DE10307993A1 - Regelungs- bzw. Steuerungseinrichtung für thermische Kontraktion für Hydraulikzylinder - Google Patents

Regelungs- bzw. Steuerungseinrichtung für thermische Kontraktion für Hydraulikzylinder

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Abstract

Ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betrieb einer Lasthebevorrichtung, um eine Last zu bewegen und die Last stabil zu halten, werden offenbart. Bei der herkömmlichen Technik hat eine abgehängte, angehobene oder abgesenkte Last eine Tendenz, sich aus ihrer gewünschten Position zu bewegen, wenn Hydraulikfluid im Hebesystem abkühlt, d. h. bei einem Festschlupf-Zustand. Die vorliegende Erfindung überwacht einen Fluiddruck im Hebesystem und kompensiert den Fluiddruck, um jedweden Druckabfall aufgrund von Fluidkühlung aufzunehmen. Dadurch kann die Last wirksam stabil an einer gewünschten Position gehalten und ein Festschlupf-Zustand kann vermieden werden.

Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelungssystem bzw. ein Steuerungssystem für einen Hydraulikzylinder. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung ein Regelungssystem bzw. ein Steuerungssystem, welches einen Hydraulikzylinder unter Last stabilisieren kann.
  • 2. Beschreibung der relevanten Technik
  • Oft wird bei Lasthebevorrichtungen, wie z. B. einem Kran, ein Hydraulikzylinder verwendet. Fluid wird dem Hydraulikzylinder zugeführt oder von ihm abgezogen, um zu bewirken, dass ein Kolben sich in dem Hydraulikzylinder bewegt. Die Bewegung des Kolbens macht es möglich, dass ein Ausleger der Lasthebevorrichtung eine Last anhebt oder absenkt.
  • Wenn die Last auf eine bestimmte Höhe angehoben oder abgesenkt ist, deaktiviert ein Bediener der Lasthebevorrichtung eine Steuerung, um die Fluidströmung relativ zum Hydraulikzylinder anzuhalten. An diesem Punkt endet die Bewegung des Auslegers. Dann entfernen oder ändern Arbeiter in der Umgebung der Last diese Last oder arbeiten anderweitig an ihr.
  • Es ist bekannt, dass ein natürliches Phänomen auftritt, wenn das Anheben oder Absenken der Last an der gewünschten Höhe gestoppt wird. Speziell wird sich die Last manchmal etwas absenken, obwohl der Bediener die Steuerung so eingestellt hat, dass sie die Bewegung der Last stoppt. Dieses Phänomen ist in der Technik als "Festschlupf' ("stick slip condition") bezeichnet worden.
  • Der "Festschlupf" kann sehr problematisch sein, speziell wenn Arbeiter sich in der Umgebung der Last aufhalten. Beispielsweise könnte ein Arbeiter unter der Last verletzt werden, durch die verschobene Last eingeklemmt werden oder seine Balance verlieren, wenn sich die Last bewegt.
  • Der "Festschlupf" tritt wegen einer Abkühlung des Hydraulikfluides auf. Wenn ein Fluid wiederholt in die Hydraulikkomponenten des Systems eingepumpt oder aus diesem abgezogen wird, wird sich die Temperatur des Fluids im Zylinder wesentlich erhöhen. Ferner wird sich die Temperatur des mechanischen Systems, welches das Fluid handhabt, erhöhen. Wenn der Bediener einmal die Lasthebevorrichtung so steuert, dass die Bewegung der Last angehalten wird, wird nicht länger Fluid in den Hydraulikzylinder eingepumpt oder aus diesem abgezogen. Wenn das Fluid und das mechanische System unbetätigt bleiben, kühlen sie ab. Dies bewirkt, dass der Druck im Hydraulikzylinder sich verringert. Der Druck verringert sich wegen einer Änderung der Energie des Fluids, während es abkühlt (d. h., einer thermischen Fluidkontraktion), und wegen einer Änderung in der statischen Reihung des mechanischen Systems beim Auskühlen.
  • Irgendwann wird der Druck im Hydraulikzylinder bis zu einem Punkt absinken, wo die Kraft auf den Kolben des Zylinders aufgrund der dort angesetzten Last größer ist als der statische Systemdruck im Hydraulikzylinder, der den Kolben trägt plus der mechanischen Reibung. Wenn dies auftritt, wird sich der Kolben bewegen und somit wird die Last sich leicht absenken, bis ein neues Gleichgewicht im Hydraulikzylinder aufgebaut ist. Wenn die statische Reibung des mechanischen Systems groß genug ist, um die Last bis zu einem wesentlichen Grad zu tragen, kann die Kolbenbewegung, welche aus der schlussendlichen Überwindung der statischen Reibung resultiert, wesentlich und sehr plötzlich sein (d. h., der "Festschlupf" tritt auf). Dieser Zyklus kann sich einige Male wiederholen, während das Fluid weiter abkühlt.
  • Wenn das Fluid einmal auf die Umgebungstemperatur abkühlt, werden die Absenkzyklen der Last stoppen, und der "Festschlupf" wird aufhören. Jedoch wäre es im typischen Kranbetrieb unerwünscht, es einer Last zu gestatten, für die benötigte Zeitspanne zur vollständigen Abkühlung der Last bei einer gewünschten Höhe zu bleiben und die Möglichkeit eines "Festschlupfes" vorübergehen zu lassen. Eine solche Praxis würde die notwendige Zeit und das notwendige Geld für typische Bauprojekte stark erhöhen. Deshalb besteht in der Technik ein Bedarf an einem System, welches das Auftreten eines "Festschlupfes" unmittelbar beim Anheben oder Senken einer Last auf eine gewünschte Höhe wirksam reduzieren oder eliminieren kann.
  • Eine erste Lösung gemäß dem technischen Hintergrund lag darin, ein Verbolzungssystem bereitzustellen. Bei der ersten Lösung wird, wenn die Last einmal auf eine gewünschte Höhe angehoben oder abgesenkt ist, ein körperlicher Bolzen durch ausgerichtete Löcher in bewegliche Sektionen des Auslegers eingesetzt, um die Auslegersektionen körperlich miteinander zu verbinden. Das Gewicht der Last wird im wesentlichen durch die Bolzen gehalten. Deshalb wird sich die Last nicht absenken, wenn der Druck im Hydraulikzylinder abfällt.
  • Die erste Lösung rat Nachteile. Die Kosten und die Wartung, die mit dem Verbolzungssystem verbunden sind, müssen zu dem Ausleger aufgerechnet werden. Das Verbolzungssystem selbst fügt dem Ausleger Gewicht hinzu. Ferner macht es das Einbohren von Löchern durch die Auslegersektionen notwendig, die Abmessungen der Auslegersektionen zu vergrößern, um eine geeignete Festigkeit für die Auslegeresektionen aufrecht zu erhalten.
  • Ein weiterer Nachteil der ersten Lösung liegt darin, dass nur eine begrenzte Anzahl von Löchern in den Auslegersektionen vorgesehen sind. Deshalb kann die Last nur bei einigen wenigen möglichen Höhen verbleiben, damit die Bolzen durch die ausgerichteten Löcher in den beweglichen Auslegersektionen hindurchgehen können. Oftmals ist die nächstliegende "verriegelbare" Höhe für die Last nicht die optimale oder noch nicht einmal eine wünschenswerte Höhe für eine spezielle Situation.
  • Als Alternative zur Verbolzungslösung ist eine zweite Lösung im technischen Hintergrund vorgeschlagen worden. Bei der zweiten Lösung wird ein hydraulischer Druck auf die Kolben- oder Stangenseite des Hydraulikzylinders aufrecht erhalten. Dieser Druck wirkt als Puffer oder Dämpfer für jedwede Bewegung des Kolbens, wenn das Hydraulikfluid abkühlt.
  • Die zweite Lösung verhindert den "Festschlupf" nicht, sondern sie vergleichmässigt eher die Abwärtsbewegung der Last, während sie sich absenkt, und zwar durch das Verhindern eines heftigen Abwärts-Krängens in der Ladung. Die zweite Lösung reduziert die Wahrscheinlichkeit der Verschiebung der Last, und sie kann etwas zusätzliche Zeit für einen Arbeiter in der Umgebung der Last bereitstellen, um dadurch zu reagieren, dass er aus dem Weg geht oder seine Balance aufrecht erhält, wenn er um die Last herum arbeitet.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen oder mehrere der Nachteile des Standes der Technik anzugehen.
  • Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System zur Verhinderung eines "Festschlupfes" bereitzustellen.
  • Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Steuerungssystem und ein Verfahren zur Betätigung einer Lasthebevorrichtung bereitzustellen, welche die Sicherheit und Genauigkeit der Betätigung verbessern.
  • Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuerungssystem und ein Verfahren zum Betreiben einer Lasthebevorrichtung bereitzustellen, welche einen konstanten Druck in einem Hydraulikzylinder aufrecht erhalten, der ausreicht, um eine Last bei einer gewünschten Höhe zu halten.
  • Weitere Aufgaben und ein breiterer Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung werden aus der weiteren detaillierten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich jedoch, dass die detaillierte Beschreibung und die speziellen Beispiele, welche bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angeben, nur zur Erläuterung vorgestellt werden, da verschiedene Änderungen und Modifizierungen innerhalb des Geistes und Umfangs der Erfindung für Fachleute aus der detaillierten Beschreibung ersichtlich werden.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird besser aus der weiteren detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen verständlich, welche lediglich zur Erläuterung gegeben werden und somit nicht einschränkend für die vorliegende Erfindung sind. Es zeigen:
  • Fig. 1 ein Blockdiagramm, welches die Bestandteile eines Steuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • Fig. 2 ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren für den Betrieb des Steuerungssystems nach Fig. 1 darstellt;
  • Fig. 3 ein Ablaufdiagramm, welches ein Verfahren zum Betrieb des Steuerungssystems darstellt, wenn mehrere Hydraulikzylinder eingebunden sind; und
  • Fig. 4 ein Blockdiagramm, welches die Bestandteile eines Steuerungssystems gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung darstellt.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Steuerungssystems bzw. Regelungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Steuerungssystem steuert die Bewegung eines Kolbens 10 in einem Hydraulikzylinder, welcher wiederum die Bewegung einer Last 14 steuert, die mit einer Stange 16 des Kolbens 10 verbunden ist.
  • Die primäre Bewegung des Kolbens 10 in einer Richtung kann auf jedwede bekannte, herkömmliche Weise erzielt werden. Beispielsweise wird der Kolben 10 durch die Aktivierung eines Haupt-Steuerungsventils 20 bewegt, das unter Druck stehendes Hydraulikfluid zu einer Kolbenkopfseite 24 des Hydraulikzylinders 12 zuführt. Das Hydraulikfluid bewirkt, dass der Kolben 10 sich bewegt. In der Zwischenzeit verlässt Hydraulikfluid den Hydraulikzylinder 12 über das Haupt-Steuerungsventil 20, das in Fluidverbindung mit der Kolbenstangenseite 18 des Hydraulikzylinders 12 steht.
  • Die Primärbewegung des Kolbens 10 in der entgegengesetzten Richtung kann wiederum durch jedwede bekannte, herkömmliche Art und Weise erzielt werden. Beispielsweise führt das Haupt-Steuerungsventil 20 Fluid in den Eingang der Kolbenstangenseite 18 des Hydraulikzylinders 12, während ein Gegen-Gleichgewichtsventil 22 es dem Hydraulikfluid gestattet, die Kolbenkopfseite des hydraulischen Zylinders 12 zu verlassen.
  • Nunmehr werden unter Bezugnahme auf die Fig. 1 die Bauteile erläutert, welche dem Kompensationssteuerungssystem zugeordnet sind, das die Kolbenposition stabil hält, um einen "Festschlupf" zu vermeiden. Ein Mikroprozessor 26 ist vorgesehen, um das Steuerungssystem zu leiten. Natürlich würde der Mikroprozessor 26 zugeordneten RAM- und ROM-Speicher haben, entweder intern oder extern, um seine Tätigkeit zu vereinfachen. Ein Stangenleerungsventil 23 wird durch einen Ausgang 46 gesteuert, um den stangenseitigen Druck 18 im Zylinder abzubauen. Dieses Element des Systems eliminiert den Bedarf zur Kompensation der Effekte des stangenseitigen Fluids, die ebenfalls eine Abkühlung betreffen würden. Eine Kompensatorpumpe bzw. ein Kompensatormotor 28 wird durch einen ersten Ausgang 29 des Mikroprozessors 26 gesteuert. Die Kompensatorpumpe bzw. der Kompensatormotor 28 kann so betrieben werden, dass er Hydraulikfluid aus einem gemeinsamen Reservoir 30 abzieht und das Hydraulikfluid über eine erste Leitung 32 zu einem Ventil liefert, wie z. B. einem Kompensatorsteuerungsventil 34. Ein Entlastungsventil 36 befindet sich ebenfalls in Fluidverbindung mit der ersten Leitung 23, um den Druck des Hydraulikfluids in der ersten Leitung 32 zu begrenzen.
  • Das Kompensatorsteuerungsventil 34 ist normalerweise in einem "aus"-Zustand, so dass das unter Druck stehende Hydraulikfluid nicht hindurchgehen kann. Jedoch wird das Kompensatorsteuerungsventil 34 elektrisch durch einen zweiten Ausgang 35 des Mikroprozessors 26 gesteuert. Der zweite Ausgang 35 kann die Form eines Ausgangsimpulses annehmen, der einen "hoch"-Zustand und einen "niedrig"-Zustand hat. Der "hoch"-Zustand des zweiten Ausgangs. 35 bewirkt, dass ein Solenoid des Kompensatorsteuerungsventil 34 ein internes Ventil aktiviert, um so das Kompensatorsteuerungsventil in einen "ein"-Zustand zu setzen. Im "ein"-Zustand gestattet das Kompensatorsteuerungsventil 34 es einem Hydraulikfluid, durch es hindurchzuströmen.
  • Das Hydraulikfluid, das durch das Kompensatorsteuerungsventil 34 hindurchgeht, geht über eine dritte Leitung 49 in die Kolbenkopfseite 24 des Hydraulikzylinders 12. Somit kann der Druck auf die Kolbenkopfseite 24 des Hydraulikzylinders 12 unterstützt werden, wenn die Kompensatorpumpe bzw. der Kompensatormotor 28 und das Kompensatorsteuerungsventil 34 durch den Mikroprozessor 26 aktiviert werden.
  • Ein Wandler 38 ist mit der Kolbenkopfseite 24 des Hydraulikzylinders 12 verbunden. Der Wandler 38 misst einen Druck des Hydraulikfluids an der Kolbenkopfseite 24 des Hydraulikzylinders 12. Der gemessene Druck wird über die Steuerungsleitung 40 dem Mikroprozessor 26 übermittelt. Der gemessene Druck ist ein analoges Signal, welches über einen Analog/Digital-Wandler (A/D) des Mikroprozessors 26 in ein digitales Signal gewandelt wird.
  • Natürlich könnte der Mikroprozessor 26, welcher das erfindungsgemäße Kompensationssteuerungssystem für den Kolben 10 steuert, ebenfalls verwendet werden, um das herkömmliche Primärbewegungssystem für den Kolben 10 zu steuern bzw. zu regeln. Beispielsweise könnte der Mikroprozessor 26 erste und zweite Eingänge 42, 44 erhalten, die signalisieren, dass die Last jeweils ausgefahren oder zurückgezogen werden soll. Ferner könnten zusätzlich zum Ausgang 46, der bereitgestellt wird, um das Stangenentleerungsventil 23 zu steuern, ähnliche Ausgänge (nicht dargestellt) die anderen notwendigen Bauteile für die Primärbewegung steuern, wie z. B. das Haupt-Steuerungsventil 20. Wie in Fig. 1 dargestellt, wird ebenfalls ins Auge gefasst, dass der Mikroprozessor 26 zusätzliche Eingänge hat, wie z. B. einen Rücksetzungseingang 48, der ein Rücksetzungssignal von einem Bediener aktivierten Steuerungspult empfängt.
  • Nun wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 ein Ablaufdiagramm erklärt, welches einen Betriebsablauf gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Es wird ins Auge gefasst, dass eine Reihe von Selbstdiagnose-Tests oder Fehlerüberprüfungen vor der Initiierung der Betriebsprozedur durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass alle Systembauteile vollständig betriebsbereit sind. Hierzu würden Lichter, Messeinrichtungen oder andere Anzeigen im Bedienerbereich vorgesehen, um Fehler, einen aktivierten Zustand und/oder Drücke anzuzeigen, die während der Betriebsprozedur gemessen werden.
  • Im Schritt S100 wird festgestellt, ob das Kompensations-Steuerungs- bzw. Regelungssystem aktiviert worden ist. Wenn nicht, wartet die Prozedur, bis das Kompensations-Steuerungs- bzw. Regelungssystem aktiviert worden ist. Wenn ja, geht die Verarbeitung zum Schritt S102 weiter. Die Aktivierung des Kompensations-Steuerungssystems könnte über einen Schalter durchgeführt werden, der im Bedienerbereich der Lasthebevorrichtung angeordnet ist.
  • Im Schritt S102 wird bestimmt, ob die Hebevorrichtung in Betrieb ist. Beispielsweise wird festgestellt, ob eine Winde betrieben wird, ein Ausleger ausgefahren, zurückgezogen, geneigt oder geschwenkt wird, etc. Wenn der Betrieb der Hebevorrichtung stattfindet, fährt die Prozedur damit fort, den Betrieb zu überwachen, bis der Betrieb stoppt. Wenn der Betrieb der Hebevorrichtung stoppt, fährt der Prozess mit dem Schritt S104 fort.
  • Das "Stoppen" der Lasthebevorrichtung kann als ein Mangel an Betrieb der Lasthebevorrichtung für einen vorbestimmten Zeitraum, wie z. B. 5 Sekunden, definiert werden, oder als Aktivierung eines "Stop"-Schalters durch einen Verwender der Lasthebeeinrichtung. Wenn die Lasthebeeinrichtung gestoppt ist, wird das Haupt-Steuerungsventil 20 geschlossen und das Stangenentleerungsventil 23 geöffnet.
  • Im Schritt S104 wird der hydraulische Druck im Hydraulikzylinder 12 über den Wandler 38 gemessen. Als nächstes wird im Schritt S105 der gemessene Druck in einem Speicher als P(Start) durch den Mikroprozessor 26 gespeichert. Im Schritt S106 erhält der Mikroprozessor zwei Werte X und Y. Die Werte X und Y betreffen die Veränderungen im Druck des Hydraulikfluides im Hydraulikzylinder 12, welche auftreten können ohne dass sie bewirken, dass ein Festschlupf auftritt bzw. ohne dass die Last angehoben wird. Der Wert X wäre ein tolerierbarer Abfall in psi im Hydraulikzylinder 12, welcher auftreten könnte, ohne dass ein Festschlupf auftritt. Der Wert Y wäre ein tolerierbarer Anstieg in psi im Hydraulikzylinder 12, welcher auftreten könnte, ohne dass irgendeine Anhebung der Last resultiert.
  • Im Schritt S108 wird der aktuelle Druck P im Hydraulikzylinder 12 unter Verwendung des Wandlers 38 gemessen. Als nächstes wird im Schritt S110 der aktuelle Druck P mit P(Start)- X verglichen. Wenn der aktuelle Druck P nicht geringer ist als P(Start)-X, kehrt die Prozedur zum Schnitt S108 zurück. Durch diese Anordnung überwacht die Prozedur kontinuierlich den aktuellen Druck P im Hydraulikzylinder, bis der aktuelle Druck unterhalb P(Start)-X fällt.
  • Wenn der aktuelle Druck P unterhalb P(Start)-X fällt, geht die Prozedur zum Schritt S112 über. Im Schritt S112 wird der Druck im Hydraulikzylinder 12 auf P(Start)+Y erhöht, und zwar durch die Aktivierung der Kompensatorpumpe bzw. des Kompensatormotors 28 und durch das Kompensatorsteuerungsventil 34.
  • Der Druck P(Start)+Y reicht nicht aus, um eine Bewegung des Kolbens 10 zu bewirken und somit die Last 14 anzuheben. Der Grund, warum der Druck auf einen Wert oberhalb von P(Start) angehoben wird liegt darin, dass der Druck im Hydraulikzylinder 12 weniger oft eingestellt werden muss, was in weniger Abnutzung an den zugeordneten Ventilen, Pumpen und Motoren resultiert. Natürlich wäre es möglich, die Vorteile der vorliegenden Erfindung einfach dadurch zu erzielen, dass der Druck im Hydraulikzylinder 12 nur bis P(Start) hinauf erhöht wird, wenn dies so gewünscht ist. In einem solchen Fall wäre Y = 0, und es bestünde keine Notwendigkeit dazu, die Variable Y mit einzuschließen oder zu verarbeiten.
  • Auch könnte Y eine negative Zahl sein, was darin resultieren würde, dass der Druck im Hydraulikzylinder 12 auf einen Wert erhöht wird, der geringer ist als P(Start). Das Kompensieren des Druckes bis zu einem Punkt unterhalb des Anfangsdruckes P(Start) wäre ebenfalls geeignet, um eine Bewegung der Last zu verhindern.
  • Ferner könnte das Kompensieren des Druckes auf einen Punkt unterhalb des Anfangsdruckes P(Start) sich bei der Vermeidung unerwünschter Bewegungen der Last als sicherer herausstellen.
  • Wenn der Druck auf P(Start)+Y erhöht ist, kehrt die Prozedur zum Schritt S108 zurück. Die Prozedur fährt damit fort, den Druck im Hydraulikzylinder 12 zu überwachen und den Druck zu ergänzen, sollte er unterhalb von P(Start)-X fallen.
  • Bei einer bevorzugten Betriebsweise würde der Schritt S102, in dem festgestellt wird, ob die Hebevorrichtung betrieben wird, als ein Unterbrechersignal für den Mikroprozessor arbeiten. Mit anderen Worten: Wenn die Hebevorrichtung durch einen Verwender betrieben wird, z. B. indem ihre Winde oder ihr Ausleger betätigt werden, würde die Ausführung der Prozedur stoppen und zum Schritt S100 zurückkehren. Die Unterbrechungsprozedur verhindert, dass das Kompensations-Hydraulikfluidsystem zur selben Zeit arbeitet wie das primäre Hydrauliksystem.
  • Die Werte X und Y können feste Zahlen, basierend auf dem Typ der verwendeten Bauteile in der Hebevorrichtung sein. Jedoch sind die Werte X und Y bevorzugte Variablen, die in einer Wertetabelle gespeichert sind, die durch einen P(Start)-Wert indiziert ist. Alternativ könnten die Werte X und Y durch eine Gleichung bestimmt werden, die P(Start) als Variable umfasst. In jedem Fall werden die Werte von X und Y vom Wert von P(Start) abhängen. Durch diese Ausführung werden die Werte von X und Y sich dann, wenn die Lasthebevorrichtung eine schwere Last stabil hält, von den Werten für X und Y unterscheiden, wenn die Lasthebevorrichtung eine relativ leichtere Last stabil hält. Ferner könnten die Werte von X und Y durch die Umgebungstemperatur beeinflusst werden. Ein typischer Bereich für eingeordnete Drücke könnte sein: P = 500 bis 3000 psi; X = 10 bis 100 psi; und Y = 5 bis 20 psi.
  • Wenn mehr als ein hydraulischer Zylinder 12 benutzt wird, um eine Last 14 anzuheben, würde man natürlich die Lehre der vorliegenden Erfindung auf jeden Hydraulikzylinder anwenden, der die Last 14 trägt. Jedoch wird ins Auge gefasst, dass der Mikroprozessor 26 dazu in der Lage wäre, das gesamte System zu steuern bzw. zu regeln, wenn mehrere Hydraulikzylinder 12 verwendet würden. Ferner wäre es möglich, eine gemeinsame Kompensatorpumpe bzw. einen gemeinsamen Kompensatormotor 28 und ein separates Kompensatorsteuerungsventil 34 für jeden Zylinder zu verwenden, um Kompensations-Hydraulikfluid für mehrere Hydraulikzylinder bereitzustellen.
  • Die Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Betriebsprozedur zeigt, wenn mehrere Hydraulikzylinder bei der Lasthebevorrichtung verwendet werden. Die Schritte S100 und S102 sind identisch mit den Schritten, die bezüglich Fig. 2 erläutert wurden.
  • Im Schritt S104' werden die Drücke P(k) jedes hydraulischen Zylinders gemessen, der verwendet wird, um die Last zu bewegen, wobei k 1, 2, . . . bis zu der Anzahl der verwendeten Zylinder entspricht. Im Schritt S105', werden die gemessenen Startdrücke als P(Start)(k) für jeden der Zylinder gespeichert, z. B. P(Start)(1), P(Start)(2), etc.
  • Im Schritt S106' werden die Werte X und Y durch den Mikroprozessor 26 erhalten. Die Werte von X und Y können für jeden Zylinder dieselben sein, oder es können spezielle X(k) und Y(k)-Werte für jeden Zylinder vorhanden sein, speziell wenn die Zylinder von unterschiedlichen Typen oder Abmessungen sind.
  • Als nächstes wird im Schritt S200 eine Variable k gleich 1 gesetzt (was bedeutet, dass der erste Hydraulikzylinder zuerst analysiert wird). Im Schritt S108' wird der aktuelle Druck im Hydraulikzylinder (k) gemessen.
  • Als nächstes wird im Schritt S110' der aktuelle Druck P(k) mit P(Start)(k)-X verglichen. Wenn P(k) kleiner ist als P(Start)(k)-X, wird der Druck im Hydraulikzylinder k auf P(Start)(k)+Y im Schritt S112' erhöht. Wenn P(k) nicht kleiner ist als P(Start)(k)-X, geht die Prozedur zum Schritt S202.
  • Im Schritt S202 wird bewertet, ob k der Gesamtzahl der hydraulischen Zylinder entspricht, die von der Lasthebevorrichtung verwendet werden, um die Last 14 anzuheben. Mit anderen Worten: Ist der letzte Zylinder analysiert worden? Wenn nicht, wird die Variable (k) im Schritt S203 erhöht, und der nächste Hydraulikzylinder wird analysiert, indem zum Schritt 108' weitergegangen wird. Wenn der letzte Zylinder analysiert worden ist, geht die Prozedur zum Schritt S200, wobei die Variable k auf 1 zurückgesetzt wird, und die Prozedur geht zurück, um den aktuellen Druck im ersten Hydraulikzylinder zu messen.
  • Durch das Verfahren der Fig. 3 können mehrere Hydraulikzylinder überwacht werden, und Kompensations-Hydraulikfluid kann ihnen aufgegeben werden, um einen Festschlupf zu verhindern.
  • Die Fig. 4 ist eine Ansicht, welche eine alternative Ausführungsform für ein Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Gleiche Bauteile tragen dieselben Bezugszeichen. Im Grunde verwendet das alternative Steuerungs- bzw. Regelungssystem ein elektroproportionales Druckreduzierungsventil 50 anstelle des Kompensatorsteuerungsventils 43, das in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde.
  • Das elektroproportionale Druckreduzierungsventil 50 empfängt ein Steuerungssignal 52 vom Mikroprozessor 26. Das Steuerungssystem 52 umfasst ein impulsbreiten-moduliertes Signal, welche das elektroproportionale Druckreduzierungsventil 50 steuert, so dass die Hydraulikfluidströmung durch dieses gesteuert werden kann. Das elektroproportionale Druckreduzierungsventil 50 kann das Kompensations-Hydraulikfluid, das auf den Hydraulikzylinder 12 aufgegeben wird, im Vergleich mit dem solenoid-betriebenen Kompensator Steuerungsventil 34 der Fig. 1 genauer steuern bzw. regeln.
  • Während die Erfindung somit beschrieben wurde, ist offensichtlich, dass sie in verschiedener Weise variiert werden kann. Beispielsweise sind die Ausgänge und Eingänge des Mikroprozessors 26 als verkabelt dargestellt worden, jedoch können auch kabellose Signale vom Mikroprozessor übertragen und empfangen werden. Obwohl der dargestellte Wandler 38 einen analogen Ausgang hat, könnte der Wandler 38 durch einen Wandler ersetzt werden, der einen digitalen Ausgang hat. Dies würde die Analog/Digital-Umwandlung unnötig machen, welche im Mikroprozessor 26 stattfindet.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung eine Druckänderung in einem hydraulischen Zylinder 12 durch das Aufbringen von Kompensations-Hydraulikfluids kompensiert, wird ins Auge gefasst, dass der Druck dadurch konstant gehalten wird, dass das Volumen des hydraulischen Zylinders verändert wird. Beispielsweise könnte ein Kompensationskolben an der Kolbenkopfseite 24 im Hydraulikzylinder 12 vorgesehen werden, oder eine Blase, um so die Kreiswand der Kolbenkopfseite 24 des Hydraulikzylinders 12 auszubilden. Durch das Bewegen des Kompensationskolbens oder der Blase zum primären Kolben 10, könnte man den Hydraulikdruck an der Kolbenkopfseite 24 erhöhen, um so den Verlust an Hydraulikdruck aufgrund eines Temperaturabfalls zu kompensieren.
  • Solche Variationen werden nicht als ein Abweichen vom Geist und Umfang der Erfindung angesehen, und alle solchen Modifizierungen, wie sie für Fachleuchte offensichtlich werden, sollen im Umfang der folgenden Ansprüche liegen.

Claims (20)

1. Verfahren zum Betrieb einer Lasthebevorrichtung, um eine Last zu bewegen und die Last stabil zu halten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Aufbringen eines primären Hydraulikfluides auf eine der beiden Seiten eines Kolbens in einem Hydraulikzylinder, wodurch der Kolben so bewegt wird, dass die Last zu einer gewünschten Position bewegt wird;
Überwachen eines Hydraulikdruckes auf einer der beiden Seiten des Kolbens; und
Erhöhen des Hydraulikdruckes auf einer der beiden Seiten des Kolbens, wenn der überwachte Hydraulikdruck sich um einen vorbestimmten Betrag verändert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Erhöhens des Hydraulikdruckes das Aufbringen eines Kompensations-Hydraulikfluides auf den Hydraulikzylinder umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Kompensations-Hydraulikfluid auf der Seite des Kolbens aufgebracht wird, deren Hydraulikdruck überwacht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schritt des Aufbringens des Kompensations- Hydraulikfluides umfasst:
Antreiben einer Kompensatorpumpe, um Hydraulikfluid zu pumpen; und
Aktivieren eines Kompensatorsteuerungs- bzw. Regelungsventils, um das gepumpte Hydraulikfluid mit dem Hydraulikzylinder kommunizieren zu lassen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Aufbringens des Kompensations- Hydraulikfluides umfasst:
Antreiben einer Kompensatorpumpe, um Hydraulikfluid zu pumpen; und
Aktivieren eines elektroproportionalen Druckreduzierungsventils, um das gepumpte Hydraulikfluid mit dem Hydraulikzylinder kommunizieren zu lassen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt des Aktivierens des elektroproportionalen Druckreduzierungsventil das Aufbringen eines Impulses mit moduliertem Signal auf dieses umfasst.
7. Verfahren zum Betreiben einer Lasthebevorrichtung, um eine Last zu bewegen und die Last stabil zu halten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Erfassen, dass die Lasthebevorrichtung damit aufgehört hat, eine Last zu bewegen;
Messen eines ersten Anfangs-Hydraulikdruckes in einem ersten Hydraulikzylinder;
Speichern des ersten Anfangs-Hydraulikdruckes als ein Wert in einem Speicher;
Überwachen des Hydraulikdruckes im ersten Hydraulikzylinder; und
wenn der Hydraulikdruck im ersten Hydraulikzylinder um einen ersten vorbestimmten Wert gegenüber dem ersten Anfangs-Hydraulikdruck abfällt, Aufbringen von Hydraulikfluid auf den ersten Hydraulikzylinder, um den Hydraulikdruck auf einen zweiten vorbestimmten Wert zu erhöhen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der zweite vorbestimmte Wert größer ist als der erste Anfangs-Hydraulikdruck.
9. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der zweite vorbestimmte Wert um ungefähr 5 bis 20 psi größer ist als der erste Anfangs-Hydraulikdruck.
10. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der erste vorbestimmte Wert ungefähr 10 bis 100 psi beträgt.
11. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner die folgenden Schritte aufweist:
Messen eines zweiten Anfangs-Hydraulikdruckes in einem zweiten Hydraulikzylinder;
Überwachen des Hydraulikdruckes im zweiten Hydraulikzylinder; und
wenn der Hydraulikdruck im zweiten Hydraulikzylinder um einen dritten vorbestimmten Wert gegenüber dem zweiten Anfangs-Hydraulikdruck abfällt, Aufbringen eines Hydraulikfluids auf den zweiten Hydraulikzylinder, um den Hydraulikdruck auf einen vierten vorbestimmten Wert zu erhöhen.
12. Hebesteuerungs- bzw. Regelungssystem für eine Lasthebeeinrichtung, mit:
einem Hydraulikzylinder mit einer darin beweglich angebrachten Kolben;
einer Primärpumpe zur Bereitstellung von Hydraulikfluid für eine Seite des Kolbens im Hydraulikzylinder, um zu bewirken, dass der Kolben sich bewegt;
einem Haupt-Steuerungs- bzw. Regelungsventil zum Steuern bzw. Regeln der Strömung des Hydraulikfluids von der Primärpumpe zum Hydraulikzylinder;
einer Kompensatorpumpe zum Bereitstellen von Hydraulikfluid für eine Seite des Kolbens in dem Hydraulikzylinder;
einem Kompensatorsteuerungs- bzw. -regelungsventil zum Steuern bzw. Regeln der Strömung des Hydraulikfluids von der Kompensatorpumpe zum Hydraulikzylinder;
einem Wandler, der mit dem Hydraulikzylinder verbunden ist, um einen Hydraulikdruck darin zu messen; und
einer Steuerung bzw. Regelung, die kommunizierend mit dem Kompressorsteuerungs- bzw. -regelungsventil und dem Wandler verbunden ist, wobei die Steuerung bzw. Regelung bewirkt, dass Kompensations-Hydraulikfluid dem Hydraulikzylinder zugeführt wird, um einen annähernd konstanten Hydraulikdruck in dem Hydraulikzylinder aufrecht zu erhalten, um die Bewegung einer Last zu verhindern, wenn die Lasthebeeinrichtung die Last bei einer bestimmten Höhe positioniert hat.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, bei der die Kompensatorpumpe Hydraulikfluid für eine Seite des Kolbens bereitstellt, welches dieselbe Seite des Kolbens ist, zu welcher die Primärpumpe Hydraulikfluid pumpt.
14. Einrichtung nach Anspruch 12, bei der die Primärpumpe und die Kompensatorpumpe eine gemeinsame Pumpenanordnung sind.
15. Einrichtung nach Anspruch 12, bei der die Primärpumpe Hydraulikfluid für eine Kolbenkopfseite des Kolbens im Hydraulikzylinder bereitstellt, um zu bewirken, dass der Kolben sich in einer ersten Richtung bewegt, wobei die Einrichtung ferner umfasst:
ein Stangenentleerungsventil in Fluidverbindung mit einer Kolbenstangenseite des Kolbens in dem Hydraulikzylinder, um es Hydraulikfluid zu gestatten, den Hydraulikzylinder zu verlassen.
16. Einrichtung nach Anspruch 15, die ferner umfasst:
ein Gegen-Gleichgewichtsventil in Fluidverbindung mit der Kolbenkopfseite des Kolbens im hydraulischen Zylinder.
17. Einrichtung nach Anspruch 16, bei der die Steuerung bzw. Regelung kommunizierend mit der Primärpumpe, dem Haupt-Steuerungs- bzw. Regelungsventil; der Kompensatorpumpe, dem Kompensatorsteuerungs- bzw. Regelungsventil, dem Stangenentleerungsventil und dem Gegen-Gleichgewichtsventil verbunden ist und diese steuert bzw. regelt.
18. Einrichtung nach Anspruch 12; bei der die Steuerung bzw. Regelung ein Mikroprozessor ist.
19. Einrichtung nach Anspruch 12, bei der das Kompensatorsteuerungs- bzw. -regelungsventil ein elektroproportionales Druckreduzierungsventil ist.
20. Einrichtung nach Anspruch 19, bei der das elektroproportionale Druckreduzierungsventil durch ein impulsbreiten-moduliertes Signal gesteuert bzw. geregelt wird, welches durch die Steuerung bzw. Regelung bereitgestellt wird.
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