DE19646444A1 - Elektrohydraulisches System - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrohydraulisches System für mobile Arbeitsmaschi­ nen.

In den letzten Jahren hat der Einsatz der Hydrau­ lik bei beweglichen Maschinen zugenommen. Das trifft vor allem für Erdbaumaschinen, Flurförderfahrzeuge, Ackerschlepper und selbstfahrende Erntemaschinen zu. Da hydrostatische Fahrantriebe zwar eine Geschwindig­ keitsregulierung ohne Schalten gestatten, jedoch einen geringen Wirkungsgrad haben, erfolgt eine An­ wendung dieser Antriebe in erster Linie bei Fahrzeu­ gen, bei denen die Vorwärtsbewegung nur einen gerin­ gen Anteil bei den Arbeitsaufgaben hat. Das Hauptein­ satzgebiet hydraulischer Antriebe ist daher in der Betätigung von Arbeitsorganen zu sehen. Zur Umsetzung dieser Betätigung werden hydraulische Drehwinkeler­ zeuger und hydraulische Huberzeuger verwendet.

Hydraulische Antriebe in der Mobilhydraulik wer­ den vorwiegend elektrisch angesteuert. Diese Ansteue­ rungsvariante gestattet bei kleinem Gerätevolumen eine optimale Führung des Arbeitsablaufs und einen verringerten Energieverlust bei häufig wechselnden Betriebszuständen. In elektrohydraulischen Systemen können hydraulische Ventile durch Schaltmagnete ge­ öffnet und geschlossen werden oder werden Stetigven­ tile gesteuert oder entsprechend verarbeiteten Meß­ werten geregelt. Es zeichnet sich die Tendenz ab, daß in naher Zukunft der Preis hydraulisch-mechanischer Lösungen über dem von elektrohydraulischen Systemen liegen wird. Daher werden elektrische Lösungen in Zu­ kunft für den Anwender noch interessanter werden.

Herkömmliche elektrohydraulische Systeme in be­ weglichen Maschinen sind derart strukturiert, daß elektrische Betätigungsmodule an jeder gesteuerten Ventilsektion befestigt sind. Das Zusammenwirken der Ventilsektionen wird über eine weitere elektrische Steuerungsvorrichtung koordiniert. Diese Struktur ge­ stattet die modulare Anordnung ähnlicher Komponenten nebeneinander, wobei jedoch der Verdrahtungsaufwand relativ hoch ist und ein hoher Aufwand bei der Kabel­ verlegung erforderlich ist.

Aus dem stationären Maschinenbau ist bekannt, Ventilbaugruppen in Sandwichbauweise in geringem Ab­ stand zu einem Steuerungssystem, jedoch getrennt von diesem vorzusehen. In der Mobilhydraulik würden die Kabel zwischen Steuerungseinrichtung und Ventil bei einer solchen Bauweise hohen Belastungen ausgesetzt werden, was Funktionsfehler begünstigen würde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Funktionsdichte elektrohydraulischer Systeme zu erhö­ hen und in diesen die Anzahl der Schnittstellen zu verringern. Ferner soll die Funktionssicherheit er­ höht werden.

Die vorliegende Aufgabe wird durch ein elektrohy­ draulisches System nach Anspruch 1 gelöst.

Bei diesem System ist die elektronische Steuer­ einheit mit den hydraulischen Komponenten körperlich verbunden und kann diesen über kurze Kabellitzen bzw. elektrische Leitungen elektrische Signale zuführen. Dadurch wird der Kabelverlegungsaufwand verringert und werden Verdrahtungsfehler minimiert. Ferner kann die Steuereinheit mit den hydraulischen Komponenten als ein Block vorgesehen werden und als Block schon beim Baugruppenhersteller getestet werden. Auch die Fehlersuche in einem Gesamtsystem wird erleichtert.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 2, bei der die Außenabmessungen der hydraulischen Komponenten im wesentlichen gleich gestaltet sind, wird die modulare Struktur durch Kombination der Steuereinheit mit hy­ draulischen Komponenten verschiedenster Funktionen unterstützt. Der Baugruppenhersteller kann auch durch die Änderung der Anzahl der hydraulischen Komponenten den Kundenwünschen durch Anpassung an die spezielle Anwendung Rechnung tragen.

Das Gehäuse um die elektronische Steuereinheit nach Anspruch 3 stellt sicher, daß keine Beeinträch­ tigung der elektrischen Bauteile der Steuereinheit erfolgt. Metall ist dabei aufgrund der guten Ab­ schirmwirkung zu bevorzugen.

Mit der Weiterbildung nach Anspruch 4, bei der das metallische Gehäuse der Hydraulikkomponente und der elektronischen Steuereinheit als Masseleiter die­ nen, ist es möglich, den Verdrahtungsaufwand zu hal­ bieren ohne die Funktion zu beeinträchtigen. Eine solche Gestaltung ist beim Stand der Technik nicht möglich, da die Steuereinheit und die hydraulischen Komponenten räumlich getrennt sind und aufgrund von Leitfähigkeitsproblemen an den Befestigungseinrich­ tungen der Steuereinheit und der hydraulischen Kompo­ nenten ein gemeinsamer Masseanschluß am Gehäuse nicht sinnvoll ist. Ferner wird die Größe auftretender elektromagnetischer Störfelder verkleinert und somit das elektromagnetische Verhalten des Gesamtsystems verbessert.

Durch die Weiterbildung gemäß Anspruch 5 ist die Durchführung der elektrischen Verbindungseinrichtung durch das metallische Gehäuse der Steuereinheit gegen Strahlwasser geschützt. Dadurch tritt keine Beein­ trächtigung der elektronischen Bauteile durch ein­ dringendes Fluid auf.

Bedingt durch die Gestaltung des elektrohydrauli­ schen Systems in Blockform und durch die Funktionsin­ tegration, ist nur noch eine geringe Zahl an Signal­ leitungen zur Ansteuerung des Systems erforderlich. Diese Leitungen können in einem Kabelbaum mit einer einzigen gemeinsamen Kopplungseinrichtung zusammenge­ faßt werden, wie es in Anspruch 6 dargelegt ist. Eine falsche Verkabelung der Anschlüsse des Systems, z. B. irrtümlicherweise mit den Sensoranschlüssen statt mit der Kopplungseinrichtung für die Steuereinheit, kann weitestgehend ausgeschlossen werden. Somit nimmt die Funktionssicherheit zu.

Die Kopplungseinrichtungen zur Bereitstellung von Sensorsignalen aus Anspruch 7 gestatten eine System­ überwachung und eine anschließende Regelung bestimm­ ter Parameter von außen. Dieses Merkmal verbessert ebenfalls die Funktionsfähigkeit des Systems.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht eines elektrohy­ draulischen Systems,

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht des elektrohydrauli­ schen Systems von Fig. 1 und

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht von links des in Fig. 1 gezeigten elektrohydraulischen Systems.

Fig. 3 zeigt ein elektrohydraulisches System für ein Nutzfahrzeug bzw. einen Ackerschlepper, das eine elektronische Steuereinheit 1 und hydraulische Kompe­ nenten 2a, 2b, 2c, 3 aufweist, über die Aggregate des Ackerschleppers bzw. Kraftheber ansteuerbar sind. Die hydraulischen Komponenten 2a, 2b, 2c, 3 sind in Kom­ ponentengehäusen 20a, 20b, 20c, 30 in Scheibenbauwei­ se aufgenommen und zu einem Steuerblock zusammenge­ fügt.

Die hydraulischen Komponenten können die Richtung und die Größe des Volumenstroms oder den Druck im Hy­ drosystem beeinflussen. D.h. sie können Druck-, Strom- oder Wegeventilanordnungen beinhalten. Im vor­ liegenden Ausführungsbeispiel werden für die Ventil­ anordnungen allgemein die Bezugszeichen 2a, 2b, 2c und 3 verwendet.

Die in Scheibenform ausgebildeten Ventilanordnun­ gen 2a, 2b, 2c, 3 haben außer in Dickerichtung D (siehe Fig. 2) im wesentlichen die gleichen Außenab­ messungen A, B (siehe Fig. 1), damit diese modular zusammengesetzt werden können. Hydraulische An­ schlüsse 31a-31d, d. h. Druckanschluß, Steueranschluß, Ablaufanschluß und Leckanschluß, können über eine entsprechende Gestaltung der Anschlußbilder zwischen den Ventilen innerhalb der Ventilbaugruppe vorgesehen werden und münden in den Außenflächen der Ventil­ scheiben. Arbeitsanschlüsse 21, 22 sind gemäß Fig. 1 an der oberen Seitenfläche der Ventilscheibe ausge­ bildet und dienen der Herstellung der hydraulischen Verbindung mit den Verbrauchern. Diese können über Schlauchkupplungen angeschlossen werden, die über He­ bel betätigbar sind. Diese Befestigungshebel sind so angeordnet, daß keine Kollision mit den Kabel auf­ tritt. Somit wird einer Kabelübermüdung durch Kontakt mit den Hebeln vorgebeugt.

Wie es im unteren Abschnitt von Fig. 1 gezeigt ist, befinden sich an den Ventilscheiben Elektroma­ gnete, die bei Betrachtung von Fig. 1 im unteren Ab­ schnitt nebeneinander (23 und 24) oder an den seitli­ chen Abschnitten entgegengesetzt zueinander (33 und 34) ausgebildet sind und über Ventile der in den Ven­ tilscheiben aufgenommenen Ventilanordnungen betätig­ bar sind. Diese Elektromagneten 33, 34 bzw. 23, 24 werden jeweils über eine Ader der Kabellitze 11 be­ stromt.

Die Ventilscheibe 3 der zumindest zwei Ventil­ scheiben bildet eine Stirnseite des Steuerblocks. Über die Steuerfunktion hinaus dient diese zur hy­ draulischen Ankopplung des elektrohydraulischen Sy­ stems an die gesamte hydraulische Anlage. Zu diesem Zweck weist die Ventilscheibe hydraulische Anschlüsse 31a bis 31d auf, die die Funktion haben, die hydrau­ lische Verbindung mit dem Druckanschluß, Steueran­ schluß, Ablaufanschluß bzw. Leckanschluß der Ventile 2a, 2b, 2c gesteuert herzustellen. Diese Anschlüsse 31 sind in der Stirnwand 35 der Ventilscheibe 3 aus­ gebildet.

Ferner sind Sensoranschlüsse 32a, 32b und 32c an der Oberseite und der Unterseite dieser hydraulischen Komponente 3 ausgebildet, wie es in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. An diesen Sensoranschlüsse liegt das Ausgangssignal von Sensoren zur Erfassung von Parame­ tern im elektrohydraulischen System an. Diese Signale können aus dem elektrohydraulischen System herausge­ führt werden und weiterverarbeitet werden. Vorzugs­ weise liegen die Sensoranschlüsse 32a und 32b an der zu den anderen elektrischen Anschlüssen entgegenge­ setzten Seite, um die gegenseitige Beeinflussung von Kabeln zur Stromversorgung der Magnete und von Kabeln, die Sensorsignal führen, zu vermeiden.

Die Kabellitze 11 der Elektromagneten 23, 24 und 33, 34 der Ventilscheiben 2 und 3 laufen in einer elektronischen Steuereinheit 1 zusammen. Diese Steu­ ereinheit 1 befindet sich an der zur Ventilscheibe 3 entgegengesetzten Stirnfläche des Steuerblocks und steuert die Betätigung der Elektromagnete 23, 24 und 33, 34 und damit die der Ventile 2a, 2b, 2c und 3. Die Steuereinheit 1 kann über eine einzige Steckver­ bindungseinrichtung mit einem Kabelbaum verbunden werden, der den Kontakt mit den Bedienelementen, z. B. dem Sollwertgeber, der Programmiereinrichtung, der Fehlersucheinrichtung u. a., herstellt. Dieser Kabel­ baum kann Teil eines Bussystems sein, das die Verbin­ dung zu einem Leitsystem sicherstellt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung sind die Elektromagnete nur mit je einer Ader der Kabellitze 11 mit der Steuereinheit 1 verbunden. Die Masse wird dabei durch den Ventilblock gebildet, der wiederum mit der Masse der Steuereinheit 1 und der Masse des Elektromagneten 23, 24 und 33, 34 ver­ bunden ist. Dadurch wird der Verdrahtungsaufwand hal­ biert.

Auch durch die Anordnung der Magnete 23, 24 bzw. 33, 34 an den Ventilscheiben 2a, 2b, 2c, 3 kann die Litzenlänge beeinflußt werden. Wenn sich sowohl der Kabelanschluß für die Steuereinheit 1 als auch der für die Magnete an der gleichen Fläche des elektrohy­ draulischen Systems befindet, ist nur ein minimaler Verkabelungsaufwand erforderlich. Dabei ist es zu be­ vorzugen, daß die paarweise angeordneten Magnete 23, 24 bzw. 33, 34 an der gleichen Seitenfläche oder zu­ mindest an zwei benachbarten Seitenflächen vorgesehen werden.

Die Abmessungen A und B können gleich groß sein, um zu ermöglichen, daß die Steuereinheit 1 in Abhän­ gigkeit von der Anordnung der Magnete 23, 24 bzw. 33, 34 um 90° gedreht vorgesehen werden kann und trotzdem die Blockanordnung möglich ist. Es ist zu bevorzugen, daß die Kabel der Steuereinheit 1 an der Seite aus dem Gehäuse 12 der Steuereinheit 1 herausführen, an der die größte Anzahl an Magnetanschlüssen der Ven­ tilscheiben 2a, 2b, 2c, 3 vorgesehen ist.

Um das Eindringen von Strahlwasser in die Steuer­ einheit 1 zu vermeiden, weist diese ein metallisches Schutzgehäuse 12 auf, das dicht ausgeführt ist. Somit kann die Steuereinheit nahe an den Ventilen 2a, 2b, 2c vorgesehen werden und gleichzeitig eine sichere Funktion garantiert werden.

Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, können die Kabel der Kabellitze 11 durch einen Deckel 13 aus der Steu­ ereinheit 1 herausgeführt werden. Dadurch braucht nur der Deckel 13, in dem die Kabel abgedichtet vorgese­ hen sind, gegenüber dem Gehäuse 12 gegen das Eindrin­ gen von Fluid dicht gestaltet werden.

Mit diesem elektrohydraulischen System wird eine einbaufertige Vorrichtung geschaffen, die an belie­ bige Anwendungsfälle anpaßbar ist und eine kunden­ orientierte Zusammenstellung von Einzelfunktionen ge­ stattet. Es wird modular gearbeitet und gleichzeitig der Verdrahtungsaufwand und der Umfang der Ansteuer­ elektronik minimiert. Ferner trägt die vorliegende Erfindung dem Kompaktheitsgebot in der Mobilhydraulik Rechnung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf ein elektrohydraulisches System für mobile Arbeitsma­ schinen, bei dem hydraulische Komponenten zur Beein­ flussung eines Fluidstroms durch eine elektronische Steuereinheit angesteuert werden, die sich körperlich an diesen hydraulischen Komponenten befindet. Durch diese Anordnung verringert sich der Verdrahtungsauf­ wand und erhöht sich die Funktionsdichte der hydrau­ lischen Baugruppe.

Bei im wesentlichen gleichen Außenabmessungen können durch den Einsatz verschiedener Hydraulikmodu­ le Lösungen speziell auf einen Kunden zugeschnitten werden.

Ferner kann durch die Verwendung der metallischen Bauteile als Masse der Verdrahtungsaufwand weiter ge­ senkt werden.

Claims (7)

1. Elektrohydraulisches System für mobile Ar­ beitsmaschinen mit:
zumindest zwei hydraulischen Komponenten (2a, 2b, 2c; 3) in Scheibenform, die zu einem Steuerblock (200) zu­ sammengefaßt sind, und
einer elektronischen Steuereinheit (1) zur An­ steuerung von Betätigungselementen für die hydrauli­ schen Komponenten (2a, 2b, 2c; 3),
dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (1) in Scheiben­ form ausgebildet ist und an die Komponentenscheiben (2a, 2b, 2c; 3) angeflanscht ist.

2. Elektrohydraulisches System nach Anspruch 1, bei dem die Hydraulikkomponentenscheiben (2a, 2b, 2c; 3) und die Steuereinheit-Scheibe (1) im wesentlichen gleiche Außenabmessungen (A, B) haben.

3. Elektrohydraulisches System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die elektronische Steuereinheit (1) ein dichtes metallisches Gehäuse aufweist.

4. Elektrohydraulisches System nach Anspruch 3, bei dem der Masseanschluß durch das metallische Ge­ häuse der Hydraulikkomponenten (2a, 2b, 2c; 3) und der elektronischen Steuereinheit (1) gebildet wird.

5. Elektrohydraulisches System nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Durchführung der elektrischen Verbindungseinrichtung (11), die die elektronische Steuereinheit (1) und die Hydraulikkomponenten (2a, 2b, 2c; 3) miteinander verbindet, durch das metallische Ge­ häuse bezüglich Strahlwasser dicht ist.

6. Elektrohydraulisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kopplungseinrichtung, über die der Anschluß an ein Bediengerät zur Ansteuerung der Steuereinheit er­ folgt.

7. Elektrohydraulisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, an dem zumindest eine Kopp­ lungseinrichtung (32a, 32b, 32c) vorgesehen ist, über die die elektrische Verbindungen mit Sensoren erfolgt.