das Ausgangsdrucksignal 14a bzw. 24a. Über die Druckmessung in der Messeinheit 11b wird die Fahrereingabe erfasst und über die beiden Druckregelventile 12, 22 wird das Drucksignal wie gefordert manipuliert. Zudem ist es in dieser Schaltkonfiguration auch möglich, eine proportionale Gegenbewegung auszuführen.
Es sei angemerkt, dass die Druckregelventile 12, 22 auch als Druckminderventile bezeichnet werden können. Ferner kann das Eingangsdrucksignal 1 1a, 21a einen Eingangsdruck bezeichnen und das Ausgangsdrucksignal 14a, 24a einen Ausgangsdruck. Ein Drucksignal kann demzufolge auch ein bestimmter anliegender Druck sein.
Es ist möglich, dass der Steuerblock 1 und der Eingangsblock 2 Bestandteile der modularen Hydraulikeinheit 10 sein können. Ferner können aber auch die Messeinheit 11b und/oder die Pumpe 16 Bestandteil der modularen Hydraulikeinheit 10 sein.
5 zeigt eine Arbeitsmaschine 100. Die Arbeitsmaschine 100 ist ein Fahrzeug 300, insbesondere ein Bagger 300 mit dem erfindungsgemäßen Steuersystem 200. Das Steuersystem 200 weist die erfindungsgemäße modulare Hydraulikeinheit 10 auf.

Claims

Modulare Hydraulikeinheit (10) für eine Arbeitsmaschine (100), aufweisend: eine Eingangsschnittstelle (11) zum Bereitstellen eines von einem Benutzer vorgegebenen Eingangsdrucks (11a); ein erstes Druckregelventil (12) zum Bereitstellen eines Ausgangsdrucks (14a) basierend auf dem vom Benutzer vorgegebenen Eingangsdruck (11a); ein vorgeschaltetes Ventil (13) zum Einstellen eines Druckes für das erste Druckregelventil (12); wobei das erste Druckregelventil (12) ferner dazu ausgeführt ist, einen Ausgangsdruck (14a) basierend auf dem vom vorgeschalteten Ventil (13) eingestellten Druck bereitzustellen; eine Ausgangsschnittstelle (14) zum Bereitstellen des Ausgangsdrucks (14a) an eine Hauptsteuereinheit (30), um somit basierend auf dem Ausgangsdruck (14a) über die Hauptsteuereinheit (30) eine gewünschte Funktion der Arbeitsmaschine (100) zu aktivieren; ein Wechselventil (15) zum wahlweisen Übertragen des vom Benutzer vorgegebenen Eingangsdrucks (11a) an das erste Druckregelventil (12) oder des vom vorgeschalteten Ventil (13) eingestellten Druckes an das erste Druckregelventil (12).
Modulare Hydraulikeinheit (10) nach Anspruch 1, aufweisend: ein zweites Druckregelventil (22); wobei das vorgeschaltete Ventil (13) ferner dazu ausgeführt ist, einen zweiten Druck für das zweite Druckregelventil (22) einzustellen.
Modulare Hydraulikeinheit (10) nach Anspruch 2, wobei lediglich ein einziges vorgeschaltetes Ventil (13) zum Einstellen des Drucks für das erste Druckregelventil (12) und zum Einstellen des zweiten Drucks für das zweite Druckregelventil (22) in der modularen Hydraulikeinheit (10) vorgesehen ist.
Modulare Hydraulikeinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: eine Messeinheit (11b) zum Erfassen von Messdaten bezüglich einer von dem Benutzer auf eine Eingabeeinheit (50) ausgeübten Kraft und/oder bezüglich einer von dem Benutzer auf eine Eingabeeinheit (50) vorgegebenen Bewegung.
Modulare Hydraulikeinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Druckregelventil (12) dazu ausgeführt ist, einen für die gewünschte Funktion der Arbeitsmaschine (100) bereitgestellten Ausgangsdruck (14a) zu reduzieren, wenn das Wechselventil (15) den vom Benutzer vorgegebenen Eingangsdruck (11a) an das erste Druckregelventil (12) überträgt und das vorgeschaltete Ventil (13) vom ersten Druckregelventil (12) entkoppelt ist.
Modulare Hydraulikeinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Druckregelventil (12) dazu ausgeführt ist, einen für die gewünschte Funktion der Arbeitsmaschine (100) bereitgestellten Ausgangsdruck (14a) zu erhöhen, wenn das Wechselventil (15) den vom vorgeschalteten Ventil (13) eingestellten Druck an das erste Druckregelventil (12) überträgt und die Eingangsschnittstelle (11) vom ersten Druckregelventil (12) entkoppelt ist.
Modulare Hydraulikeinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vom vorgeschalteten Ventil (13) eingestellte Druck für das erste Druckregelventil (12) einem an dem vorgeschalteten Ventil (13) anliegenden Pumpendruck (16a) entspricht.
Modulare Hydraulikeinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: eine zweite Eingangsschnittstelle (21) zum Bereitstellen eines von einem Benutzer vorgegebenen, zweiten Eingangsdrucks (21a); ein zweites Druckregelventil (22) zum Bereitstellen eines zweiten Ausgangsdrucks (24a) basierend auf dem vom Benutzer vorgegebenen, zweiten Eingangsdruck (21a); wobei das vorgeschaltete Ventil (13) dazu ausgeführt ist, einen zweiten Druck für das zweite Druckregelventil (22) einzustellen; wobei das zweite Druckregelventil (22) ferner dazu ausgeführt ist, einen zweiten Ausgangsdruck (24a) basierend auf dem vom vorgeschalteten Ventil (13) eingestellten, zweiten Druck bereitzustellen; eine zweite Ausgangsschnittstelle (24) zum Bereitstellen des zweiten Ausgangsdrucks (24a) an eine zweite Hauptsteuereinheit (31), um somit basierend auf dem zweiten Ausgangsdruck (24a) über die zweite Hauptsteuereinheit (31) eine gewünschte, zweite Funktion der Arbeitsmaschine (100) zu aktivieren; ein zweites Wechselventil (25) zum wahlweisen Übertragen des vom Benutzer vorgegebenen, zweiten Eingangsdrucks (21a) an das zweite Druckregelventil (22) oder des vom vorgeschalteten Ventil (13) eingestellten, zweiten Druckes an das zweite Druckregelventil (22).
Modulare Hydraulikeinheit (10) nach Anspruch 8, wobei ein wahlweises Übertragen des vom Benutzer vorgegebenen Eingangsdrucks (11a) an das erste Druckregelventil (12) oder des vom vorgeschalteten Ventil (13) eingestellten Druckes an das erste Druckregelventil (12) nur dann erfolgt, wenn das Bereitstellen des von dem Benutzer vorgegebenen, zweiten Eingangsdrucks (21a) an der zweiten Eingangsschnittstelle (21) unterbunden ist.
Fahrzeug (300) mit einer modularen Hydraulikeinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Steuersystem (200) für eine Arbeitsmaschine (100), aufweisend: eine modulare Hydraulikeinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, eine Eingabeeinheit (50) zur Erfassung einer von dem Benutzer auf die Eingabeeinheit (50) ausgeübten Kraft und/oder bezüglich einer von dem Benutzer auf die Eingabeeinheit (50) vorgegebenen Bewegung; eine Hauptsteuereinheit (30) zum Aktivieren einer gewünschten Funktion der Arbeitsmaschine (100), wobei der an der Eingangsschnittstelle (11) vom Benutzer vorgegebene Eingangsdruck (11a) der modularen Hydraulikeinheit (10) auf der durch den Benutzer auf die Eingabeeinheit (50) ausgeübten Kraft und/oder auf der von dem Benutzer auf die Eingabeeinheit (50) vorgegebenen Bewegung basiert; wobei der an der Ausgangsschnittstelle (14) der modularen Hydraulikeinheit (10) bereitgestellte Ausgangsdruck (14a) mit einer Intensität der gewünschten Funktion der Arbeitsmaschine (100) korrespondiert.