DE10250588A1

DE10250588A1 - Schwenksteueralgorithmus für eine Hydraulikschaltung

Info

Publication number: DE10250588A1
Application number: DE10250588A
Authority: DE
Inventors: James D Linerode
Original assignee: Caterpillar Mitsubishi Ltd; Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd; Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd; Caterpillar Mitsubishi Ltd; Caterpillar Inc
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: US20030110934A1; US6761029B2; DE10250588B4; JP2003227502A

Abstract

Ein Strömungsmittelsteuersystem kann eine Pumpe, einen Tank und eine Betätigungsvorrichtung aufweisen, die eine Arbeitskammer aufweist. Das System kann betreibbar sein, um die Drehbewegung einer Schwenkstruktur und mindestens ein Werkzeug zu steuern. Eine Ventilanordnung kann konfiguriert sein, um die Strömungsmittelverbindung zwischen der Arbeitskammer und dem Tank und zwischen der Arbeitskammer und der Pumpe zu steuern. Eine Eingabevorrichtung kann betreibbar sein, um selektiv eine Bewegung der Schwenkstruktur zu steuern. Das System kann eine Steuervorrichtung in Verbindung mit der Ventilanordnung und der Eingabevorrichtung aufweisen. Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, einen Flusszustand und einen Druckzustand der Arbeitskammer durch einen abgefühlten Druckzustand der Arbeitskammer und einen Befehl von der Eingabevorrichtung zu steuern.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Strömungsmittelsteuersystem und insbesondere auf einen Schwenksteueralgorithmus für eine Hydraulikschaltung.

Hintergrund

Herkömmliche hydraulische Systeme, beispielsweise jene, die in großen Baggern eingebaut sind, weisen typischerweise ein Steuersystem mit offener Mitte auf, um die Schwenkbewegung eines Arms zu steuern, der beispielsweise an einer Kabine angebracht ist. Ein solches System wird üblicherweise als Schwenkschaltung bezeichnet. Im Gegensatz dazu wird ein System mit geschlossener Mitte typischerweise zur Steuerung von Werkzeugen verwendet. Bei solchen Hydrauliksystemen weisen das System mit offener Mitte und das System mit geschlossener Mitte jeweils eine extra dafür vorgesehene Pumpe auf; eine Pumpe mit fester Verdrängung für das System mit offener Mitte und eine Pumpe mit variabler Verdrängung für das System mit geschlossener Mitte. Das System mit offener Mitte bietet dem Bediener ein Gefühl dafür, wie viel Belastung auf dem Schwenkschaltungsmotor ist, während es das System mit geschlossener Mitte nicht tut. Jedoch ist das System mit offener Mitte im allgemeinen weniger effizient als ein System mit geschlossener Mitte, weil ein Teil des Strömungsmittelflusses in dem System mit offener Mitte gewöhnlicherweise zum Tank kommt, ohne irgend eine Arbeit auszuführen.
Eine typische hydraulische Schwenkschaltung, wie sie im US-Patent 5575149 gezeigt ist, weist ein System mit offener Mitte mit einer Pumpe mit fester Verdrängung auf. Diese Schwenkschaltung setzt ein Steuerventil ein, weiter ein Paar von vorsteuerbetätigten Druckentlastungsventilen mit zwei Pegeln und ein Paar von vorsteuerbetätigten Gegenausgleichsventilen. Die Schaltung sieht keinen Mechanismus vor, um bei der Bestimmung zu helfen, ob der Arm, der von der Schwenkschaltung gesteuert wird, gegen eine Wand läuft. Zusätzlich kann ein solches komplexes System, welches nicht den Wirkungsgrad eines Systems mit geschlossener Mitte hat, nicht wünschenswert sein.
Ein Strömungsmittelsteuersystem und ein Schwenksteueralgorithmus, um effektiv und wirkungsvoll ein Gefühl wie bei einer offenen Mitte für ein Hydrauliksystem mit geschlossener Mitte vorzusehen, ist erwünscht. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu lösen.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes der Erfindung kann ein Strömungsmittelsteuersystem, welches betreibbar ist, um eine Drehbewegung einer Schwenkstruktur und die Bewegung von mindestens einem Werkzeug zu steuern, eine Pumpe, einen Tank und eine Betätigungsvorrichtung aufweisen, die eine Arbeitskammer aufweist. Eine Ventilanordnung kann konfiguriert sein, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Arbeitskammer und dem Tank zu steuern, und eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Arbeitskammer und der Pumpe zu steuern. Eine Eingabevorrichtung kann betreibbar sein, um selektiv die Bewegung der Schwenkstruktur zu steuern. Das System kann eine Steuervorrichtung in Verbindung mit der Ventilanordnung und der Eingabevorrichtung aufweisen. Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um einen Flusszustand der Arbeitskammer durch einen abgefühlten Druckzustand der Arbeitskammer und einen Befehl von der Eingabevorrichtung zu steuern.
Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, um ein hydraulisches System zu steuern. Das Verfahren kann aufweisen, einen Eingangsbefehl von einer Eingabevorrichtung aufzunehmen, einen erwünschten Druckwert basierend auf dem Eingangsbefehl zu erzeugen, eine Flussgrenze basierend auf dem Eingangsbefehl zu erzeugen, und eine inkrementelle bzw. schrittweise Bewegung einer Betätigungsvorrichtung zu verursachen. Eine Größe der Bewegung während eines vorbestimmten Zeitintervalls kann auf dem erwünschten Druckwert und der Flussgrenze basieren.
Es sei bemerkt, dass sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft und erklärend sind und nicht die Erfindung einschränken, wie sie beansprucht wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Beschreibung mit eingeschlossen sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Hydraulikschaltung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine Kurvendarstellung eines erwünschten Druckes gegenüber der Hebelposition gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist eine Kurvendarstellung der Flussgrenze gegenüber der Hebelposition gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung

Es wird nun im Detail auf Ausführungsbeispiele der Erfindung Bezug genommen, die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Wo es auch immer möglich ist, werden die gleichen Bezugszeichen in den gesamten Zeichnungen verwendet, um sich auf die selben oder gleichen Teile zu beziehen.
Mit Bezug auf Fig. 1 weist einen Strömungsmittelsteuersystem, beispielsweise die Hydraulikschaltung 100, eine Ventilanordnung auf, beispielsweise eine Anordnung 110 von unabhängigen Zumessventilen, eine Pumpe 112, einen Tank 114 und eine Betätigungsvorrichtung, beispielsweise einen Hydraulikmotor 116. In diesen beispielhaften Ausführungsbeispiel kann der Hydraulikmotor ein umkehrbarer Motor mit gleicher Verdrängung mit einer ersten Endkammer 118 und einer zweiten Endkammer 120 sein. Die Pumpe 112 kann beispielsweise eine Hochdruck-Pumpe mit variabler Verdrängung aufweisen.
Die Anordnung 110 von unabhängigen Zumessventilen weist eine Vielzahl von unabhängig betätigten, elektronisch gesteuerten Zumessventilen 122, 124, 126, 128 auf. Die Zumessventilen 122, 124, 126, 128 steuern den Strömungsmittelfluss zwischen der Pumpe 112, dem Tank 114 und dem Hydraulikmotor 116. Die Zumessventile können Kolbenventile, Sitzventile oder irgend eine andere herkömmliche Bauart eines Zumessventils sein, die geeignet wäre. Die Zumessventile werden im einzelnen als Kammer-Tank- Zumessventil 122 des ersten Endes, als Pumpen-Kammer-Zumessventil 124 des ersten Endes, als Pumpen-Kammer-Zumessventil 126 des zweiten Endes und als Kammer-Tank-Zumessventil 128 des zweiten Endes bezeichnet. Diese Anordnung 110 von unabhängigen Zumessventilen weist auch einen Eingangsanschluss 130, einen Ausgangsanschluss 132, einen ersten Steueranschluss 134 und einen zweiten Steueranschluss 136 auf.
Das hydraulische Steuersystem 100 weist auch einen Drucksensor 150 des ersten Endes, einen Drucksensor 152 des zweiten Endes, eine Steuervorrichtung 160 und eine Bedienereingabevorrichtung 170 auf. Die Drucksensoren 150, 152 des ersten und des zweiten Endes werden konfiguriert, um mit der Steuervorrichtung 160 in Verbindung zu stehen. Die Eingabevorrichtung 170 kommuniziert auch mit der Steuervorrichtung und gestattet es einem Bediener, die hydraulische Schaltung 100 zu steuern. Beispielsweise gestattet die Eingabevorrichtung 170, dass der Bediener eine Last schwenkt, beispielsweise eine schwenkbare Bedienerkabine mit einem Arbeitsarm und/oder einem Arbeitswerkzeug. Alternativ kann die Eingabevorrichtung 170 eine Quelle für Eingabebefehle, beispielsweise von einem Computer darstellen, die verwendet wird, um automatisch den Hydraulikmotor 116 ohne einen Bediener zu steuern.
Wie in Fig. 1 gezeigt, kommuniziert die Steuervorrichtung 160 elektronisch mit der Eingabevorrichtung 170, mit den Zumessventilen 122, 124, 126, 128 und mit den Drucksensoren 150, 152. Die Steuervorrichtung 160 kann Informationen von der Eingabevorrichtung 170 aufnehmen, beispielsweise einen Schwenkrichtungsbefehl, genauso wie von den Drucksensoren 150, 152. Basierend auf den Befehlen von der Eingabevorrichtung 170 und den Drucksensoren 150, 152 kann die Steuervorrichtung einen erwünschten Betrieb für die Hydraulikschaltung 100 und einen entsprechenden Satz von Ausgangsgrößen 165 für die Zumessventile 122, 124, 126, 128 bestimmen. In einem Ausführungsbeispiel können die Ausgangsgrößen 165 Ströme für jedes der Zumessventile 122, 124, 126, 128 darstellen.
Fig. 2 ist ein beispielhafter Betrieb 200 der Steuervorrichtung 160 gemäß eines ersten beispielhaften Ausführungsbeispiels der Hydraulikschaltung 100. Es sei bemerkt, dass die in diesem beispielhaften Betrieb 200 verwendeten, numerischen Druckfehlergrenzen und Bereiche von der Maschine abhängig variieren können, die einen Algorithmus gemäß der Erfindung einsetzt.
Mit Bezug auf Fig. 2 beginnt die Steuerung im Schritt 202, wenn die Steuervorrichtung 160 einen Befehl von der Eingabevorrichtung 170 aufnimmt. Im Schritt 204 bestimmt die Steuervorrichtung 160, dass ein erwünschter Druck auf eine Arbeitskammer aufgebracht wird, und auch eine Flussgrenze des Strömungsmittels zur Arbeitskammer, beispielsweise durch Extrapolation aus den in den Fig. 3 und 4 gezeigten Kurvendarstellungen. Beispielsweise kann ein vorwärts gerichteter Druck auf die Eingabevorrichtung 170, beispielsweise auf einen Bedienungshebel, mit den positiven Hebelpositionen der Fig. 3 und 4 assoziiert sein, und kann das Aufbringen von unter Druck gesetztem Strömungsmittel auf die erste Endkammer 118 des Hydraulikmotors 116 bewirken, um den Motor 116 im Uhrzeigersinn zu drehen. In dieser Situation wäre die erste Endkammer 118 die Arbeitskammer. Es sei bemerkt, dass das Gegenteil für einen rückwärts gerichteten Zug an der Eingabevorrichtung 170 der Fall sein kann. Weiterhin sei bemerkt, dass der Effekt der gerichteten Bewegung der Eingabevorrichtung 170 umgekehrt werden kann, genauso wie es die Assoziation der Hebelpositionen der Fig. 3 und 4 sein kann.
Die Steuerung geht dann voran zum Schritt 206, wo die Steuervorrichtung 160 den Druckfehler bei der Arbeitskammer bestimmt, d. h. in der ersten Endkammer 118 oder in der zweiten Endkammer 120. Der Druckfehler kann bestimmt werden durch Subtraktion des Druckes, der durch den entsprechenden Drucksensor 150, 152 bei der Arbeitskammer abgefühlt wird, von dem Druck, der durch die Position der Eingabevorrichtung 170 bestimmt wird.
Im Schritt 208 bestimmt die Steuervorrichtung 160, ob der Druckfehler größer als eine erste vorbestimmte positive Druckfehlergrenze ist, beispielsweise 50 kPa (7252 psi). Wenn der Druckfehler größer als 50 kPa ist, schreitet die Steuerung voran zum Schritt 210. Anderenfalls springt die Steuerung zum Schritt 230.
Im Schritt 210 vergrößert die Steuervorrichtung 160 den Strömungsmittelfluss zur Arbeitskammer. Der Strömungsmittelfluss zur Arbeitskammer kann gesteuert werden durch Betätigung des Pumpen-Kammer-Zumessventils 124, 126, welches mit der Arbeitskammer assoziiert ist. Wenn beispielsweise die erste Endkammer 118 die Arbeitskammer ist, wird das Pumpen-Kammer- Zumessventil 124 der ersten Endkammer steuerbar geöffnet, um den Strömungsmittelfluss zu der ersten Endkammer 118 zu vergrößern. Das Ausmaß, um welches das Pumpen-Kammer-Zumessventil 124, 126, welches mit der Arbeitskammer assoziiert ist, geöffnet wird, kann durch einen vorbestimmten Algorithmus oder eine Nachschautabelle bestimmt werden. Eine allmähliche rampenförmige Bewegung des Strömungsmittelflusses zur Arbeitskammer kann eine besser gesteuerte und/oder glattere Bewegung der Last vorsehen. Die rampenförmige Entwicklung kann eine lineare oder eine nicht lineare Funktion sein.
Zusätzlich kann das Kammer-Tank-Zumessventil, welches mit der Nicht- Arbeitskammer assoziiert ist, den Fluss aus der Nicht-Arbeitskammer zumessen, wenn das Pumpen-Kammer-Zumessventil, welches mit der Arbeitskammer assoziiert ist, den Strömungsmittelfluss zu der Arbeitskammer steuert. Die Zumessung des Kammer-Tank-Ventils, welches mit der Nicht- Arbeitskammer assoziiert ist, kann einen zusätzlichen Widerstand für die Arbeitskammer vorsehen und einen schnelleren Druckaufbau des Strömungsmitteldruckes bei der Arbeitskammer erleichtern.
Dann bestimmt die Steuervorrichtung 160 im Schritt 212, ob der vergrößerte Strömungsmittelfluss zur Arbeitskammer größer ist als die Flussgrenze, die von der Position der Eingabevorrichtung 170 bestimmt wird. Wenn der vergrößerte Strömungsmittelfluss größer als die Flussgrenze ist, fährt die Steuerung beim Schritt 214 fort. Anderenfalls springt die Steuerung zum Schritt 216.
Im Schritt 214 setzt die Steuervorrichtung 160 den vergrößerten Strömungsmittelfluss gleich der Flussgrenze, die von der Position der Eingabevorrichtung 170 bestimmt wird. Die Steuerung fährt beim Schritt 216 fort.
Im Schritt 216 bestimmt die Steuervorrichtung 160, ob der Druckfehler größer ist, als eine zweite vorbestimmte positive Druckfehlergrenze von beispielsweise 5000 kPa (725189 psi). Wenn der Druckfehler größer ist als 5000 kPa, fährt die Steuerung zum Schritt 218 fort. Anderenfalls geht die Steuerung zum Schritt 220.
Im Schritt 218 setzt die Steuervorrichtung 160 den Ablauffluss, der mit der Arbeitskammer assoziiert ist, gleich Null. Der Ablauffluss kann durch das Kammer-Tank-Zumessventil 122, 128 gesteuert werden, welches mit der Arbeitskammer assoziiert ist. Wenn beispielsweise die erste Endkammer 118 die Arbeitskammer ist, kann der Ablauffluss durch das Kammer-Tank- Zumessventil 122 der ersten Endkammer gesteuert werden. Im Schritt 218 kann die Steuervorrichtung 160 das geeignete Kammer-Tank-Zumessventil schließen, um einen Ablauffluss von Null zu erreichen. Die Steuerung geht dann weiter zum Schritt 240, wo die Steuerung zum Schritt 202 zurückgestellt wird.
Wenn die Steuervorrichtung 160 in dem Schritt 216 bestimmt, dass der Druckfehler nicht größer als 5000 kPa ist, bestimmt die Steuervorrichtung 160 im Schritt 220, ob der Ablauffluss gleich Null ist. Wenn der Ablauffluss gleich Null ist, geht die Steuerung weiter zum Schritt 222. Anderenfalls geht die Steuerung zum Schritt 224.
Im Schritt 222 setzt die Steuervorrichtung 160 den Ablauffluss gleich einem minimalen Ablauffluss. Der minimale Ablauffluss kann irgend eine Größe sein, beispielsweise 3 Liter pro Minute (l/min), 5 l/min. 10 l/min usw.. Der minimale Ablauffluss kann abhängig von der Maschine variieren, die einen Algorithmus gemäß der Erfindung einsetzt. Die Steuerung geht dann voran zum Schritt 240, wo die Steuerung zum Schritt 202 zurückgebracht wird.
Im Schritt 224 verringert die Steuervorrichtung die Größe des Ablaufflusses, wenn die Steuervorrichtung 160 im Schritt 220 bestimmt, dass der Ablauffluss nicht gleich Null ist. Dann bestimmt im Schritt 226 die Steuervorrichtung 160, ob der reduzierte Ablauffluss geringer ist, als der minimale Ablauffluss. Wenn der reduzierte Ablauffluss geringer ist, als der minimale Ablauffluss geht die Steuerung voran zum Schritt 228. Anderenfalls springt die Steuerung zum Schritt 240, wo die Steuerung zum Schritt 202 zurückgebracht wird.
Wenn die Steuervorrichtung 160 bestimmt, dass der reduzierte Ablauffluss geringer als der minimale Ablauffluss ist, setzt die Steuervorrichtung 160 im Schritt 228 den reduzierten Ablauffluss gleich dem minimalen Ablauffluss. Die Steuerung fährt dann beim Schritt 240 fort, wo die Steuerung zum Schritt 202 zurückgebracht wird.
Nach der Bestimmung im Schritt 208, dass der Druckfehler nicht größer als 50 kPa ist, bestimmt die Steuervorrichtung 160 im Schritt 230, ob der Druckfehler kleiner ist, als eine erste vorbestimmte negative Druckfehlergrenze von beispielsweise -50 kPa (-7252 psi). Wenn der Druckfehler kleiner als -50 kPa ist, geht die Steuerung voran zum Schritt 232. Anderenfalls geht die Steuerung zum Schritt 234.
Im Schritt 232 verringert die Steuervorrichtung 160 den Strömungsmittelfluss zur Arbeitskammer und vergrößert den Ablauffluss. Die Steuerung geht dann voran zum Schritt 240, wo die Steuerung zum Schritt 202 zurückgebracht wird.
Nach der Bestimmung, dass der Druckfehler nicht kleiner als -50 kPa ist, hält die Steuervorrichtung im Schritt 234 den gegenwärtigen Strömungsmittelfluss zur Arbeitskammer und den gegenwärtigen Ablauffluss aufrecht. Die Steuerung geht dann voran zum Schritt 240, wo die Steuerung zum Schritt 202 zurückgebracht wird.
Mit Bezug auf die Fig. 3 und 4 können die maximalen und minimalen erwünschten Drücke und die maximale Flussgrenze abhängig von der Maschine abweichen, die einen Algorithmus gemäß der Erfindung einsetzt. Zusätzlich kann die Beziehung zwischen dem erwünschten Druck und der Hebelpositionen nicht linear sein. Darüber hinaus kann die Beziehung zwischen der Flussgrenze und der Hebelpositionen eine lineare oder eine andere nicht lineare Konfiguration sein.

Industrielle Anwendbarkeit

Im Gebrauch steuern die Zumessventile 122, 128 den Strömungsmittelfluss von der Kammer zum Tank, während die Zumessventile 124, 126 den Strömungsmittelfluss von der Pumpe zur Kammer steuern. Eine herkömmliche Drehung des Motors 116 in einer Richtung kann beispielsweise durch selektive, vom Bediener gesteuerte Betätigung der Zumessventile 124, 128 erreicht werden, und eine Drehung in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung kann beispielsweise durch eine gleichzeitige bedienergesteuerte Betätigung der Zumessventile 122, 126 erreicht werden.
Mit Bezug auf Fig. 1 kann die Eingabevorrichtung 170 positioniert sein, um eine Eingangsgröße vorzusehen, um den in Fig. 2 gezeigten beispielhaften Steuerbetrieb einzuleiten. Die Eingangsgröße kann einen erwünschten Druck bei der Arbeitskammer aufweisen, und eine Flussgrenze zur Arbeitskammer basierend auf der Hebelposition gemäß der in den Fig. 3 und 4 gezeigten beispielhaften Kurvendarstellungen.
Beispielsweise kann ein Bediener anfänglich die Eingabevorrichtung 170 auf eine Position mit 100% bewegen, was einer Drehung des Motors 116 im Uhrzeigersinn entspricht, um eine Kabine mit einem daran angebrachten Schwenkarm zu positionieren. Entsprechend kann der erwünschte Arbeitsdruck, der auf eine Arbeitskammer aufzubringen ist, gleich einem maximalen erwünschten Druck sein, und die Flussgrenze kann gleich einer maximalen Flussgrenze sein.
Wenn der beispielhafte Betrieb 200 voranschreitet, wird der maximale erwünschte Druck mit dem abgefühlten Druck in der Arbeitskammer verglichen, beispielsweise in der ersten Endkammer 118, die mit der Drehung im Uhrzeigersinns assoziiert ist. Da der Druckfehler wahrscheinlich größer als beispielsweise 5000 kPa oder als irgend eine andere zweite vorbestimmte positive Druckgrenze sein wird, kann die Steuervorrichtung 160 das Pumpen-Kammer-Zumessventil 124 der ersten Endkammer betätigen, um den Strömungsmittelfluss zu der ersten Endkammer 118 bis zu der maximalen Flussgrenze zu steigern, die mit der Position der Eingabevorrichtung 170 assoziiert ist. Die Steuervorrichtung 160 kann auch das Kammer-Tank- Zumessventil 122 der ersten Endkammer betätigen, um einen Ablauffluss von Null vorzusehen. Diese Betriebsvorgänge können fortfahren, bis die Position der Eingabevorrichtung 170 verändert wird, oder bis der Druckfehler kleiner als 5000 kPa ist.
Wenn die Last frei schwenkt, d. h. ohne Widerstand gegen eine Wand, eine Barriere oder ähnliches, kann der Druckfehler schließlich kleiner als 5000 kPa sein. Wenn sie jedoch frei schwenkt, ist es unwahrscheinlich, dass der Druckfehler kleiner als die erste vorbestimmte positive Druckgrenze ist, beispielsweise 50 kPa, oder kleiner als irgend eine andere erste vorbestimmte positive Druckgrenze, auch wenn der Bediener die Eingabevorrichtung 170 in der Position mit 100% im Uhrzeigersinn hält. Wenn der Druckfehler zwischen den ersten und zweiten vorbestimmten positiven Druckgrenzen ist, kann die Steuervorrichtung 160 fortfahren, den Strömungsmittelfluss zu der ersten Endkammer 118 bis zu der maximalen Flussgrenze zu steigern, die mit der Position der Eingabevorrichtung 170 assoziiert ist. Die Steuervorrichtung 160 kann das Kammer-Tank-Zumessventil 122 der ersten Endkammer betätigen, um den Ablauffluss zu verringern oder um den Ablauffluss auf einem minimalen Ablauffluss zu halten, der gleich einem vorbestimmten Wert ist. Dieser Betriebsvorgang kann fortfahren, bis die Position der Eingabevorrichtung 170 verändert wird, oder bis der Druckfehler kleiner als 50 kPa oder größer als 5000 kPa ist. Wiederum sind die speziellen dargelegten Drücke nur beispielhaft. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen Betrieb gemäß der spezifischen Drücke eingeschränkt.
Wenn die Last weiter frei schwenkt, ist es wahrscheinlich, dass der Druckfehler unter die zweite vorbestimmte positive Druckfehlergrenze fällt, beispielsweise unter 5000 kPa, während die Reibungskräfte überwunden werden, auf die man trifft, wenn man die Last zum Schwenken bringt. Nach der Überwindung der Reibungskräfte wird der Druckfehler wahrscheinlich ansteigen und größer als die zweite positive Grenze werden, beispielsweise größer als 5000 kPa. Nach dem Überschreiten der zweiten positiven Grenze kann die Steuervorrichtung 160 dass Pumpen-Kammer-Zumessventil 124 der ersten Endkammer betätigen, um den Strömungsmittelfluss zu der ersten Endkammer 118 wiederum zu vergrößern, und zwar bis zu der maximalen Flussgrenze, die mit der Position der Eingabevorrichtung 170 assoziiert ist. Die Steuervorrichtung 160 kann auch das Kammer-Tank-Zumessventil 122 der ersten Endkammer betätigen, um einen Ablauffluss von Null vorzusehen. Die Situation kann sich fortsetzen, bis die Position der Eingabevorrichtung 170 verändert wird, oder bis der Druckfehler kleiner als 5000 kPa ist.
Wenn nach einer einleitenden Bewegung die Last auf ein Hindernis trifft, beispielsweise auf eine Wand oder irgend eine andere Barriere, kann der Druckfehler unter die erste vorbestimmte positive Druckfehlergrenze fallen, beispielsweise unter 50 kPa. Bis zu diesem Zeitpunkt kann das System arbeiten, wie oben für die Situation beschrieben, wo der Druckfehler größer ist, als die zweite positive Grenze, und für die Situation, wo der Druckfehler zwischen den ersten und zweiten positiven Grenzen ist.
Wenn der Druckfehler kleiner als die erste vorbestimmte positive Druckfehlergrenze wird, beispielsweise kleiner als 50 kPa, und größer als eine erste vorbestimmte negative Druckfehlergrenze, beispielsweise -50 kPa, kann die Steuervorrichtung 160 dass Pumpen-Kammer-Zumessventil 124 für die erste Endkammer betreiben, um den Strömungsmittelfluss zu der ersten Endkammer 118 bis zu der maximalen Flussgrenze aufrecht zu erhalten, die mit der Position der Eingabevorrichtung 170 assoziiert ist. Die Steuervorrichtung 160 kann auch das Kammer-Tank-Zumessventil 122 der ersten Endkammer betätigen, um den vorherigen Ablauffluss aufrecht zu erhalten. Diese Betriebsvorgänge der Steuervorrichtung können den Druckfehler nahe Null halten. Diese Situation kann fortfahren, bis die Position der Eingabevorrichtung 170 verändert wird, oder bis der Drucksensor größer als 50 kPa oder kleiner als -50 kPa ist.
Wenn der Druckfehler kleiner als die erste vorbestimmte negative Druckfehlergrenze wird, beispielsweise kleiner als -50 kPa, kann die Steuervorrichtung 160 der das Pumpen-Kammer-Zumessventil 124 der ersten Endkammer betätigen, um den gegenwärtigen Strömungsmittelfluss zur ersten Endkammer 118 zu verringern. Die Steuervorrichtung 160 kann auch das Kammer-Tank-Zumessventil 122 der ersten Endkammer betätigen, um den Ablauffluss zu vergrößern. Die Betriebsvorgänge der Steuervorrichtung können den Druckfehler zurück auf Null zwingen. Diese Situation kann fortfahren, bis die Position der Eingabevorrichtung 170 verändert wird, oder bis der Druckfehler größer als -50 kPa ist.
Es sei bemerkt, dass der Ablauffluss eine Dämpfung und Stabilität für das System vorsehen kann. Bei einer Einleitung durch den Bediener kann jedoch das Kammer-Tank-Zumessventil 122, 128, welches mit der Arbeitskammer 118, 120 assoziiert ist, welche den Ablauffluss steuert, geschlossen bleiben, um die Möglichkeit zu eliminieren, dass die Last in die entgegengesetzte Richtung schwenkt, was auch als Rückschlag bezeichnet wird. Es sei auch bemerkt, dass bei einem vollen Hebelbefehl der Druckfehler groß sein kann und der Ablauffluss auf Null reduziert werden kann, wodurch der Brennstoffwirkungsgrad verbessert wird.
Somit sieht die vorliegende Erfindung einen Schwenksteueralgorithmus für eine Hydraulikschaltung vor, die sowohl eine Fluss- als auch eine Drucksteuerung bei einem System mit geschlossener Mitte vorsehen kann, und zwar ohne Anwendung einer extra dafür vorgesehenen Schwenkpumpe. Der Schwenksteueralgorithmus kann das hydraulische Steuersystem vereinfachen, Kosteneinsparungen bieten und/oder ein Gefühl eines Hydrauliksystems mit offener Mitte bei einem Hydrauliksystem mit geschlossener Mitte vorsehen.
Wie in Fig. 1 gezeigt, kann der Betrieb eines beispielhaften Ausführungsbeispiels dieser Erfindung durch eine Steuervorrichtung 160 eingerichtet werden. Die Steuervorrichtung 160 kann einen Allzweckcomputer oder einen Computer für einen speziellen Zweck aufweisen, weiter einen programmierten Mikroprozessor oder eine Mikrosteuervorrichtung (Mikrocontroller) und periphere, integrierte Schaltungselemente, eine ASIC oder irgend eine andere integrierte Schaltung, Hardware-Elektronik oder eine Logikschaltung, wie beispielsweise eine Schaltung mit diskreten Elementen, eine programmierbarer Logikvorrichtung wie beispielsweise eine PLD, eine PLA, eine FPGA oder PAL oder ähnliches. Im allgemeinen kann irgend eine Vorrichtung zur Einrichtung der Funktionen der Steuervorrichtung dieser Erfindung verwendet werden, auf der eine Maschine in finitem Zustand das in Fig. 2 gezeigte Flussdiagramm einrichten kann.
Es wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen an dem hydraulischen Steuersystem und/oder dem Schwenksteueralgorithmus vorgenommen werden können, ohne vom Umfang oder Kern der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und der praktischen Ausführung der hier offenbarte Erfindung offensichtlich. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang und Kern der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen angezeigt wird.

Claims

1. Strömungsmittelsteuersystem, welches betreibbar ist, um die Drehbewegung einer Schwenkstruktur und die Bewegung von mindestens einem Werkzeug zu steuern, wobei das Strömungsmittelsteuersystem Folgendes aufweist:
eine Pumpe;
einen Tank;
eine Betätigungsvorrichtung, die eine Arbeitskammer aufweist;
eine Ventilanordnung, die konfiguriert ist, um die Strömungsmittelverbindung zwischen der Arbeitskammer und dem Tank zu steuern, und die Strömungsmittelverbindung zwischen der Arbeitskammer und der Pumpe;
eine Eingabevorrichtung, die betreibbar ist, um selektiv die Bewegung der Schwenkstruktur zu steuern; und
eine Steuervorrichtung in Verbindung mit der Ventilanordnung und der Eingabevorrichtung, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um einen Flusszustand und einen Druckzustand der Arbeitskammer durch einen abgefühlten Druckzustand der Arbeitskammer und einen Befehl von der Eingabevorrichtung zu steuern.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Eingabevorrichtung konfiguriert ist, um einen erwünschten Druck der Arbeitskammer einzugeben, und wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, eine Druckdifferenz zwischen dem erwünschten Druck und dem abgefühlten Druckzustand zu bestimmen.

3. System nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um die Druckdifferenz mit einer ersten vorbestimmten positiven Druckfehlergrenze zu vergleichen, weiter mit einer zweiten vorbestimmten positiven Druckfehlergrenze und mit einer ersten vorbestimmten negativen Druckfehlergrenze, wobei die zweite positive Grenze größer ist, als die erste positive Grenze, und wobei die Druckdifferenz größer ist, als die zweite positive Grenze, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um den Strömungsmittelfluss zu der Arbeitskammer zu vergrößern und einen Ablauffluss von Null vorzusehen, wobei der vergrößerte Strömungsmittelfluss keine vorbestimmte Flussgrenze überschreitet.

4. System nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um die Druckdifferenz mit einer ersten vorbestimmten positiven Druckfehlergrenze zu vergleichen, weiter mit einer zweiten vorbestimmten positiven Druckfehlergrenze und mit einer ersten vorbestimmten negativen Druckfehlergrenze, wobei die zweite positive Grenze größer ist als die erste positive Grenze, und wobei wenn die Druckdifferenz kleiner als die zweite positive Grenze und größer als die erste positive Grenze ist, die Steuervorrichtung konfiguriert ist, den Strömungsmittelfluss zur Arbeitskammer zu vergrößern und zumindest einen minimalen Ablauffluss vorzusehen, wobei der vergrößerte Strömungsmittelfluss keine vorbestimmte Flussgrenze überschreitet.

5. System nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um die Druckdifferenz mit einer ersten vorbestimmten positiven Druckfehlergrenze, mit einer zweiten vorbestimmten positiven Druckfehlergrenze und mit einer ersten vorbestimmten negativen Druckfehlergrenze zu vergleichen, wobei die zweite positive Grenze größer als die erste positive Grenze ist, und wobei wenn die Druckdifferenz kleiner als die erste negative Grenze ist, die Steuervorrichtung konfiguriert ist, den Strömungsmittelfluss zur Arbeitskammer zu verringern und den Ablauffluss zu vergrößern.

6. System nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, die Druckdifferenz mit einer ersten vorbestimmten positiven Druckfehlergrenze, mit einer zweiten vorbestimmten positiven Druckfehlergrenze und mit einer ersten vorbestimmten negativen Druckfehlergrenze zu vergleichen, wobei die zweite positive Grenze größer als die erste positive Grenze ist, und wobei wenn die Druckdifferenz kleiner als die erste positive Grenze und größer als die erste negative Grenze ist, die Steuervorrichtung konfiguriert ist, das zweite Ventil zu betätigen, um den Strömungsmittelfluss zur Arbeitskammer aufrecht zu erhalten und das erste Ventil zu betätigen, um den Ablauffluss aufrecht zu halten.

7. Verfahren zur Steuerung eines Hydrauliksystems, welches Folgendes aufweist:
Aufnahme eines Eingabebefehls von einer Eingabevorrichtung; Erzeugung eines erwünschten Druckwertes basierend auf dem eingegebenen Befehl;
Erzeugung einer Flussgrenze basierend auf dem eingegebenen Befehl; und
Bewirken einer inkrementellen Bewegung einer Betätigungsvorrichtung, wobei eine Größe der Bewegung während eines vorbestimmten Zeitintervalls auf dem erwünschten Druckwert und der Flussgrenze basiert.

8. Verfahren nach Anspruch 7, welches weiter die umkehrbare Schwenkbewegung einer Last aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, welches weiter die Positionierung eines Bedienungshebels zur Erzeugung des Eingabebefehls aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 7, welches weiter das Abfühlen eines Druckes der Arbeitskammer der Betätigungsvorrichtung aufweist, wobei die Größe der Bewegung der Betätigungsvorrichtung auf einer Differenz zwischen dem erwünschten Druckwert und dem abgefühlten Druck basiert.