DE102023103997B3 - Hydraulic system and method for controlling the hydraulic system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem (1, 26) für eine hydraulische Maschine (30). Das Hydrauliksystem (1, 26) umfasst ein elektrisch steuerbares erstes Fluidschaltventil (8), das über entsprechende Fluidleitungen (7, 9) mit einem Hydraulikzylinder (2, 28) und einem Hydraulikdruckspeicher (10) fluidisch verbunden ist.Es ist ein elektrisch steuerbares Druckregelventil (15) vorgesehen, das über ein weiteres elektrisch steuerbares Fluidschaltventil (16) mit dem Hydraulikdruckspeicher (10) fluidisch verbunden ist und das den Hydraulikdruckspeicher (10) wahlweise mit einer Hydraulikfluidpumpe (23) oder mit einem Hydraulikvorratsspeicher (6) verbindet. Eine elektronische Steuervorrichtung (11) kann in einem Druckausgleichsmodus betrieben werden, in dem der Druck im Hydraulikzylinder (2, 28) und der Druck im Hydraulikdruckspeicher (10) ausgeglichen sind; in einem Schwingungsdämpfungsmodus, in dem der Hydraulikzylinder (2, 28) und der Hydraulikfluiddruckspeicher (10) fluidisch miteinander verbunden sind und fluidisch von der Hydraulikfluidpumpe (23) und dem Hydraulikvorratsspeicher (6) getrennt sind; und in einem Druckregelmodus, in dem der Druck in dem Hydraulikzylinder (2, 28) so gesteuert wird, dass er auf der Grundlage eines Betriebsmodusbefehls und eines gemessenen Drucks an dem Hydraulikzylinder (2, 28) auf einem definierten Sollwert bleibt, indem das Druckregelventil (15) und die Hydraulikschaltventile (8, 16) entsprechend eingestellt werden.The invention relates to a hydraulic system (1, 26) for a hydraulic machine (30). The hydraulic system (1, 26) comprises an electrically controllable first fluid switching valve (8) which is fluidically connected to a hydraulic cylinder (2, 28) and a hydraulic pressure accumulator (10) via corresponding fluid lines (7, 9). An electrically controllable pressure regulating valve (15) is provided which is fluidically connected to the hydraulic pressure accumulator (10) via a further electrically controllable fluid switching valve (16) and which connects the hydraulic pressure accumulator (10) optionally to a hydraulic fluid pump (23) or to a hydraulic reservoir (6). An electronic control device (11) can be operated in a pressure compensation mode in which the pressure in the hydraulic cylinder (2, 28) and the pressure in the hydraulic pressure accumulator (10) are balanced; in a vibration damping mode in which the hydraulic cylinder (2, 28) and the hydraulic fluid pressure accumulator (10) are fluidically connected to one another and fluidically separated from the hydraulic fluid pump (23) and the hydraulic reservoir (6); and in a pressure control mode in which the pressure in the hydraulic cylinder (2, 28) is controlled to remain at a defined setpoint based on an operating mode command and a measured pressure at the hydraulic cylinder (2, 28) by adjusting the pressure control valve (15) and the hydraulic switching valves (8, 16) accordingly.
Description
Heutzutage wird eine Vielzahl von unterschiedlichen Arbeitsfahrzeugen mit einem angebauten Werkzeug in allen Arten von Anwendungsbereichen eingesetzt. Um nur einige Beispiele zu nennen, werden solche Fahrzeuge mit angebautem Werkzeug in der Industrie, auf Baustellen, in Steinbrüchen und in der Landwirtschaft eingesetzt.Nowadays, a variety of different work vehicles with an attached tool are used in all kinds of applications. To name just a few examples, such vehicles with attached tools are used in industry, on construction sites, in quarries and in agriculture.
Beispiele für derartige Maschinen sind Kompaktlader, Radlader, Teleskoplader, Telelader, Traktoren und dergleichen. Das gemeinsame Merkmal ist, dass solche Maschinen eine fahrzeugähnliche Konstruktion haben, d. h. sie haben ein bewegliches Fahrgestell (typischerweise mit Rädern und/oder mit Raupenketten), an dem ein hydraulisch bewegbares Werkzeug angebracht ist. Das Werkzeug kann (und wird typischerweise) aus verschiedenen Unterbaugruppen bestehen, die in der Regel gegeneinander beweglich sind.Examples of such machines are skid steer loaders, wheel loaders, telehandlers, telehandlers, tractors and the like. The common feature is that such machines have a vehicle-like construction, i.e. they have a movable chassis (typically with wheels and/or with crawler tracks) to which a hydraulically movable tool is attached. The tool can (and typically is) made up of various subassemblies, which are usually movable relative to one another.
Um das Beispiel eines Radladers heranzuziehen: Ein Radlader weist einen schwenkbaren Auslegerarm auf, an dem eine Schaufel (d. h. das Werkzeug) befestigt ist. Die Schaufel kann in Bezug auf den Auslegerarm gekippt werden. Daher können durch eine Kippbewegung der Schaufel Güter in der Schaufel aufgenommen werden, so dass die Güter an einen anderen Ort gebracht werden können (dazu wird die Schaufel in eine horizontale Position gebracht, wobei sich die Horizontale auf die Öffnung der Schaufel bezieht). Die Güter können dann am Bestimmungsort ausgekippt werden (durch Kippen der Schaufel in eine mehr oder weniger vertikale Position).To take the example of a wheel loader, a wheel loader has a pivoting boom arm to which a bucket (i.e. the tool) is attached. The bucket can be tilted in relation to the boom arm. Therefore, by tilting the bucket, goods can be picked up in the bucket so that the goods can be transported to another location (this is done by placing the bucket in a horizontal position, where the horizontal refers to the opening of the bucket). The goods can then be dumped at the destination (by tilting the bucket in a more or less vertical position).
Ein weiteres Beispiel für ein Werkzeug ist ein Kreiselmäher, der an einem Traktor befestigt ist. Der Kreiselmäher kann angehoben oder abgesenkt werden. Wird der Kreiselmäher in eine abgesenkte Position gebracht, kann er Gras oder Feldfrüchte mähen. In einer angehobenen Position ist der Mäher nicht in Betrieb und kann an einen anderen Einsatzort verbracht werden. Für den Anbau eines solchen Kreiselmähers kann ein Frontauslegerarm eines Traktors verwendet werden. Manchmal werden jedoch auch spezielle Anbringungsvorrichtungen/Befestigungsvorrichtungen (an der Vorderseite und/oder an der Rückseite des Traktors) verwendet.Another example of a tool is a rotary mower attached to a tractor. The rotary mower can be raised or lowered. When the rotary mower is placed in a lowered position, it can mow grass or crops. In a raised position, the mower is not in operation and can be moved to another location. A front boom arm of a tractor can be used to attach such a rotary mower. However, sometimes special attachments/mounting devices (on the front and/or rear of the tractor) are used.
Mit fortschreitendem technischen Fortschritt wächst der Wunsch nach Assistenzsystemen, die die Vielseitigkeit, den Komfort und/oder die Sicherheit der Maschine erhöhen.As technology advances, the desire for assistance systems that increase the versatility, comfort and/or safety of the machine grows.
Um ein Beispiel zu geben: Für die oben genannten Maschinen, insbesondere für Radlader, wurden so genannte „hydraulische Hubwerksdämpfungssysteme“ oder „Schwingungsdämpfungssysteme“ („ride control systems“) vorgeschlagen, sind auf dem Markt erhältlich und werden von den Kunden zunehmend nachgefragt. Solche Schwingungsdämpfungssysteme verbinden in der Regel einen Hub-/Senkkolben (oder eine andere geeignete Vorrichtung zur Höhenverstellung) des Auslegerarms mit einem unter Druck stehenden Hydraulikfluidbehälter, der üblicherweise als Druckspeicher („Akkumulator“, englisch: „accumulator“) bezeichnet wird. Beim Befahren einer Wegstrecke kann damit ein Dämpfungseffekt erzielt werden. Durch die Verwendung eines solchen Hydraulikdruckspeichers kann sich der Auslegerarm und damit die am Auslegerarm befindliche Last (z. B. Kies in einer Schaufel oder dergleichen) beim Durchfahren von Schlaglöchern oder beim Überfahren von Unebenheiten leicht auf- und abbewegen, wodurch harte Stöße vermieden werden können, die nicht nur den mechanischen Verschleiß der Maschine erhöhen können, sondern auch das Transportgut beschädigen können oder zu einem Verschütten von Transportgut führen können. Außerdem sind solche Stöße für den Bediener der Maschine lästig, was sicherlich einen unerwünschten Effekt darstellt.To give an example, for the above-mentioned machines, particularly wheel loaders, so-called "hydraulic hoist damping systems" or "ride control systems" have been proposed, are available on the market and are increasingly in demand by customers. Such ride control systems typically connect a boom lifting/lowering piston (or other suitable device for adjusting the height) to a pressurised hydraulic fluid reservoir, commonly referred to as an accumulator. This can be used to achieve a damping effect when travelling along a path. By using such a hydraulic accumulator, the boom arm and thus the load on the boom arm (e.g. gravel in a bucket or the like) can move up and down easily when driving over potholes or bumps, thus avoiding hard impacts that can not only increase the mechanical wear of the machine, but can also damage the transported goods or lead to spillage of the transported goods. In addition, such impacts are annoying for the operator of the machine, which is certainly an undesirable effect.
Solche Schwingungsdämpfungssysteme sind als solche bekannt. Ein solches Schwingungsdämpfungssystem wird beispielsweise im US-Patent
Im
Ein weiteres häufig verwendetes Fahrerassistenzsystem für die oben genannten Werkzeuge und Maschinen, insbesondere für Kreiselmäher von Traktoren, ist eine so genannte „Druckentlastungssteuerung“ („pressure relief control“; manchmal auch als Druckregelsteuerung, „pressure balancing mode“; oder dergleichen bezeichnet). Um die Funktionsweise dieses Assistenzsystems zu verdeutlichen, betrachten wir das oben erwähnte Kreiselmähwerk für einen Traktor. Beim Befahren eines Feldes zum Mähen von Gras oder Feldfrüchten ist es wünschenswert, dass das Mähwerk nicht zu stark auf den Boden oder das Gras/die Feldfrüchte drückt. Daher ist es wünschenswert, einen Teil des Gewichts vom Mähwerk auf den Traktor zu verlagern. Dazu muss der Auslegerarm oder die Anbringungsvorrichtung (oder eine andere Befestigungsvorrichtung) leicht angehoben werden. Dann nimmt der Auslegerarm oder die Anbringungsvorrichtung einen Teil des Gewichts des Frontmähers auf und vom Boden weg. Der Bediener kann einen entsprechenden Drucksollwert einstellen, und das Druckentlastungssteuerungssystem (Anbringungsvorrichtungssteuerungssystem, „hitch control system“) kann dann automatisch dafür sorgen, dass dieser (reduzierte) Druck auf den Boden aufrechterhalten wird. Problematisch wird es, wenn die Fahrspur des Fahrzeugs nicht perfekt eben ist (was in den meisten Einsatzgebieten in der Regel der Fall ist). Dann muss der Kreiselmäher in der Lage sein, sich leicht auf und ab zu bewegen, um die Höhenunterschiede der Bodenoberfläche auszugleichen. Traditionell wird dies durch mechanische Federn realisiert, die zwischen dem Kreiselmäher und dem Auslegerarm oder der Anbringungsvorrichtung angeordnet sind. Der Nachteil dabei ist jedoch, dass mechanische Federn bauartbedingt eine Schwankung der auf den Boden wirkenden Kraft verursachen. Außerdem sind die möglichen Abstandsänderungen, die mit mechanischen Federn kompensiert werden können, eher begrenzt.Another commonly used driver assistance system for the above tools and machines, in particular for rotary mowers on tractors, is a so-called “pressure relief control” (sometimes also called pressure balancing control, “pressure balancing mode”; or the like). To illustrate how this assistance system works, let us consider the rotary mower for a tractor mentioned above. When driving across a field to mow grass or crops, it is desirable that the mower does not press too hard on the ground or the grass/crops. Therefore, it is desirable to transfer some of the weight from the mower to the tractor. This requires the boom arm or attachment device (or other attachment device) to be raised slightly. Then the boom arm or attachment device takes some of the weight of the front mower up and away from the ground. The operator can set an appropriate pressure set point and the hitch control system can then automatically ensure that this (reduced) pressure on the ground is maintained. This becomes problematic when the vehicle's path is not perfectly level (which is usually the case in most applications). The rotary mower must then be able to move slightly up and down to compensate for the differences in ground surface height. Traditionally this has been achieved by mechanical springs placed between the rotary mower and the boom or hitch. The disadvantage, however, is that mechanical springs, by their nature, cause a variation in the force acting on the ground. In addition, the possible changes in distance that can be compensated with mechanical springs are rather limited.
Daher wurde im Stand der Technik bereits vorgeschlagen, ein Steuersystem für die Hubhydraulik zu verwenden, um Oberflächenunebenheiten auszugleichen. Ein Beispiel hierfür ist in der europäischen Patentanmeldung
Die bereits bekannten Lösungen funktionieren zwar prinzipiell, weisen aber nach wie vor Unzulänglichkeiten auf. Insbesondere ist es immer wünschenswert, die Komplexität der Anordnung zu reduzieren. Dies senkt die Herstellungskosten, kann den benötigten Einbauraum verringern und sogar die Zuverlässigkeit und die Wartungskosten der Maschine erhöhen.The solutions already known work in principle, but still have shortcomings. In particular, it is always desirable to reduce the complexity of the arrangement. This reduces manufacturing costs, can reduce the required installation space and even increase the reliability and maintenance costs of the machine.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Hydrauliksystem für eine hydraulische Maschine, insbesondere ein Hydrauliksteuerungssystem für eine hydraulische Maschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 vorzuschlagen, das gegenüber den im Stand der Technik bekannten Hydrauliksystemen für hydraulische Maschinen verbessert ist.It is therefore an object of the invention to propose a hydraulic system for a hydraulic machine, in particular a hydraulic control system for a hydraulic machine according to the preamble of
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines Hydrauliksystems, insbesondere ein Verfahren zur Steuerung eines Hydrauliksystems gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 13, vorzuschlagen, das gegenüber Verfahren zur Steuerung von Hydrauliksystemen nach dem Stand der Technik verbessert ist.It is a further object of the invention to propose a method for controlling a hydraulic system, in particular a method for controlling a hydraulic system according to the preamble of
Ein Hydrauliksystem nach Anspruch 1 löst diese Aufgabe.A hydraulic system according to
Ein Verfahren zur Steuerung eines Hydrauliksystems nach Anspruch 13 löst ebenfalls diese Aufgabe.A method for controlling a hydraulic system according to claim 13 also solves this problem.
Es wird ein Hydrauliksystem für eine hydraulische Maschine, insbesondere für ein Arbeitsfahrzeug, vorgeschlagen. Das Hydrauliksystem weist auf: einen Hydraulikzylinder und einen Hydraulikdruckspeicher („Akkumulator“); ein elektrisch steuerbares erstes Fluidschaltventil, das auf einer ersten Seite über eine erste Fluidleitung fluidisch mit dem Hydraulikzylinder und auf einer zweiten Seite über eine zweite Fluidleitung fluidisch mit dem Hydraulikdruckspeicher verbunden ist; einen ersten Druckaufnehmer, der fluidisch mit der ersten Fluidleitung zwischen dem ersten Fluidschaltventil und dem Hydraulikzylinder verbunden ist; ein elektrisch steuerbares Druckregelventil, das auf einer ersten Seite des Druckregelventils mittels einer dritten Fluidleitung mit der zweiten Fluidleitung fluidisch in Verbindung steht, und das auf einer zweiten Seite des Druckregelventils wahlweise mit einer Hydraulikfluidpumpe zur Bereitstellung von unter Druck stehendem Hydraulikfluid oder mit einem Hydraulikvorratsspeicher in fluidischer Verbindung steht, um Hydraulikfluid von der zweiten Seite des Druckregelventils ablassen zu können; ein elektrisch steuerbares zweites Fluidschaltventil, das in der dritten Fluidleitung zwischen der zweiten Fluidleitung und dem Druckregelventil angeordnet ist; und eine elektronische Steuervorrichtung, die zumindest einen Betriebsmodusbefehl und zumindest einen Messwert des ersten Druckaufnehmers einliest und einen Sollwert für das elektrisch steuerbare Druckregelventil, einen Sollwert für das elektrisch steuerbare erste Fluidschaltventil und einen Sollwert für das elektrisch steuerbare zweite Fluidschaltventil ausgibt. Es wird vorgeschlagen, das Hydrauliksystem derart auszubilden, dass die elektronische Steuervorrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie in zumindest einem Modus betrieben werden kann, der aus der Gruppe von Betriebsmodi ausgewählt wird, die Folgendes umfasst: einen Druckausgleichsmodus, einen Schwingungsdämpfungsmodus und einen Druckregelmodus. Im Druckausgleichsmodus werden der Druck im Hydraulikzylinder und der Druck im Hydraulikdruckspeicher ausgeglichen. Im Schwingungsdämpfungsmodus sind der Hydraulikzylinder und der Hydraulikdruckspeicher fluidisch miteinander verbunden und fluidisch von der Hydraulikfluidpumpe und dem Hydraulikfluidvorratsbehälter getrennt. Im Druckregelmodus wird der Druck im Hydraulikzylinder so geregelt, dass er auf einem bestimmten Sollwert bleibt.A hydraulic system for a hydraulic machine, in particular for a work vehicle, is proposed. The hydraulic system has: a hydraulic cylinder and a hydraulic pressure accumulator; an electrically controllable first fluid switching valve, which is fluidically connected to the hydraulic cylinder on a first side via a first fluid line and fluidly connected to the hydraulic cylinder on a second side via a second fluid line. is fluidically connected to the hydraulic pressure accumulator; a first pressure sensor which is fluidically connected to the first fluid line between the first fluid switching valve and the hydraulic cylinder; an electrically controllable pressure regulating valve which is fluidically connected to the second fluid line on a first side of the pressure regulating valve by means of a third fluid line, and which is fluidically connected on a second side of the pressure regulating valve either to a hydraulic fluid pump for providing pressurized hydraulic fluid or to a hydraulic reservoir in order to be able to drain hydraulic fluid from the second side of the pressure regulating valve; an electrically controllable second fluid switching valve which is arranged in the third fluid line between the second fluid line and the pressure regulating valve; and an electronic control device which reads in at least one operating mode command and at least one measured value of the first pressure sensor and outputs a setpoint for the electrically controllable pressure regulating valve, a setpoint for the electrically controllable first fluid switching valve and a setpoint for the electrically controllable second fluid switching valve. It is proposed to design the hydraulic system such that the electronic control device is designed and configured such that it can be operated in at least one mode selected from the group of operating modes comprising: a pressure compensation mode, a vibration damping mode and a pressure control mode. In the pressure compensation mode, the pressure in the hydraulic cylinder and the pressure in the hydraulic pressure accumulator are balanced. In the vibration damping mode, the hydraulic cylinder and the hydraulic pressure accumulator are fluidically connected to one another and fluidically separated from the hydraulic fluid pump and the hydraulic fluid reservoir. In the pressure control mode, the pressure in the hydraulic cylinder is regulated so that it remains at a certain setpoint.
Bei der hydraulischen Maschine kann es sich um eine bewegliche hydraulische Maschine handeln, insbesondere um ein Fahrzeug, vor allem um ein Landfahrzeug (Straßenfahrzeug und/oder Geländefahrzeug). Das Fahrzeug kann insbesondere Räder und/oder Raupenketten aufweisen. The hydraulic machine may be a mobile hydraulic machine, in particular a vehicle, in particular a land vehicle (road vehicle and/or off-road vehicle). The vehicle may in particular have wheels and/or tracks.
Während typischerweise nicht-schienengebundene Räder/Straßenräder und/oder geländegängige Räder und/oder Reifen verwendet werden können, ist es möglich, dass schienengebundene Fahrzeugräder/schienengebundene Räder verwendet werden. Besondere Beispiele für die hydraulische Maschine sind Radlader, Schaufelradlader, Schaufellader, Teleskoplader, Gabelstapler, Traktoren, Arbeitsfahrzeuge, Teleskoplader, Frontlader und dergleichen. Wenn von „einem“ Hydraulikzylinder, „einem“ elektrisch steuerbaren Fluidumschaltventil oder ähnlichem die Rede ist (d. h. allgemein, wenn von „einem“ bestimmten Teil die Rede ist), kann sich dies auf eine einzige der jeweiligen Vorrichtungen beziehen, aber auch auf eine Vielzahl der jeweiligen Vorrichtung, wie zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder noch mehr solcher Vorrichtungen (ein Intervall, das die vorgenannten Zahlen - einschließlich Null und Eins - als Untergrenze und/oder als Obergrenze verwendet, kann ebenfalls verwendet werden). Beispielsweise verfügen Schaufelradlader in der Regel über zwei Auslegerarmhydraulikzylinder, um größere Hubkräfte zu erzeugen und/oder um unnötige Verwindungen der Auslegerarmanordnung zu vermeiden. Ein Hydraulikdruckspeicher kann jeglicher Hohlraum sein, der ein ausreichend dimensioniertes Innenvolumen aufweist, das unter Druck gesetzt werden kann, unabhängig davon, ob es sich um einen speziell dafür vorgesehenen Hydraulikdruckspeicher oder sozusagen um ein „Nebeneffektvolumen“ einer anderen Vorrichtung handelt. Insbesondere sollte der Speicher ein Innenvolumen von typischerweise 0 L, 0,5 L, 1 L, 2 L, 3 L, 4 L, 5 L (Untergrenze) bis 1 L, 2 L, 3 L, 4 L, 5 L, 6 L, 7 L, 8 L, 9 L, 10 L, 12,5 L, 15 L, 17,5 L oder 20 L (und möglicherweise sogar darüber; Obergrenze) aufweisen (L - Liter). Falls mehrere Hydraulikdruckspeicher/hydraulische Akkumulatoren vorgesehen sind, können die vorgenannten Volumina auf mehrere Hydraulikdruckspeicher aufgeteilt werden. Selbstverständlich ist es möglich, (zumindest teilweise) Hydraulikdruckspeicher gleicher Größe und/oder (zumindest teilweise) unterschiedlicher Größe zu verwenden.While typically non-rail wheels/road wheels and/or off-road wheels and/or tires may be used, it is possible that rail vehicle wheels/rail wheels may be used. Particular examples of the hydraulic machine are wheel loaders, bucket wheel loaders, shovel loaders, telehandlers, forklifts, tractors, work vehicles, telehandlers, front loaders and the like. When reference is made to "a" hydraulic cylinder, "a" electrically controllable fluid switching valve or the like (i.e., generally when reference is made to "a" specific part), this may refer to a single one of the respective devices, but also to a plurality of the respective devices, such as two, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten or even more such devices (an interval using the aforementioned numbers - including zero and one - as a lower limit and/or as an upper limit may also be used). For example, bucket wheel loaders typically have two boom arm hydraulic cylinders to generate greater lifting forces and/or to avoid unnecessary twisting of the boom arm assembly. A hydraulic accumulator can be any cavity having a sufficiently dimensioned internal volume that can be pressurized, whether it is a dedicated hydraulic accumulator or a "side effect volume" of another device, so to speak. In particular, the accumulator should have an internal volume of typically 0 L, 0.5 L, 1 L, 2 L, 3 L, 4 L, 5 L (lower limit) to 1 L, 2 L, 3 L, 4 L, 5 L, 6 L, 7 L, 8 L, 9 L, 10 L, 12.5 L, 15 L, 17.5 L or 20 L (and possibly even more; upper limit) (L - liters). If several hydraulic pressure accumulators/hydraulic accumulators are provided, the above-mentioned volumes can be divided between several hydraulic pressure accumulators. It is of course possible to use hydraulic pressure accumulators of (at least some) the same size and/or (at least some) different sizes.
Wenn von elektrisch steuerbaren Fluidschaltventilen, elektrisch steuerbaren Druckregelventilen oder dergleichen die Rede ist, kann dies so verstanden werden, dass das Steuersignal von der elektronischen Steuervorrichtung kommt. Es ist möglich, dass die Art des Signals gleich bleibt (d.h. es immer ein elektrisches Signal ist), oder dass es bei einer, einigen, mehreren, einer Vielzahl oder (im Wesentlichen) allen Vorrichtungen zumindest teilweise verändert wird. Daher kann die jeweilige elektrisch schaltbare/elektrisch steuerbare Vorrichtung direkt durch ein angelegtes elektrisches Signal gesteuert werden. Es ist aber auch möglich, dass das elektrische Steuersignal, das von der elektronischen Steuervorrichtung ausgegeben wird, zunächst in ein pneumatisches Steuersignal, ein mechanisches Steuersignal oder ähnliches umgewandelt wird. Dennoch wird die jeweilige gesteuerte Vorrichtung weiterhin von der elektronischen Steuervorrichtung gesteuert.When reference is made to electrically controllable fluid switching valves, electrically controllable pressure control valves or the like, this can be understood to mean that the control signal comes from the electronic control device. It is possible that the type of signal remains the same (i.e. it is always an electrical signal), or that it is at least partially changed in one, some, several, a plurality or (essentially) all devices. Therefore, the respective electrically switchable/electrically controllable device can be controlled directly by an applied electrical signal. However, it is also possible that the electrical control signal output by the electronic control device is first converted into a pneumatic control signal, a mechanical control signal or the like. Nevertheless, the respective controlled device continues to be controlled by the electronic control device.
Wenn von einer Fluidleitung die Rede ist, kann es sich um ein Rohr, einen Schlauch, einen Wellschlauch oder eine Kombination davon handeln (z. B. eine Fluidleitung, die einen rohrartigen Abschnitt und einen anschließenden schlauchartigen Abschnitt aufweist). Ferner kann die Fluidleitung auch separate, gleich und/oder unterschiedlich gestaltete Fluidleitungen aufweisen, die parallel zueinander angeordnet sind.When we talk about a fluid line, we can mean a pipe, a hose, a corrugated hose or a combination of these (e.g. a fluid line that has a pipe-like section and a subsequent hose-like section). Furthermore, the fluid line can also have separate, identical and/or differently designed fluid lines that are arranged parallel to one another.
Typische Drücke für die hydraulische Anordnung sind bis zu 200 bar, 250 bar, 300 bar, 400 bar oder sogar 500 bar.Typical pressures for the hydraulic arrangement are up to 200 bar, 250 bar, 300 bar, 400 bar or even 500 bar.
Bei der Hydraulikfluidpumpe kann es sich um jede Art von Vorrichtung handeln, die unter Druck gesetztes Hydraulikfluid liefern kann. Insbesondere können Taumelscheibenpumpen, Schrägachsen-Hydraulikpumpen, Kolben-Zylinder-Hydraulikpumpen, Taumelscheibenpumpen, digitale Verdrängerpumpen (Digital Displacement ® Pump; auch extern kommutierte Hydraulikpumpen, „synthetically commutaded hydraulic pump“ genannt) oder ähnliches verwendet werden. Es ist auch möglich, dass die jeweilige Pumpe zwischen einem Pump- und einem Motorbetrieb umgeschaltet werden kann. Auch kann das Fördervolumen der jeweiligen Pumpe variabel oder fix sein. Nur der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das unter Druck stehende Fluid zumindest teilweise und/oder zumindest zeitweise aus einem Hydraulikfluiddruckspeicher (speziell hierfür bereitgestellte Hydraulikdruckspeicher) bereitgestellt werden kann, so dass die Hydraulikfluidpumpe intermittierend betrieben werden kann.The hydraulic fluid pump can be any type of device that can supply pressurized hydraulic fluid. In particular, swash plate pumps, bent axis hydraulic pumps, piston-cylinder hydraulic pumps, swash plate pumps, digital displacement pumps (Digital Displacement ® Pump; also called externally commutated hydraulic pumps, “synthetically commutaded hydraulic pump”) or similar can be used. It is also possible for the respective pump to be able to be switched between pump and motor operation. The delivery volume of the respective pump can also be variable or fixed. Just for the sake of completeness, it should be mentioned that the pressurized fluid can be provided at least partially and/or at least temporarily from a hydraulic fluid pressure accumulator (hydraulic pressure accumulators specially provided for this purpose), so that the hydraulic fluid pump can be operated intermittently.
Für die Fluidschaltventile und/oder das Druckregelventil können alle im Stand der Technik bekannten Konstruktionen (einschließlich zukünftiger Ausführungsformen/Modifikationen/Verfeinerungen davon) verwendet werden. Die elektrische Steuerbarkeit kann insbesondere durch magnetische Spulen/Steuerkolbeneinrichtungen zur Umsetzung des eingehenden elektrischen Steuersignals in eine mechanische Kraft und/oder eine mechanische Bewegung realisiert werden. Dies schließt die Möglichkeit von Druckkompensationsflächen, mechanischen Vorspannvorrichtungen (z.B. mechanische Vorspannfedern) oder ähnlichem natürlich nicht aus.All designs known in the state of the art (including future embodiments/modifications/refinements thereof) can be used for the fluid switching valves and/or the pressure control valve. The electrical controllability can be realized in particular by magnetic coils/control piston devices for converting the incoming electrical control signal into a mechanical force and/or a mechanical movement. This does not, of course, exclude the possibility of pressure compensation surfaces, mechanical preloading devices (e.g. mechanical preload springs) or the like.
Der/die Druckaufnehmer kann/können jede nach dem Stand der Technik bekannte Art und Bauweise (einschließlich künftiger Entwicklungen) haben. Insbesondere können die Messwerte in elektrischer Form erzeugt und ausgegeben werden oder zumindest später in eine elektrische Form umgewandelt werden, so dass die elektronische Steuervorrichtung diesen Messwert einlesen kann. Der Betriebsmodusbefehl kann von einem Bediener nach Wunsch eingegeben werden.The pressure sensor(s) may be of any type and design known in the art (including future developments). In particular, the measured values may be generated and output in electrical form or at least later converted into electrical form so that the electronic control device can read this measured value. The operating mode command may be entered by an operator as desired.
Wenn von einem Sollwert für (eines der) elektrisch steuerbaren Fluidschaltventile und/oder das (mindestens eine) elektrisch steuerbare Druckregelventil die Rede ist, kann dies die Möglichkeit eines bestimmten zulässigen Intervalls um den jeweiligen Sollwert einschließen. Dies kann vorgesehen werden, um die Wahrscheinlichkeit von unerwünschten Schwingungen zu verringern, um mechanische/elektrische Verzögerungen zu berücksichtigen, um eine Überregulierung zu vermeiden, um eine gewisse Hysterese zuzulassen, oder ähnliches.When referring to a set point for (one of) the electrically controllable fluid switching valves and/or the (at least one) electrically controllable pressure control valve, this may include the possibility of a certain allowable interval around the respective set point. This may be provided to reduce the likelihood of unwanted oscillations, to take mechanical/electrical delays into account, to avoid over-regulation, to allow for a certain hysteresis, or similar.
Wie bereits erwähnt, wird im Schwingungsdämpfungsmodus eine Fluidverbindung zwischen dem Hydraulikzylinder und dem Hydraulikdruckspeicher („hydraulic accumulator“) hergestellt. Insbesondere kann eine solche Fluidverbindung durch eine entsprechende Stellung der verschiedenen Schaltventile/Druckregelventile realisiert werden, insbesondere durch Schalten des elektrisch steuerbaren ersten Fluidschaltventils in eine Offenstellung, so dass eine Fluidverbindung über die erste Fluidleitung und die zweite Fluidleitung hergestellt wird. Es wird jedoch keine Fluidverbindung zwischen dem Hydraulikzylinder/dem Hydraulikdruckspeicher und dem Fluidreservoir/Hydraulikfluidvorratsbehälter und/oder der Hydraulikfluidpumpe hergestellt. Dies kann durch Schließen des elektrisch steuerbaren zweiten Fluidschaltventils (und möglicherweise des dritten Hydraulikfluidschaltventils, was im Folgenden vorgeschlagen wird) erreicht werden.As already mentioned, in the vibration damping mode, a fluid connection is established between the hydraulic cylinder and the hydraulic accumulator. In particular, such a fluid connection can be realized by a corresponding position of the various switching valves/pressure control valves, in particular by switching the electrically controllable first fluid switching valve to an open position so that a fluid connection is established via the first fluid line and the second fluid line. However, no fluid connection is established between the hydraulic cylinder/hydraulic accumulator and the fluid reservoir/hydraulic fluid storage tank and/or the hydraulic fluid pump. This can be achieved by closing the electrically controllable second fluid switching valve (and possibly the third hydraulic fluid switching valve, which is proposed below).
Zusätzlich oder alternativ kann das elektrisch steuerbare Druckregelventil in eine sozusagen geschlossene Stellung geschaltet werden, so dass kein Fluiddurchfluss durch das steuerbare Druckregelventil möglich ist, d. h. zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite des steuerbaren Druckregelventils, insbesondere zwischen der zweiten Fluidleitung (und möglicherweise der dritten Fluidleitung) und der Hydraulikfluidpumpe und/oder dem Hydraulikvorratsspeicher, ist kein Fluiddurchgang möglich.Additionally or alternatively, the electrically controllable pressure control valve can be switched to a so-called closed position so that no fluid flow through the controllable pressure control valve is possible, i.e. no fluid passage is possible between the first side and the second side of the controllable pressure control valve, in particular between the second fluid line (and possibly the third fluid line) and the hydraulic fluid pump and/or the hydraulic reservoir.
Es versteht sich, dass das elektrisch steuerbare Druckregelventil und das elektrisch steuerbare zweite Fluidschaltventil (ggf. das elektrisch steuerbare dritte Fluidschaltventil) als getrennte Vorrichtungen und/oder als eine kombinierte Vorrichtung ausgeführt sein können. Beispielsweise kann ein Auf/Zu-Schaltverhalten (d.h. die Funktionalität des elektrisch steuerbaren zweiten/dritten Fluidschaltventils) durch eine Mittelstellung des Steuerkolbens des elektrisch steuerbaren Druckregelventils realisiert werden, die einen Fluiddurchfluss durch das elektrisch steuerbare Druckregelventil verhindert.It is understood that the electrically controllable pressure control valve and the electrically controllable second fluid switching valve (if applicable, the electrically controllable third fluid switching valve) can be designed as separate devices and/or as a combined device. For example, an open/closed switching behavior (i.e. the functionality of the electrically controllable second/third fluid switching valve) can be realized by a center position of the control piston of the electrically controllable pressure control valve, which prevents fluid flow through the electrically controllable pressure control valve.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass es auch möglich ist, zusätzlich oder alternativ ein elektrisch steuerbares (zusätzliches) Fluidschaltventil in die Fluidleitung, die das elektrisch steuerbare Druckregelventil mit der Hydraulikfluidpumpe verbindet, und ein weiteres (zusätzliches) elektrisch steuerbares Fluidschaltventil zwischen dem elektrisch steuerbaren Druckregelventil und dem Hydraulikfluidvorratsbehälter anzuordnen (sozusagen eine Flüssigkeitsschaltventilanordnung auf der zweiten Seite des Druckregelventils). Es versteht sich jedoch, dass dies die Komplexität des hydraulischen Steuersystems erhöht und daher in der Regel davon abgeraten wird. In bestimmten Fällen kann sich diese Bauweise jedoch auch als vorteilhaft erweisen.For the sake of completeness, it should be mentioned that it is also possible to additionally or alternatively arrange an electrically controllable (additional) fluid switching valve in the fluid line connecting the electrically controllable pressure control valve to the hydraulic fluid pump and another (additional) electrically controllable fluid switching valve between the electrically controllable pressure control valve and the hydraulic fluid reservoir (so to speak, a fluid switching valve arrangement on the second side of the pressure control valve). However, it is understood that this increases the complexity of the hydraulic control system and is therefore generally not recommended. In certain cases, however, this design can also prove advantageous.
Im vorgenannten Schwingungsdämpfungsmodus (der Hydraulikzylinder und der Hydraulikdruckspeicher sind fluidisch miteinander verbunden und fluidisch von der Hydraulikfluidpumpe und dem Hydraulikfluidvorratsspeicher getrennt) kann eine Federungs-/Dämpfungswirkung für das am Auslegerarm angebrachte Werkzeug (z. B. eine Schaufel, eine Gabel o. ä.), für den Auslegerarm und/oder für die von der hydraulischen Maschine transportierten Güter realisiert werden. Harte Stöße können vermieden werden, so dass der mechanische Verschleiß, der auf die Maschine (insbesondere auf die Teile der Auslegerarmanordnung) einwirkt, reduziert werden kann, was die Lebensdauer der Maschine erhöht. Auch eine Beschädigung, ein Verlieren und/oder ein Verschütten der transportierten Güter (etwa Kies, der in der Schaufel transportiert wird, und der herunterfallen könnte; auch eine Palette, die sich auf der Gabel eines Gabelstaplers befindet, und herunterfallen könnte) kann zumindest teilweise vermieden werden und/oder die Wahrscheinlichkeit des Verlierens/Verschüttens von Gütern kann verringert werden.In the aforementioned vibration damping mode (the hydraulic cylinder and the hydraulic pressure accumulator are fluidly connected to each other and fluidly separated from the hydraulic fluid pump and the hydraulic fluid reservoir), a suspension/damping effect can be realized for the tool attached to the boom arm (e.g. a bucket, a fork or similar), for the boom arm and/or for the goods transported by the hydraulic machine. Hard impacts can be avoided so that the mechanical wear acting on the machine (in particular on the parts of the boom arm assembly) can be reduced, which increases the service life of the machine. Also, damage, loss and/or spillage of the transported goods (e.g. gravel transported in the bucket that could fall down; also a pallet that is on the fork of a forklift truck that could fall down) can be at least partially avoided and/or the probability of losing/spilling goods can be reduced.
Bei dem oben erwähnten Druckausgleichsmodus werden der Druck im Hydraulikzylinder und der Druck im Hydraulikdruckspeicher ausgeglichen. Die naheliegendste Idee wäre, eine Fluidverbindung zwischen dem Hydraulikzylinder und dem Hydraulikdruckspeicher herzustellen. Dies wird jedoch in der Regel als nachteilig angesehen, insbesondere wenn größere Druckunterschiede zwischen dem Hydraulikzylinder und dem Hydraulikdruckspeicher vorhanden sind. Denn dadurch könnte es zu einer Hebe-/Absenkbewegung des Auslegerarms/der Anbringungsvorrichtung kommen, die durch den Hydraulikzylinder betätigt wird. Daher wird vorgeschlagen, (zumindest) den Druck auf der Seite des Hydraulikzylinders (in der ersten Hydraulikfluidleitung) zu messen und den Druck im Hydraulikdruckspeicher so einzustellen, dass er ungefähr dem Druck im Hydraulikzylinder entspricht. Dies kann geschehen, indem zusätzliches Hydraulikfluid in den Hydraulikdruckspeicher eingeleitet wird, wodurch dessen Druck erhöht wird (insbesondere durch Herstellen einer Fluidverbindung zur Hydraulikfluidpumpe) und/oder indem Hydraulikfluid aus dem Hydraulikdruckspeicher abgelassen wird, wodurch dessen Druck verringert wird (insbesondere durch Herstellen einer Fluidverbindung zwischen dem Hydraulikdruckspeicher und den Hydraulikfluidvorratsbehältern/Hydraulikfluidreservoirs). Dies kann kurz vor dem Erfordernis/der Anforderung/dem Einschalten eines Schwingungsdämpfungsmodus erfolgen. Der Nachteil dieses Ansatzes ist, dass der Ausgleichsvorgang eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt, so dass es zu einer gewissen Zeitverzögerung kommen kann, bevor der Schwingungsdämpfungsmodus tatsächlich aktiviert wird.In the pressure equalization mode mentioned above, the pressure in the hydraulic cylinder and the pressure in the hydraulic accumulator are equalized. The most obvious idea would be to create a fluid connection between the hydraulic cylinder and the hydraulic accumulator. However, this is usually considered disadvantageous, especially when there are large pressure differences between the hydraulic cylinder and the hydraulic accumulator, because it could cause a lifting/lowering movement of the boom arm/attachment actuated by the hydraulic cylinder. Therefore, it is suggested to measure (at least) the pressure on the hydraulic cylinder side (in the first hydraulic fluid line) and adjust the pressure in the hydraulic accumulator to approximately match the pressure in the hydraulic cylinder. This can be done by introducing additional hydraulic fluid into the hydraulic accumulator, thereby increasing its pressure (in particular by establishing fluid communication with the hydraulic fluid pump) and/or by draining hydraulic fluid from the hydraulic accumulator, thereby reducing its pressure (in particular by establishing fluid communication between the hydraulic accumulator and the hydraulic fluid reservoirs). This can be done shortly before a vibration dampening mode is required/requested/switched on. The disadvantage of this approach is that the balancing process takes some time, so there may be some time delay before the vibration dampening mode is actually activated.
Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, einen Druckausgleich im Wesentlichen kontinuierlich durchzuführen, so dass ein Schwingungsdämpfungsmodus unmittelbar hergestellt werden kann. Der typische Nachteil dieser Herangehensweise ist, dass die ständige Druckbeaufschlagung/Druckentlastung des Druckspeichers einen gewissen Energieverbrauch bedingt, was als nachteilig angesehen werden könnte.Additionally or alternatively, it is possible to perform pressure equalization essentially continuously, so that a vibration damping mode can be established immediately. The typical disadvantage of this approach is that the constant pressurization/depressurization of the accumulator requires a certain amount of energy consumption, which could be considered disadvantageous.
Auch einige Ansätze „zwischen“ den vorab genannten Extremen können verwendet werden. So kann beispielsweise ein Druckabgleich des Hydraulikdruckspeichers erst dann erfolgen, wenn die Drücke im Hydraulikzylinder und im Hydraulikdruckspeicher eine gewisse Differenz zueinander überschreiten. Mit anderen Worten: Ein Druckabgleich wird nur dann (und damit nur hin und wieder) durchgeführt, wenn die beiden Drücke im Hydraulikzylinder und im Hydraulikdruckspeicher sich um eine zu große Druckdifferenz unterscheiden. Auf diese Weise kann die Energiemenge, die für die Druckbeaufschlagung/Druckentlastung des Druckspeichers benötigt wird, reduziert werden. Da nur noch eine Druckanpassung mit kleinerem Druckunterschied erforderlich ist, entspricht diese Anpassung einer Feinanpassung, die einen (wesentlich) geringeren Zeitaufwand erfordert, so dass die entsprechende Zeitverzögerung in der Regel toleriert werden kann (zur Erinnerung: eine sich entwickelnde große Druckdifferenz wird durch einen intermittierenden Druckausgleich reduziert). Es ist sogar möglich, auf eine zusätzliche „Feinanpassung“ des Druckausgleichs zu verzichten. Zwar bewegt sich der Auslegerarm über eine gewisse Strecke auf und ab. Da aber nur eine vergleichsweise geringe Druckdifferenz überbrückt werden muss, ist diese Strecke jedoch recht kurz. Zusätzlich oder alternativ kann ein Druckausgleichsmodus nur dann ausgelöst werden, wenn die hydraulische Anordnung, der Auslegerarm, die Anbringungsvorrichtung und/oder das Werkzeug, das am Auslegerarm, an der Anbringungsvorrichtung und/oder an sonstigen Teilen der hydraulischen Anordnung angebracht ist, derart betrieben werden, dass es einigermaßen wahrscheinlich ist, dass ein Schwingungsdämpfungsmodus angefordert werden könnte (z. B. vom Bediener). Beispielsweise ist ein Schwingungsdämpfungsmodus typischerweise nur dann sinnvoll, wenn sich - im Falle eines Schaufelradladers - die Schaufel in einer zur Aufnahme von Gütern geeigneten Position (horizontale Position) und der Auslegerarm in einer etwas erhöhten Position befindet.Some approaches “in between” the previously mentioned extremes can also be used. For example, a pressure equalization of the hydraulic pressure accumulator can only take place when the pressures in the hydraulic cylinder and the hydraulic pressure accumulator exceed a certain difference between them. In other words: a pressure equalization is only carried out (and therefore only every now and then) when the two pressures in the hydraulic cylinder and the hydraulic pressure accumulator differ by too great a pressure difference. In this way, the amount of energy required to pressurize/relieve the pressure accumulator can be reduced. Since only one pressure adjustment with a smaller pressure difference is required, this adjustment corresponds to a fine adjustment that requires (significantly) less time, so that the corresponding time delay can usually be tolerated (as a reminder: a developing large pressure difference is reduced by intermittent pressure equalization). It is even possible to dispense with an additional “fine adjustment” of the pressure equalization. The boom arm does move up and down over a certain distance. However, since only a comparatively small pressure difference has to be bridged, this distance is quite short. Additionally or alternatively, a pressure compensation mode can only be triggered if the hydraulic arrangement, the boom arm, the attachment device and/or the tool attached to the boom arm, the attachment device and/or other parts of the hydraulic arrangement are operated in such a way that that it is reasonably likely that a vibration dampening mode could be requested (e.g. by the operator). For example, a vibration dampening mode is typically only useful when - in the case of a bucket wheel loader - the bucket is in a position suitable for picking up goods (horizontal position) and the boom arm is in a slightly raised position.
Im vorab genannten Druckausgleichsmodus wird der Druck im Hydraulikzylinder so geregelt, dass er auf (oder in der Nähe) eines bestimmten Sollwerts bleibt. Dies kann durch die Herstellung einer Fluidverbindung zwischen dem elektrisch steuerbaren Druckausgleichsventil und dem Hydraulikzylinder realisiert werden. Insbesondere ist es möglich, das erste und zweite Fluidschaltventil zu öffnen und das elektrisch steuerbare Druckregelventil mit einem entsprechenden Steuersignal anzusteuern. Gemäß einer im Folgenden beschriebenen Ausführungsform ist es auch möglich, das dritte Fluidschaltventil zu öffnen. Grundsätzlich hängt es von der konkreten Ausführungsform ab, ob eine Fluidverbindung zum Hydraulikdruckspeicher geöffnet oder geschlossen wird. Das Herstellen einer solchen Fluidverbindung kann für eine gewisse Dämpfungswirkung sorgen, wodurch möglicherweise Schwingungen oder eine Übersteuerung des Systems vermieden werden können. Ein Unterbrechen der Fluidverbindung zum Druckspeicher kann jedoch zu einem schnelleren Regelverhalten der Anordnung führen.In the aforementioned pressure compensation mode, the pressure in the hydraulic cylinder is regulated so that it remains at (or close to) a certain setpoint. This can be achieved by establishing a fluid connection between the electrically controllable pressure compensation valve and the hydraulic cylinder. In particular, it is possible to open the first and second fluid switching valve and to control the electrically controllable pressure control valve with a corresponding control signal. According to an embodiment described below, it is also possible to open the third fluid switching valve. In principle, it depends on the specific embodiment whether a fluid connection to the hydraulic pressure accumulator is opened or closed. Establishing such a fluid connection can provide a certain damping effect, which can possibly prevent vibrations or over-control of the system. However, interrupting the fluid connection to the pressure accumulator can lead to faster control behavior of the arrangement.
Es versteht sich, dass durch die Verwendung eines elektrisch steuerbaren Druckregelventils das Druckregelverhalten des hydraulischen Steuersystems in der Regel besonders schnell ist. Insbesondere gibt es keine nennenswerten Verzögerungen durch Rechenzeiten, wie sie bei einigen im Stand der Technik bekannten Steuersystem auftreten können. Mit anderen Worten: Es ist nicht der Fall, dass das Druck-Eingangssignal erst von der elektronischen Steuervorrichtung verarbeitet werden muss, um eine geeignet dimensionierte Fluidverbindung zur Fluidpumpe und/oder zum Fluidreservoiranzusteuern. Stattdessen wird der Sollwert einmalig berechnet (und kann im Wesentlichen gleich bleiben, solange keine abweichende Bedienereingabe erkannt wird) und das Druckregelventil entsprechend angesteuert werden, wobei das Regelungsverhalten derart erfolgt, dass das elektrisch steuerbare Druckregelventil die Regelungsaufgabe (im Wesentlichen) selbst durchführt. Es liegt auf der Hand, dass dieses Regelungsverhalten keine Berechnungen erfordert und daher die Antwortzeit entsprechend kurz ist.It is understood that the use of an electrically controllable pressure control valve means that the pressure control behavior of the hydraulic control system is generally particularly fast. In particular, there are no significant delays due to computing times, as can occur with some control systems known in the prior art. In other words: It is not the case that the pressure input signal must first be processed by the electronic control device in order to control a suitably dimensioned fluid connection to the fluid pump and/or the fluid reservoir. Instead, the setpoint is calculated once (and can remain essentially the same as long as no different operator input is detected) and the pressure control valve is controlled accordingly, with the control behavior being such that the electrically controllable pressure control valve (essentially) carries out the control task itself. It is obvious that this control behavior does not require any calculations and therefore the response time is correspondingly short.
Es ist darauf hinzuweisen, dass es nicht ausgeschlossen ist, dass die elektronische Steuervorrichtung in noch weiteren Modi betrieben werden kann. Dies ist sogar in der Regel der Standard. Um nur ein Beispiel zu nennen: Wenn das hydraulische Steuersystem den Auslegerarm einer hydraulischen Auslegerarmanordnung hebt oder senkt oder das hydraulische Steuersystem eine Auslegerarmanordnung so angesteuert, dass eine Schaufel nach vorne oder hinten gekippt wird, fällt der jeweilige Vorgang nicht unter die drei vorgenannten Betriebsmodi. Dennoch handelt es sich bei diesen zusätzlichen Betriebsmodi um absolute Standardbetriebsmodi, wobei solche (zusätzlichen) Betriebsmodi im Stand der Technik wohlbekannt sind. Solche zusätzlichen Betriebsmodi sind daher auch bei im Wesentlichen allen realistischen Ausführungsformen möglich.It should be noted that it is not excluded that the electronic control device can be operated in even further modes. In fact, this is usually the standard. To give just one example: if the hydraulic control system raises or lowers the boom arm of a hydraulic boom arm arrangement or the hydraulic control system controls a boom arm arrangement so that a bucket is tilted forwards or backwards, the respective process does not fall under the three aforementioned operating modes. Nevertheless, these additional operating modes are absolutely standard operating modes, and such (additional) operating modes are well known in the art. Such additional operating modes are therefore also possible in essentially all realistic embodiments.
Es ist möglich, das Hydrauliksystem so auszugestalten, dass die elektronische Steuervorrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie in zumindest zwei, vorzugsweise in allen drei Betriebsmodi der genannten Gruppe von Betriebsmodi betrieben werden kann. Dies kann bedeuten, dass die elektronische Steuervorrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie in zumindest zwei der vorgenannten Betriebsarten: „Druckausgleichsmodus“, „Schwingungsdämpfungsmodus“ und „Druckregelmodus“ betrieben werden kann. Insbesondere ist es möglich, dass die elektronische Steuervorrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie in allen drei der vorgenannten Betriebsmodi betrieben werden kann. Indem die elektronische Steuervorrichtung jedoch derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie in zwei oder sogar drei der vorgenannten Betriebsmodi betrieben werden kann, kann das Hydrauliksystem und damit die hydraulische Maschine, die das Hydrauliksystem verwendet, vielseitiger einsetzbar werden. Insbesondere ist es möglich, dass das Hydrauliksystem die Maschine in (zumindest) einem Schwingungsdämpfungsmodus (ggf. einschließlich des Druckausgleichsmodus im Vorfeld) und einem Druckregelmodus betreiben kann. Es ist besonders vorteilhaft, dass die zusätzliche Funktionalität nicht auf Kosten eines wesentlich komplizierteren Aufbaus geht. Insbesondere kann das (einzige) elektrisch steuerbare Druckregelventil für verschiedene Zwecke verwendet werden, insbesondere für die Durchführung des Druckausgleichsmodus und des Druckregelmodus. Dies ist eine Verbesserung gegenüber Lösungen nach dem Stand der Technik, bei denen zwei verschiedene Hydraulikkreise verwendet werden, für die folglich zwei separate elektrisch steuerbare Druckregelventile verwendet werden müssen. Dies kann von besonderer Bedeutung sein, da das elektrisch steuerbare Druckregelventil typischerweise ein eher teures Bauteil ist. Selbst wenn also - um nur ein Beispiel zu nennen - bei der Verwendung der hier vorgeschlagenen Idee ein zusätzliches elektrisch steuerbares hydraulisches Fluidschaltventil erforderlich sein sollte, kann dies dennoch vorteilhaft sein, da ein elektrisch steuerbares Fluidschaltventil typischerweise einfacher aufgebaut und kostengünstiger ist als ein elektrisch steuerbares Druckregelventil.It is possible to design the hydraulic system in such a way that the electronic control device is designed and configured such that it can be operated in at least two, preferably in all three operating modes of the aforementioned group of operating modes. This can mean that the electronic control device is designed and configured such that it can be operated in at least two of the aforementioned operating modes: "pressure compensation mode", "vibration damping mode" and "pressure control mode". In particular, it is possible for the electronic control device to be designed and configured such that it can be operated in all three of the aforementioned operating modes. However, by designing and configuring the electronic control device such that it can be operated in two or even three of the aforementioned operating modes, the hydraulic system and thus the hydraulic machine that uses the hydraulic system can become more versatile. In particular, it is possible for the hydraulic system to operate the machine in (at least) a vibration damping mode (possibly including the pressure compensation mode beforehand) and a pressure control mode. It is particularly advantageous that the additional functionality does not come at the expense of a significantly more complicated structure. In particular, the (single) electrically controllable pressure control valve can be used for different purposes, in particular for performing the pressure equalization mode and the pressure control mode. This is an improvement over prior art solutions where two different hydraulic circuits are used, for which consequently two separate electrically controllable pressure control valves must be used. This can be of particular importance since the electrically controllable pressure control valve is typically a rather expensive component. Thus, even if - to give just one example - an additional electrically controllable hydraulic fluid switching valve should be required when using the idea proposed here, this can still be advantageous since an electrically A controllable fluid switching valve is typically simpler in design and less expensive than an electrically controllable pressure control valve.
Es ist möglich, das hydraulische Steuersystem so zu gestalten, dass ein elektrisch steuerbares drittes Fluidschaltventil vorhanden ist, das auf einer ersten Seite fluidisch mit der ersten Fluidleitung und auf einer zweiten Seite fluidisch mit dem Druckregelventil verbunden ist. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, den Hydraulikdruckspeicher in bestimmten Betriebsmodi fluidisch abzutrennen, während eine fluidische Verbindung zwischen dem Hydraulikzylinder und dem elektrisch steuerbaren Druckregelventil bestehen bleibt. Dies ist insbesondere für die Durchführung eines Druckregelmodus sinnvoll. Wenn der Druckspeicher fluidisch vom Hydraulikzylinder getrennt ist, kann der Druckregelmodus sehr schnelle Antwortzeiten haben. Zumindest für bestimmte Einsatzfälle kann dies von Vorteil sein. Es sei jedoch nochmals darauf hingewiesen, dass es sinnvoll sein kann, einen Hydraulikdruckspeicher auch im Druckregelmodus fluidisch mit dem Hydraulikzylinder zu verbinden. Dadurch können mögliche Schwingungen (Oszillationen) reduziert oder vermieden werden und/oder ein Überschwingen des Systems kann reduziert oder vermieden werden. Es ist anzumerken, dass ein guter Kompromiss zwischen den beiden „Extremen“ erreicht werden kann, wenn im Druckregelmodus ein Hydraulikdruckspeicher mit einer reduzierten Größe mit dem Hydraulikzylinder fluidisch verbunden wird. Hierfür kann es vorteilhaft sein, zwei oder mehr Hydraulikdruckspeicher vorzusehen, so dass je nach aktuell genutztem Betriebsmodus unterschiedliche Druckspeichervolumina mit den jeweiligen Teilen des Hydrauliksystems verbunden werden können. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass es natürlich möglich ist, dass der Benutzer einen Druckregelmodus ohne Hydraulikdruckspeicher, mit einem kleinvolumigen Hydraulikdruckspeicher und/oder mit einem großvolumigen Hydraulikdruckspeicher je nach seinen Bedürfnissen und/oder Wünschen anfragen kann. „Großvolumiger Hydraulikdruckspeicher“ kann so verstanden werden, dass zwischen 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 % (Untergrenze) und 60 %, 70 %, 80 % und 90 % oder 100 % des Druckspeichervolumens, das im Schwingungsdämpfungsmodus verwendet wird, für den Druckregelmodus verwendet wird. Dementsprechend kann als „kleinvolumiger Hydraulikdruckspeicher“ ein Volumen zwischen 10 %, 20 %, 30 % und 40 % (Untergrenze) und 20 %, 30 % oder 40 % von 50 % (Obergrenze) des Volumens des Hydraulikdruckspeichers verstanden werden, der für den Schwingungsdämpfungsmodus verwendet wird. Der Vollständigkeit halber sollte erwähnt werden, dass es natürlich möglich ist, verschiedene Druckregelmodi in dem Sinne zu verwenden, dass in verschiedenen Druckregelmodi unterschiedlich große Druckspeichervolumina mit dem Hydraulikzylinder verbunden werden.It is possible to design the hydraulic control system in such a way that an electrically controllable third fluid switching valve is present, which is fluidically connected to the first fluid line on a first side and fluidically connected to the pressure control valve on a second side. This design makes it possible to fluidically isolate the hydraulic pressure accumulator in certain operating modes, while a fluidic connection between the hydraulic cylinder and the electrically controllable pressure control valve remains. This is particularly useful for implementing a pressure control mode. If the pressure accumulator is fluidically separated from the hydraulic cylinder, the pressure control mode can have very fast response times. This can be advantageous at least for certain applications. However, it should be pointed out again that it can be useful to fluidically connect a hydraulic pressure accumulator to the hydraulic cylinder even in pressure control mode. This can reduce or avoid possible vibrations (oscillations) and/or overshoot of the system can be reduced or avoided. It should be noted that a good compromise between the two "extremes" can be achieved if a hydraulic accumulator with a reduced size is fluidly connected to the hydraulic cylinder in pressure control mode. For this purpose, it may be advantageous to provide two or more hydraulic accumulators so that different accumulator volumes can be connected to the respective parts of the hydraulic system depending on the operating mode currently used. For the sake of completeness, it should be mentioned that it is of course possible for the user to request a pressure control mode without hydraulic accumulator, with a small volume hydraulic accumulator and/or with a large volume hydraulic accumulator depending on his needs and/or wishes. "Large volume hydraulic accumulator" can be understood to mean that between 50%, 60%, 70%, 80%, 90% (lower limit) and 60%, 70%, 80% and 90% or 100% of the accumulator volume used in vibration damping mode is used for pressure control mode. Accordingly, a "small volume hydraulic accumulator" can be understood as a volume between 10%, 20%, 30% and 40% (lower limit) and 20%, 30% or 40% of 50% (upper limit) of the volume of the hydraulic accumulator used for the vibration damping mode. For the sake of completeness, it should be mentioned that it is of course possible to use different pressure control modes in the sense that in different pressure control modes different sized accumulator volumes are connected to the hydraulic cylinder.
Ferner wird vorgeschlagen, das Hydrauliksystem derart auszugestalten, dass die elektronische Steuervorrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass der Druck im Hydraulikzylinder auf einem definierten Sollwert gehalten wird, insbesondere wenn das Hydrauliksystem in einem Druckregelmodus betrieben wird. Auf diese Weise ist es möglich, dass ein an dem Hydrauliksystem, insbesondere an einem Auslegerarm, an einer Anbringungsvorrichtung oder an einer ähnlichen Vorrichtung, befestigtes Werkzeug mit einer bestimmten, insbesondere im Wesentlichen konstanten Kraft/einem bestimmten, insbesondere im Wesentlichen konstanten Druck den Boden berühren kann, auch wenn erhebliche Höhenunterschiede entlang der Fahrspur der Maschine auftreten. Es ist anzumerken, dass ein solches konstantes Gewicht (einschließlich, aber nicht beschränkt auf eine Verringerung der Kraft, die mit der Masse des Werkzeugs einhergeht und die auf den Boden/das Erntegut einwirkt) ein gewünschtes Verhalten für bestimmte Werkzeuge wie Kreiselmäher oder dergleichen ist. Es sei ferner angemerkt, dass der Sollwert des Drucks im Hydraulikzylinder für verschiedene Betriebsbedingungen und/oder für verschiedene Werkzeuge, die an dem Hydrauliksystem angebracht sind, unterschiedlich sein kann und/oder in Abhängigkeit von den Präferenzen des Bedieners variieren kann, um nur einige Beispiele zu nennen. In jedem Fall ist es natürlich möglich, dass der Sollwert gewisse Schwankungen des Drucks im Hydraulikzylinder zulässt, um Überkorrekturen, Schwingungen oder schockartige Reaktionen der Anordnung zu vermeiden.It is further proposed to design the hydraulic system in such a way that the electronic control device is designed and configured in such a way that the pressure in the hydraulic cylinder is maintained at a defined setpoint value, in particular when the hydraulic system is operated in a pressure control mode. In this way, it is possible for a tool attached to the hydraulic system, in particular to a boom arm, to an attachment device or to a similar device, to be able to contact the ground with a certain, in particular substantially constant, force/pressure, even if significant height differences occur along the machine's track. It should be noted that such a constant weight (including, but not limited to, a reduction in the force associated with the mass of the tool acting on the ground/crop) is a desired behavior for certain tools such as rotary mowers or the like. It should also be noted that the set point of the pressure in the hydraulic cylinder may be different for different operating conditions and/or for different tools attached to the hydraulic system and/or may vary depending on the operator's preferences, to give just a few examples. In any case, it is of course possible for the set point to allow certain variations in the pressure in the hydraulic cylinder in order to avoid overcorrections, oscillations or shock-like reactions of the assembly.
Weiterhin wird vorgeschlagen, das Hydrauliksystem derart zu gestalten, dass der Betriebsmodus von einem Bediener und/oder von der elektronischen Steuervorrichtung aufgrund von Eingabebefehlen, die vom Bediener gegeben werden, gewählt wird. Auf diese Weise kann das Betriebsverhalten der hydraulischen Anordnung eine hohe Akzeptanz durch den Bediener aufweisen. Außerdem kann die Vielseitigkeit der Anordnung besonders hoch sein. Es ist zu beachten, dass es auch möglich ist, dass der Betriebsmodus und/oder der Sollwert (oder auch andere Merkmale des Hydraulikkreises) in Abhängigkeit von dem angebrachten Werkzeug eingestellt werden können, wobei eine Werkzeugerkennungseinrichtung zur automatischen Erkennung des an der Hydraulikanlage angebrachten Werkzeugs verwendet werden kann. Die Steuerungsfunktionalität hierfür kann von der elektronischen Steuervorrichtung übernommen werden. Eine solche Ausführungsform kann besonders fehlersicher und/oder komfortabel für den Bediener sein.It is further proposed to design the hydraulic system in such a way that the operating mode is selected by an operator and/or by the electronic control device based on input commands given by the operator. In this way, the operating behavior of the hydraulic arrangement can have a high level of acceptance by the operator. In addition, the versatility of the arrangement can be particularly high. It should be noted that it is also possible for the operating mode and/or the setpoint (or other features of the hydraulic circuit) to be set depending on the attached tool, wherein a tool recognition device can be used to automatically recognize the tool attached to the hydraulic system. The control functionality for this can be taken over by the electronic control device. Such an embodiment can be particularly fail-safe and/or convenient for the operator.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, das Hydrauliksystem so zu gestalten, dass der Druck im Hydraulikdruckspeicher von der elektronischen Steuervorrichtung auf der Grundlage der Einstellungen der Fluidschaltventile, der Einstellung des Druckregelventils (der Druckregelventile), der Messdaten (zumindest) des ersten Druckaufnehmers und/oder einer Zeitentwicklungsfunktion des hydraulischen Steuersystems/Hydrauliksystems geschätzt wird. Mit diesem Ansatz ist es möglich, die Notwendigkeit eines zusätzlichen Druckaufnehmers (in zumindest einem anderen Teil des Hydraulikkreislaufs) zu vermeiden, wodurch die Kosten und die Komplexität des hydraulischen Systems reduziert werden können. Es ist anzumerken, dass eine einigermaßen gute Druckabschätzung aus praktischer Sicht ausreicht, obgleich sie aus akademischer Sicht unzureichend ist. Betrachten wir als Beispiel einen Druckausgleich vor einem Schwingungsdämpfungsmodus: Wenn die beiden Drücke im Hydraulikzylinder des Auslegerarms und im Hydraulikdruckspeicher nahe beieinander liegen, ist dies ausreichend. Zwar kann beim Umschalten vom Druckausgleichsmodus in den Schwingungsdämpfungsmodus aufgrund eines falsch berechneten Druckniveaus (insbesondere im Hydraulikdruckspeicher) ein Anpassungsfehler auf den beiden Seiten auftreten, und es so zu einem Druckausgleich zwischen Hydraulikzylinder und Hydraulikdruckspeicher kommen, was ein geringes Anheben oder Absenken des Auslegerarms zur Folge hat; eine solche kleine Bewegung wird jedoch vom Bediener möglicherweise nicht als störend oder problematisch empfunden bzw. bei sehr kleinen Anpassungsfehlern vom Bediener gar nicht bemerkt.Furthermore, it is proposed to design the hydraulic system in such a way that the pressure in the hydraulic accumulator is estimated by the electronic control device based on the settings of the fluid switching valves, the setting of the pressure control valve(s), the measurement data of (at least) the first pressure transducer and/or a time evolution function of the hydraulic control system/hydraulic system. With this approach, it is possible to avoid the need for an additional pressure transducer (in at least one other part of the hydraulic circuit), thus reducing the cost and complexity of the hydraulic system. It should be noted that a reasonably good pressure estimation is sufficient from a practical point of view, although it is insufficient from an academic point of view. As an example, let us consider a pressure equalization before a vibration damping mode: if the two pressures in the boom arm hydraulic cylinder and in the hydraulic accumulator are close to each other, this is sufficient. Although an adjustment error may occur on both sides when switching from pressure compensation mode to vibration damping mode due to an incorrectly calculated pressure level (particularly in the hydraulic accumulator), causing pressure equalization between the hydraulic cylinder and the hydraulic accumulator, resulting in a slight raising or lowering of the boom arm, such a small movement may not be perceived as disturbing or problematic by the operator, or may not be noticed at all by the operator in the case of very small adjustment errors.
Insbesondere kann das hydraulische Steuersystem so ausgelegt sein, dass die Zeitentwicklungsfunktion auf der Grundlage gemessener Betriebseigenschaften des Hydrauliksystems angepasst wird. Diese Messungen können z. B. im Herstellerwerk (oder in einer Reparaturwerkstatt, die eine größere Reparatur/Überholung durchführen kann) vorgenommen und in der elektronischen Steuervorrichtung gespeichert werden. Eine Neukalibrierung wird dann nur bei einer größeren Reparatur oder Überholung des Hydrauliksystems durchgeführt. Wenn die Größe des Hydraulikdruckspeichers geändert wird, muss natürlich eine Neukalibrierung durchgeführt werden. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, dass die Kalibrierungsdaten aufgrund von Messungen, die während des Betriebs der Maschine vorgenommen werden, angepasst werden. Stellt die elektronische Steuervorrichtung beispielsweise beim Umschalten von einem Druckausgleichsmodus in einen Schwingungsdämpfungsmodus einen Druckabfall oder einen Druckanstieg am ersten Druckaufnehmer fest, so ist dies ein Hinweis darauf, dass die derzeit verwendeten Parameter etwas fehlerbehaftet sind und entsprechend nachjustiert werden müssen. Für diese Nachjustierung können alle aus dem Stand der Technik bekannten Methoden verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform kann ein erhöhter Leckölstrom aufgrund von Verschleiß oder Alterung von Dichtungen o.ä. berücksichtigt werden, um so die Qualität der Korrektur nicht zu verschlechtern.In particular, the hydraulic control system can be designed such that the time evolution function is adjusted based on measured operating characteristics of the hydraulic system. These measurements can be made, for example, at the manufacturer's factory (or at a repair shop that can perform a major repair/overhaul) and stored in the electronic control device. Recalibration is then only carried out when a major repair or overhaul of the hydraulic system is carried out. If the size of the hydraulic pressure accumulator is changed, recalibration must of course be carried out. In addition or alternatively, it is also possible that the calibration data is adjusted based on measurements taken during operation of the machine. If, for example, the electronic control device detects a pressure drop or a pressure increase at the first pressure sensor when switching from a pressure compensation mode to a vibration damping mode, this is an indication that the parameters currently used are somewhat faulty and need to be readjusted accordingly. Any methods known from the state of the art can be used for this readjustment. In this embodiment, an increased leakage oil flow due to wear or aging of seals or similar can be taken into account in order not to impair the quality of the correction.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, das hydraulische Steuersystem derart auszuführen, dass ein zweiter Druckaufnehmer vorhanden ist, der mit der zweiten Fluidleitung fluidisch verbunden ist. Auf diese Weise kann der Druck auf beiden Seiten (d. h. Hydraulikzylinder und Hydraulikdruckspeicher) gemessen werden, anstatt sich auf eine - wenn auch gute - Schätzung des Drucks auf einer Seite zu verlassen. Dies kann die Qualität der Steuerung erhöhen, insbesondere kann es eine (kleine) Hebe- oder Senkbewegung des Auslegerarms beim Wechsel vom Druckausgleichsmodus in den Schwingungsdämpfungsmodus verringern. Dies kann bei sehr empfindlichen Fördergütern (z.B. Glasflaschen, stoßempfindlichen Gütern, kohlensäurehaltigen Getränken) oder bei Einsatzgebieten mit sehr geringen zulässigen Lagetoleranzen o.ä. klar erwünscht oder sogar erforderlich sein. Insbesondere können größere Bewegungen des Auslegerarms zu Beginn einer Arbeitsschicht oder nach einer längeren Pause vermieden werden, bei denen auf einer Zeitentwicklungfunktion basierende Druckschätzungen dazu neigen, vergleichsweise ungenau zu sein.In addition, it is proposed to design the hydraulic control system in such a way that a second pressure sensor is present which is fluidically connected to the second fluid line. In this way, the pressure on both sides (i.e. hydraulic cylinder and hydraulic pressure accumulator) can be measured instead of relying on an - albeit good - estimate of the pressure on one side. This can increase the quality of the control, in particular it can reduce a (small) lifting or lowering movement of the boom arm when changing from the pressure compensation mode to the vibration damping mode. This can clearly be desirable or even necessary for very sensitive goods to be conveyed (e.g. glass bottles, shock-sensitive goods, carbonated drinks) or in areas of application with very small permissible position tolerances or the like. In particular, larger movements of the boom arm at the beginning of a work shift or after a longer break can be avoided, where pressure estimates based on a time development function tend to be comparatively inaccurate.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, das Hydrauliksystem derart zu gestalten, dass das Druckregelventil elektrisch auf einen definierten Druck eingestellt werden kann, so dass der definierte eingestellte Druck auf einer Seite desselben (typischerweise auf der Seite mit der zweiten Fluidleitung/der Seite mit der dritten Fluidleitung) gehalten wird. Insbesondere bei einem (im Wesentlichen permanenten) Druckausgleichsbetrieb kann der definierte eingestellte Druck tatsächlich variabel sein und vom Druck auf der Hydraulikzylinderseite abhängen. Auf diese Weise folgt der Druck im Hydraulikdruckspeicher dem Druck im Hydraulikzylinder. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen kann eine bestimmte Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten zugelassen werden, so dass eine Verstellung des Solldrucks verzögert werden kann, derart, dass eine Verstellung erst bei Erreichen oder Überschreiten einer bestimmten Druckdifferenz erfolgt. Auf diese Weise kann Energie gespart werden. Nur der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass bei diesem Druckregelmodus der Hydraulikdruckspeicher mit dem Druckregelventil fluidisch verbunden ist, während der Hydraulikzylinder fluidisch vom Hydraulikdruckspeicher getrennt ist. Im Gegensatz dazu ist im Beispiel des Druckausgleichsmodus der Hydraulikzylinder fluidisch mit dem Druckregelventil verbunden, und der eingestellte Druck wird entsprechend der Anforderung des Bedieners, in Abhängigkeit des angebrachten Werkzeugs oder in Abhängigkeit von einer anderen Überlegung eingestellt. Wie bereits erwähnt, kann der Hydraulikdruckspeicher je nach den Betriebserfordernissen mit dem Hydraulikzylinder/dem Druckregelventil verbunden sein oder auch nicht (einschließlich des Falles, dass nur ein reduziertes Volumen des Druckspeichers fluidisch mit dem Hydraulikzylinder/dem Druckregelventil verbunden ist).In addition, it is proposed to design the hydraulic system in such a way that the pressure control valve can be electrically set to a defined pressure, so that the defined set pressure is maintained on one side thereof (typically on the side with the second fluid line/the side with the third fluid line). In particular in a (substantially permanent) pressure equalization operation, the defined set pressure can actually be variable and depend on the pressure on the hydraulic cylinder side. In this way, the pressure in the hydraulic pressure accumulator follows the pressure in the hydraulic cylinder. Depending on the operating conditions, a certain pressure difference between the two sides can be permitted, so that an adjustment of the target pressure can be delayed, such that an adjustment only takes place when a certain pressure difference is reached or exceeded. In this way, energy can be saved. Just for the sake of completeness, it should be mentioned that in this pressure control mode the hydraulic pressure accumulator is fluidically connected to the pressure control valve, while the hydraulic cylinder is fluidically separated from the hydraulic pressure accumulator. In contrast, in the example of the pressure compensation mode, the hydraulic cylinder is fluidly connected to the pressure control valve, and the set pressure is adjusted according to the operator's requirement, depending on the attached tool or depending on speed is set by another consideration. As already mentioned, the hydraulic accumulator may or may not be connected to the hydraulic cylinder/pressure control valve depending on the operating requirements (including the case where only a reduced volume of the accumulator is fluidly connected to the hydraulic cylinder/pressure control valve).
Darüber hinaus wird ein Hydrauliksystem vorgeschlagen, das derart ausgelegt ist, dass der Druckausgleichsmodus kurz vor dem Einschalten eines Schwingungsdämpfungsmodus und/oder eines Druckregelmodus ausgewählt wird. Zusätzlich oder alternativ wird vorgeschlagen, dass das hydraulische Steuersystem so ausgelegt ist, dass der Druckausgleichsmodus durchgeführt wird, wenn der Hydraulikzylinder betätigt wird. Auf diese Weise kann der Druckausgleich nur in Situationen durchgeführt werden, in denen anschließend ein Schwingungsdämpfungsmodus aktiviert wird oder die Aktivierung eines Schwingungsdämpfungsmodus erwartet werden kann. In ähnlicher Weise wird ein Druckausgleich für den Druckspeicher nur dann durchgeführt, wenn ein relevanter Grund für eine Änderung des Drucks im Hydraulikdruckspeicher vorliegt. Auf diese Weise lassen sich unnötige Druckschwankungen im Hydraulikdruckspeicher vermeiden. Dies kann den Verschleiß verringern, die Geräuschentwicklung reduzieren und/oder den Energieverbrauch der Maschine senken.Furthermore, a hydraulic system is proposed which is designed such that the pressure equalization mode is selected shortly before switching on a vibration damping mode and/or a pressure control mode. Additionally or alternatively, it is proposed that the hydraulic control system is designed such that the pressure equalization mode is performed when the hydraulic cylinder is actuated. In this way, pressure equalization can only be performed in situations where a vibration damping mode is subsequently activated or the activation of a vibration damping mode can be expected. Similarly, pressure equalization for the pressure accumulator is only performed when there is a relevant reason for a change in the pressure in the hydraulic pressure accumulator. In this way, unnecessary pressure fluctuations in the hydraulic pressure accumulator can be avoided. This can reduce wear, reduce noise and/or lower the energy consumption of the machine.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, das Hydrauliksystem derart zu gestalten, dass ein Überdruckventil und/oder ein Rückschlagventil vorhanden ist, das mit der dritten Fluidleitung des Hydrauliksystems fluidisch verbunden ist. Auf diese Weise können Schäden am System aufgrund von Überdruck und/oder Kavitation auf einfache und kostengünstige Weise vermieden werden. Es sollte klar sein, dass Schäden aufgrund von Überdruck oder Kavitation ein realistisches Risiko während des normalen Betriebs des Hydrauliksystems darstellen und/oder vermieden werden sollten. Ein Ablassen von Fluid kann nicht nur in Richtung eines Hydraulikfluidvorratsbehälters unter Umgebungsdruck vorgesehen werden. Zusätzlich und/oder alternativ kann ein Fluidablass in Richtung einer Bereitschaftsdruckleitung erfolgen, wobei sich die Bereitschaftsdruckleitung in der Regel auf einem Zwischendruckniveau befindet (d. h. zwischen Umgebungsdruck und dem von der Hydraulikpumpe gelieferten Fluiddruck).Furthermore, it is proposed to design the hydraulic system in such a way that a pressure relief valve and/or a non-return valve is present which is fluidically connected to the third fluid line of the hydraulic system. In this way, damage to the system due to overpressure and/or cavitation can be avoided in a simple and cost-effective manner. It should be clear that damage due to overpressure or cavitation represents a realistic risk during normal operation of the hydraulic system and/or should be avoided. Fluid discharge cannot only be provided towards a hydraulic fluid reservoir at ambient pressure. Additionally and/or alternatively, fluid discharge can be made towards a standby pressure line, wherein the standby pressure line is typically at an intermediate pressure level (i.e. between ambient pressure and the fluid pressure supplied by the hydraulic pump).
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, das Hydrauliksystem so zu gestalten, dass die erste Fluidleitung mit einem Auslegerarmhydraulikzylinder fluidisch verbunden ist. Auf diese Weise kann ein sehr einfacher Aufbau des Hydrauliksystems realisiert werden, was zu Kostenvorteilen führen kann. Zusätzlich oder alternativ wird vorgeschlagen, das Hydrauliksystem so zu gestalten, dass eine Umschaltventilanordnung verwendet wird, so dass die erste Fluidleitung wahlweise mit einem Hydraulikzylinder eines Auslegerarms (Auslegerarmhydraulikzylinder) und einem Hydraulikzylinder einer Anbringungsvorrichtung (Anbringungsvorrichtungshydraulikzylinder) fluidisch verbunden werden kann. Auf diese Weise kann die Vielseitigkeit des Hydrauliksystems bei vergleichsweise geringen Zusatzkosten erhöht werden. Dies liegt daran, dass Umschaltventile auf dem Markt leicht und kostengünstig erhältlich sind.Furthermore, it is proposed to design the hydraulic system in such a way that the first fluid line is fluidically connected to a boom arm hydraulic cylinder. In this way, a very simple structure of the hydraulic system can be realized, which can lead to cost advantages. Additionally or alternatively, it is proposed to design the hydraulic system in such a way that a changeover valve arrangement is used so that the first fluid line can be fluidically connected selectively to a hydraulic cylinder of a boom arm (boom arm hydraulic cylinder) and a hydraulic cylinder of an attachment device (attachment device hydraulic cylinder). In this way, the versatility of the hydraulic system can be increased at comparatively low additional costs. This is because changeover valves are readily and inexpensively available on the market.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Steuerung eines Hydrauliksystems vorgeschlagen, bei dem das Hydrauliksystem selektiv in einem Schwingungsdämpfungsmodus und in einem Druckregelmodus betrieben werden kann, wobei zur Realisierung sowohl des Schwingungsdämpfungsmodus als auch des Druckregelmodus ein gemeinsames Druckregelventil verwendet wird. Insbesondere kann das Verfahren in Kombination mit einem Hydrauliksystem gemäß der vorherigen Beschreibung durchgeführt werden. Das Verfahren kann zumindest in Analogie die gleichen Merkmale und Eigenschaften wie zuvor beschrieben aufweisen. Darüber hinaus kann das Verfahren auch im zuvor beschriebenen Sinne, zumindest in analoger Weise, modifiziert werden. Solche Modifikationen können zumindest in Analogie die gleichen oder zumindest ähnliche Merkmale, Eigenschaften, Wirkungen und Vorteile aufweisen, wie zuvor beschrieben.Furthermore, a method for controlling a hydraulic system is proposed, in which the hydraulic system can be operated selectively in a vibration damping mode and in a pressure control mode, wherein a common pressure control valve is used to implement both the vibration damping mode and the pressure control mode. In particular, the method can be carried out in combination with a hydraulic system according to the previous description. The method can have, at least analogously, the same features and properties as previously described. In addition, the method can also be modified in the sense described above, at least in an analogous manner. Such modifications can have, at least analogously, the same or at least similar features, properties, effects and advantages as previously described.
Weitere Vorteile, Eigenschaften und Aufgaben der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ersichtlich, wobei die Zeichnungen zeigen:
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1 : eine erste mögliche Ausführungsform eines Hydrauliksystems für ein Arbeitsfahrzeug, das eine Steuervorrichtung zur Durchführung einer Vielzahl von Betriebsmodi aufweist; -
2 : eine zweite mögliche Ausführungsform eines Hydrauliksystems für ein Arbeitsfahrzeug, aufweisend eine Steuervorrichtung zur Durchführung einer Mehrzahl von Betriebmodi; -
3 : ein Arbeitsfahrzeug mit einem hydraulisch betätigten Auslegerarm und einer hydraulisch betätigten Anbringungsvorrichtung.
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1 : a first possible embodiment of a hydraulic system for a work vehicle, which has a control device for carrying out a plurality of operating modes; -
2 : a second possible embodiment of a hydraulic system for a work vehicle, comprising a control device for carrying out a plurality of operating modes; -
3 : a work vehicle with a hydraulically operated boom arm and a hydraulically operated attachment device.
Die Auslegeranordnung 32 wird durch einen Auslegerarmhydraulikzylinder 2 betätigt, wobei die untere Kammer 3 des Kolbens 5 des Auslegerarmhydraulikzylinders 2 in
Die erste Fluidleitung 7 ist auf einer Seite mit der unteren Kolbenkammer 3 des Auslegerarmhydraulikzylinders 2 verbunden. Die andere Seite der ersten Fluidleitung 7 ist mit dem ersten Fluidschaltventil 8 verbunden. Am anderen Ende des ersten Fluidschaltventils 8 ist eine zweite Fluidleitung 9 angeschlossen, die zu einem Hydraulikdruckspeicher 10 führt, der teilweise mit Hydraulikfluid auf unterschiedlichen Druckniveaus gefüllt ist. Das erste Fluidschaltventil 8 kann zwischen zwei verschiedenen Stellungen umgeschaltet werden, nämlich einer Stellung, in der keine Fluidverbindung zwischen der ersten und der zweiten Fluidleitung 7, 9 besteht (wie in
Weiterhin ist ein Druckaufnehmer 13 mit der ersten Fluidleitung 7 fluidisch verbunden. Die Druckmessung des Druckaufnehmers 13 wird über ein elektrisches Kabel an die elektronische Steuervorrichtung 11 übertragen.Furthermore, a
Von der zweiten Fluidleitung 9 zweigt eine dritte Fluidleitung 14 ab, die zu einem elektrisch gesteuerten Druckregelventil 15 führt. Wie in
Eine weitere Fluidleitung, nämlich die vierte Fluidleitung 17, verbindet die erste Fluidleitung 7 mit dem Druckregelventil 15. In der vierten Fluidleitung 17 ist ein weiteres Fluidschaltventil 18, nämlich das elektrisch steuerbare dritte Hydraulikfluidschaltventil 18, angeordnet, so dass ein Fluidfluss durch die vierte Fluidleitung 17 entweder hergestellt oder unterbunden werden kann (wie in
Es sei darauf hingewiesen, dass die vierte Fluidleitung 17 und das elektrisch gesteuerte dritte Fluidschaltventil 18 optional sind, was bedeutet, dass ein Druckausgleichsmodus, ein Schwingungsdämpfungsmodus und ein Druckregelmodus auch ohne die dritte Fluidleitung 17 und das dritte Fluidschaltventil 18 realisiert werden können. Dennoch ist ihr Vorhandensein vorteilhaft, da das Verhalten des Hydrauliksystems 1 durch sie verbessert werden kann.It should be noted that the fourth fluid line 17 and the electrically controlled third
Das elektrisch steuerbare Druckregelventil 15 kann auch von der elektronischen Steuervorrichtung 11 über eines der elektrischen Kabel 12 gesteuert werden. Das Druckregelventil 15 kann auf einen bestimmten Drucksollwert eingestellt werden. An einer seiner Seiten 19, 20 ist das Druckregelventil 15 mit der dritten Fluidleitung 14 (und damit auch mit der vierten Fluidleitung 17) verbunden. Das Druckregelventil 15 ist so konfiguriert, dass an seiner ersten Seite 19 (die mit den jeweiligen Teilen 14b, 17b der dritten und vierten Fluidleitung 14, 17 verbunden ist) ein definierter Druck aufrechterhalten wird, wobei das Druckniveau durch das elektrische Steuersignal gezielt eingestellt werden kann (und daher die jeweiligen Teile 14b, 17b der dritten Fluidleitung 14 und der vierten Fluidleitung 17 durch die elektronische Steuervorrichtung 11 auf ein geeignetes Druckniveau eingestellt werden können). Um den Druck auf der ersten Seite 19 des Druckregelventils 15 auf dem eingestellten Niveau zu halten, besteht auf der zweiten Seite 20 des Druckregelventils 15 eine Verbindung zu einer Hochdruckfluidleitung 21 und einer Umgebungsdruckfluidleitung 22. Die Hochdruckfluidleitung 21 wird von einer Hydraulikfluidpumpe 23 gespeist, wobei die Hydraulikfluidpumpe 23 ihr Hydraulikfluid aus dem Hydraulikfluidvorratsbehälter 6 beziehen kann. Die Umgebungsdruckfluidleitung 22 ist direkt mit dem Hydraulikfluidvorratsbehälter 6 fluidisch verbunden. Daher kann durch eine geeignete Bewegung des Druckregelventils 15 der Druck auf der ersten Seite 19 des Druckregelventils 15 erhöht werden, indem eine Fluidverbindung mit der Hochdruckfluidleitung 21 hergestellt wird; ebenso kann der Fluiddruck auf der ersten Seite 19 des Druckregelventils 15 durch eine Fluidverbindung mit der Umgebungsdruckfluidleitung 22 gesenkt werden, wodurch auf der ersten Seite 19 des Druckregelventils 15 effektiv Fluid abgelassen werden kann.The electrically controllable
Die Hydraulikfluidpumpe 23 kann durch die elektronische Steuervorrichtung 11 elektrisch gesteuert werden (obwohl in
Darüber hinaus ist im Hydrauliksystem 1 ein Sicherheitsventil 24 angeordnet. Das Sicherheitsventil 24 ist über den zweiten Teil 14b der dritten Fluidleitung 14 mit der ersten Seite 19 des Druckregelventils 15 verbunden. Weiterhin ist das Sicherheitsventil 24 mit der Umgebungsdruckfluidleitung 22 verbunden. Schließlich ist das Sicherheitsventil 24 mit der Zwischendruckleitung 25 verbunden, die durch eine geeignete Vorrichtung (vorliegend nicht dargestellt) auf einem Zwischendruckniveau gehalten wird.In addition, a
Es ist zu beachten, dass bei der in
Tabelle 1 zeigt eine Übersicht über die Ventileinstellungen der verschiedenen Ventile 8, 15, 16 und 18 in den unterschiedlichen Betriebsmodi aus der Gruppe der Betriebsmodi, die einen Druckausgleichsmodus, einen Schwingungsdämpfungsmodus und einen Druckregelmodus umfasst. Insbesondere im Druckregelmodus wird das Druckregelventil 15 auf ein entsprechendes Druckniveau eingestellt, so dass dem Auslegerarmhydraulikzylinder 2 ein definierter Druck zugeführt wird, derart, dass das an der Auslegerarmanordnung 32 angebrachte Werkzeug mit einer gewünschten mechanischen Kraft auf den Boden drückt. Tabelle 1 - Ventilstellungen für unterschiedliche Betriebsmodi
Außerdem wird im Druckausgleichsmodus das Druckniveau des Druckregelventils 15 auf ein Niveau eingestellt, das dem gewünschten Druckniveau im Hydraulikdruckspeicher 10 entspricht. Dies kann dem vom Druckaufnehmer 13 gemessenen Druck entsprechen, d.h. dem Druck im unteren Kolbenraum 3 des Auslegerarmhydraulikzylinders 2. Der Druckausgleichsmodus kann permanent eingeschaltet werden (insbesondere wenn die Auslegerarmanordnung 32 bewegt wird), so dass der Hydraulikdruckspeicher 10 immer auf dem gleichen Druckniveau wie der untere Kolbenraum 3 des Auslegerarmhydraulikzylinders 2 ist.Furthermore, in the pressure compensation mode, the pressure level of the
Es ist jedoch auch möglich, eine bestimmte maximale Druckdifferenz zwischen dem Auslegerarmhydraulikzylinder 2 und dem Hydraulikdruckspeicher 10 zuzulassen (wobei Druckschwankungen innerhalb des Bereichs der maximal zulässigen Druckdifferenz zulässig sind). Auf diese Weise müssen weniger Druckbeaufschlagungs- und Druckentlastungszyklen des Hydraulikdruckspeichers 10 durchgeführt werden, was in der Regel Energie spart. Eine Feinanpassung kurz vor Beginn eines Schwingungsdämpfungsmodus kann dadurch erfolgen, dass vor dem Öffnen des ersten Fluidschaltventils 8 (und dem Einstellen der anderen Ventile 15, 16, 18 in eine geeignete Position) ein „endgültiger“ Druckausgleichsmodus eingeleitet wird. Alternativ ist es auch möglich, einfach das erste Fluidumschaltventil 8 zu öffnen (und die anderen Ventile 15, 16, 18 in eine geeignete Stellung zu bringen), wodurch es aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Auslegerarmhydraulikzylinder 2 und dem Hydraulikdruckspeicher 10 zu einer gewissen Bewegung des Kolbens 5 des Auslegerarmhydraulikzylinders 2 kommen kann. Es ist zu beachten, dass die Druckdifferenz zwischen dem Auslegerarmhydraulikzylinder 2 und dem Hydraulikdruckspeicher 10 aufgrund des zuvor beschriebenen „intermittierenden Druckausgleichsmodus“ recht gering ist, so dass entweder der „endgültige“ Druckausgleichsmodus wenig Zeit erfordert und/oder die Bewegung des Kolbens 5 des Auslegerarmhydraulikzylinders 2 recht gering ist.However, it is also possible to allow a certain maximum pressure difference between the boom arm
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Druckausgleichsmodus erst kurz vor dem Umschalten auf einen Schwingungsdämpfungsmodus durchzuführen. Dies ist in der Regel die energieeffizienteste Lösung. Allerdings kann die Zeitverzögerung für die Anpassung des Drucks im Hydraulikdruckspeicher 10 an den Druck im Auslegerarmhydraulikzylinder 2 ein spürbares Ausmaß in Anspruch nehmen. Je nach Arbeitsumgebung kann dies jedoch auch tolerierbar sein.Another possibility is to perform a pressure equalization mode just before switching to a vibration damping mode. This is usually the most energy-efficient solution. However, the time delay for adjusting the pressure in the
Wie aus einem Vergleich von
Die Steuerlogik des Hydrauliksystems 26 ist im Wesentlichen dieselbe wie die Steuerlogik des Hydrauliksystems 1. Je nachdem, ob ein Werkzeug an der Anbringungsvorrichtung 36 oder an der Auslegerarmanordnung 32 des Arbeitsfahrzeugs 30 montiert ist, kann der Druckausgleichsmodus, der Schwingungsdämpfungsmodus oder der Druckregelmodus entweder für die Anbringungsvorrichtung 36 oder die Auslegerarmanordnung 32 des Arbeitsfahrzeugs 30 durchgeführt werden.The control logic of the
Wie in
Das Arbeitsfahrzeug 30 weist vorliegend eine Auslegerarmanordnung 32 mit einem schwenkbaren Auslegerarm 33 auf. An einem Ende des schwenkbaren Auslegerarms 33 ist eine kippbare Schaufel 34 angeordnet.The
Der schwenkbare Auslegerarm 33 kann mit Hilfe eines Auslegerarmhydraulikzylinders 2 (siehe Hydrauliksystem 1 in
An der gegenüberliegenden Seite des Arbeitsfahrzeugs 30 ist eine Anbringungsvorrichtung 36 angeordnet. Die Anbringungsvorrichtung 36 kann mittels eines Anbringungsvorrichtungshydraulikzylinders 28 (siehe Hydrauliksystem 26 von
Es ist zu erwähnen, dass normalerweise nur eines der Werkzeuge 34, 38 mit dem Arbeitsfahrzeug 30 verbunden ist. Selbst wenn beide Werkzeuge 34, 38 am Arbeitsfahrzeug 30 angebracht sind (was vorkommen kann), wird in der Regel nur eines der Werkzeuge 34, 38 aktiv genutzt. Wenn also der Kreiselmäher 38 zum Mähen von Gras oder Feldfrüchten verwendet wird, ist die kippbare Schaufel 34 leer. Wird dementsprechend die kippbare Schaufel 34 aktiv zum Schaufeln von Gütern verwendet, befindet sich der Kreiselmäher 38 in einer passiven Position und wird nicht angetrieben.It should be noted that normally only one of the
Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass es nicht nur möglich ist, dass die Auslegerarmanordnung 32 an der Vorderseite des Arbeitsfahrzeugs 30 angeordnet ist. Vielmehr kann die Auslegeranordnung 32 auch an der Rückseite des Arbeitsfahrzeugs 30 angeordnet sein. Ferner ist es möglich, dass die Auslegerarmanordnung 32 an beiden Seiten des Arbeitsfahrzeugs 30 angeordnet ist.For the sake of completeness, it should be mentioned that it is not only possible for the
Ebenso ist es nicht nur möglich, dass die Anbringungsvorrichtungsanordnung 36 an der Rückseite des Arbeitsfahrzeugs 30 angeordnet ist. Vielmehr kann die Anbringungsvorrichtungsanordnung 36 auch an der Vorderseite des Arbeitsfahrzeugs 30 angeordnet sein. Darüber hinaus ist es möglich, dass die Anbringungsvorrichtungsanordnung 36 an beiden Seiten des Arbeitsfahrzeugs 30 angeordnet ist.Likewise, it is not only possible for the
Als Zusatzbemerkung sei auch erwähnt, dass es auch möglich ist, dass an einer (oder beiden) Seite(n) des Arbeitsfahrzeugs 30 (Vorderseite und/oder Rückseite) eine Auslegerarmanordnung 32 und eine Anbringungsvorrichtung 36 gleichzeitig angeordnet sind. Umgekehrt ist es auch möglich, dass das Arbeitsfahrzeug 30 nur eine (oder zwei oder eine Mehrzahl von) Auslegerarmanordnung(en) 32 und/oder nur eine (oder zwei oder eine Mehrzahl von) Anbringungsvorrichtung(en) 36 aufweist.As an additional note, it should also be mentioned that it is also possible for a
Es ist anzumerken, dass ein einzelnes oder eine Mehrzahl von Merkmalen einer oder mehrerer der gegenwärtig offenbarten detaillierten Ausführungsformen in Kombination mit der allgemeinen Beschreibung der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können.It should be noted that any one or a plurality of features of one or more of the presently disclosed detailed embodiments may be used in combination with the general description of the present disclosure.
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