DE19730780A1 - Steuersystem für eine Ventilanordnung - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Steu­ ersystem für Werkzeuge einer Maschine und insbesondere auf ein Steuersystem mit einer Anforderungsstufe und ei­ ner Einrichtungsstufe, um Ventile zu steuern, die derart angeordnet sind, daß jedes Ventil einen Strömungs­ mittelfluß zu und von nur einem Anschluß einer reversib­ len Hydraulikbetätigungsvorrichtung steuert.

Ein Steuersystem wird typischerweise verwendet, um die Be­ wegung einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung zu steuern. Eines der angetroffenen Probleme ist es, ein Steuersystem zum Betreiben der Flußsteuerventile zu ent­ wickeln, um die hydraulischen Betätigungsvorichtungen zu bewegen. Es ist schwierig und zeitaufwendig, das System zu entwickeln, so daß alle Komponenten zusammenarbeiten, um die gewünschten Ergebnisse zu erreichen.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Steuersystem zum Betreiben bzw. Betätigen der Werkzeuge einer Maschine vorgesehen. Das Steuersystem weist einen Eingangs- bzw. Eingabeabschnitt, einen elektronischen Steuerabschnitt und einen hydraulischen Steuerabschnitt mit einer Pumpe und assoziierten Ventilen auf. Das Steu­ ersystem weist eine Anforderungsstufe des elektronischen Abschnittes auf, die ein Signal vom Eingangs- bzw. Einga­ beabschnitt in eine gewünschte bzw. Soll-Werkzeugge­ schwindigkeit und in einen gewünschten bzw. Soll-Pumpen­ druck umwandelt. Eine Einrichtungsstufe des elek­ tronischen Abschnittes bestimmt, welche Ventilbefehle notwendig sind, um die gewünschte Werkzeuggeschwindigkeit und den gewünschten Pumpendruck zu ereichen.

Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Betreiben eines Steuersystems mit einer Bedienersteuereingabe, einer elektronischen Steue­ rung und einer hydraulischen Steuerung mit einer assozi­ ierten Pumpe, einem Ventil und einer hydraulischen Betä­ tigungsvorrichtung folgende Schritte auf: Abfühlen der Bedienersteuereingabe bzw. -eingangsgröße, Umwandlung der Bedienersteuereingangsgröße in ein gewünschtes bzw. Soll- Geschwindigkeits- und Pumpendrucksignal, Abfühlen des Soll-Geschwindigkeits- und Pumpendrucksignals. Bestimmen, welche Ventilbefehle notwendig sind, um die gewünschte Geschwindigkeit und den gewünschten Pumpendruck zu errei­ chen, und Steuern der Ventile, um die gewünschte Ge­ schwindigkeit und den Pumpendruck zu erreichen.

Die einzige Figur ist ein schematisches Flußdiagramm und Hydrauliksystem der vorliegenden Erfindung.

Ein Steuersystem 10 zur Steuerung der Werkzeuge einer Ma­ schine ist gezeigt, beispielweise für die Schaufel eines (nicht gezeigten) Radladers. Das Steuersystem 10 weist einen Bedienereingabe- bzw. Bedienereingangsgrößen-Steuer­ abschnitt 12, einen elektronischen Steuerabschnitt 14 und einen hydraulischen Steuerabschnitt 16 auf.

Der Bedienereingabe-Steuerabschnitt 12 weist einen ersten Werkzeughebel 18 auf, um das Werkzeug der Maschine anzu­ heben und abzusenken, und einen zweiten Werkzeughebel 20 zum Steuern der Rückkippbewegung und des Abladens bzw. der Abladebewegung des Werkzeuges. Die Bewegung des er­ sten Werkzeughebels 18 erzeugt ein elektrisches Steuer­ signal 22, welches an den elektronischen Steuerabschnitt 14 gesandt wird. Die Bewegung des zweiten Werkzeughebels 20 erzeugt ein elektrisches Steuersignal 24, welches auch an den elektronischen Steuerabschnitt 14 gesandt wird. Die Steuersignale 22, 24 sind positiv, wenn die Werk­ zeughebel 18, 20 bewegt werden, um das Werkzeug anzuheben und zurückzukippen. Die Steuersignale 22, 24 sind nega­ tiv, wenn die Werkzeughebel 18, 20 bewegt werden, um das Werkzeug abzusenken oder auszuladen.

Der elektronische Steuerabschnitt 14 kann in Form eines Mikroprozessors 25 oder irgendeines anderen geeigneten Systems ausgebildet sein, um den hydraulischen Steuerab­ schnitt 16 zu steuern. Der elektronische Steuerabschnitt 14 weist eine Anforderungsstufe 26 und eine Einrichtungs­ stufe 28 auf. Das Steuersignal 22 vom ersten Hebel 18 wird an eine Druckkarte bzw. Drucktabelle 30, eine Fluß­ logikkarte 32 und eine Modulationskarte bzw. -tabelle 34 innerhalb der Anforderungsstufe 26 gesandt. Das Steuer­ signal 24 vom zweiten Steuerhebel 20 wird an eine Druck­ karte 36, eine Druckkarte 38 und eine Modulationskarte 40 innerhalb der Anforderungsstufe 26 gesandt. Die Karten bzw. Tabellen 30-40 wandeln die Bedienereingabesignale 22, 24 in zwei getrennte Anforderungen um, so daß eine Anforderung eine Vielzahl von erwünschten bzw. Soll-Werk­ zeuggeschwindigkeitssignalen 42, 44 und 46 ist. Die zwei­ te Anforderung ist dabei eine Vielzahl von erwünschten bzw. Soll-Drucksignalen 48, 50 und 52. Die Karten 30-40 sind in Form von Nachschau-Tabellen ausgebildet, die die Bedienereingabesignale 22, 24 aufnehmen und sie in die gewünschte Werkzeuggeschwindigkeit oder den gewünschten Pumpendruck umwandeln, und die Signale an die Implemen­ tierungs- bzw. Einrichtungsstufe 28 senden.

Die Einrichtungsstufe 28 bestimmt, was betätigt werden muß, um die erwünschten Anforderungen zu erfüllen. Die Einrichtungsstufe 28 weist eine Vielzahl von Druck- und Flußmodulationskarten 54-64 auf. Die Druckkarte 54 emp­ fängt das Eingangssignal 48 und bestimmt, welcher Befehl nötig ist und sendet ein Signal 66 an ein Begrenzungsmo­ dul 68. Flußmodulationskarten 56, 58 empfangen das Einga­ be- bzw. Eingangsgrößensignal 44. Die Karte 56 sendet ein Signal 70 an das Begrenzungsmodul 68. Das Begrenzungsmo­ dul 68 kombiniert die Signale 66, 70 und sendet ein Sig­ nal 72 an einen Schalter 74 und einen Schalter 75. Die Karte 58 sendet ein Signal 76 an einen Schalter 78 und einen Schalter 79. Ein Signal 44 wird auch verwendet, um die Position der Schalter 74, 75, 78 und 79 zu steuern. Das Signal 42 wird verwendet, um die Position eines Fluß­ steuerschalters 80 zu steuern. Drucksignale 50, 52 werden an ein Auswahlmodul 82 gesandt, welches das größere der zwei Signale 50, 52 auswählt und ein ausgewähltes Signal 84 an die Karte 60 sendet. Die Karte 60 sendet ein Signal 85 an eine Betätigungsvorrichtung 86. Flußmodulationskar­ ten 63, 64 empfangen das Eingangs- bzw. Eingabesignal 46. Die Karte 63 sendet ein Signal 87 an einen Schalter 88 und einen Schalter 89. Die Karte 64 sendet ein Signal 90 an einen Schalter 91 und einen Schalter 92. Das Signal 46 wird auch verwendet, um die Position der Schalter 88, 89, 91 und 92 zu steuern. Die Schalter sind so konstruiert bzw. aufgebaut, daß wenn ein positives Signal empfangen wird, die Schalter 75, 79, 89 und 92 mit dem jeweiligen Signal verbunden sind, und daß die anderen Schalter 74, 78, 88 und 91 mit einer Erdung 93 verbunden sind. Wenn ein negatives Signal empfangen wird, werden die Schalter­ verbindungen umgekehrt. Die Schalter 74, 75, 78, 79, 88, 89, 91 und 92 sind mit einer jeweiligen Betätigungsvor­ richtung 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106 und 108 verbind­ bar.

Der hydraulische Steuerabschnitt 16 weist eine Versor­ gungspumpe 110 auf. Eine Leitung 112 verbindet die Ver­ sorgungspumpe 110 mit einem Bypaß- bzw. Überleitungsven­ til 114. Ein Signal 93 von der Betätigungsvorrichtung 86 wird mit dem Bypaß- bzw. Überleitungsventil 114 verbun­ den, um den Druck innerhalb des hydraulischen Steuerab­ schnittes zu steuern. Die Leitung 112 verbindet auch die Versorgungspumpe 110 mit einer Vielzahl von unabhängig betreibbaren elektromagnetverschiebungsgesteuerten Fluß­ zumeßkolbenventilen 116a, 116b, 116c und 116d. Das Ventil 116a ist mit einer Stangenendkammer 118 einer hydrauli­ schen Betätigungsvorrichtung 120 verbunden, und das Ventil 116b ist mit einer Kopfendkammer 122 der hydraulischen Betätigungsvorrichtung 120 verbunden. Das Ventil 116c ist mit einer Stangenendkammer 124 einer hydraulischen Betä­ tigungsvorrichtung 126 verbunden, und das Ventil 116d ist mit einer Kopfendkammer 128 der hydraulischen Betäti­ gungsvorrichtung 126 verbunden. Eine weitere Vielzahl von unabhängig betreibbaren elektromagnetverschiebungsge­ steuerten Flußzumeßkolbenventilen 116e, 116f, 116g und 116h sind zwischen den hydraulischen Betätigungsvorrich­ tungen 120, 126 und einem Tank 129 angeordnet. Das Ventil 116e ist mit der Kopfendkammer 122 verbunden, und das Ventil 116f ist mit der Stangenendkammer 118 der hydrau­ lischen Betätigungsvorrichtung 120 verbunden. Das Ventil 116g ist mit der Kopfendkammer 128 verbunden, und das Ventil 116h ist mit der Stangenendkammer 124 der hydrau­ lischen Betätigungsvorrichtung 126 verbunden. Die Kolben­ ventile 116a, 116b, 116c, 116d steuern einen Strömungs­ mittelfluß von der Pumpe zum Zylinder an die Betätigungs­ kammern und die Kolbenventile 116e, 116f, 116g, 116h steuern den Strömungsmittelfluß vom Zylinder zum Tank von den Betätigungskammern zum Tank. Jedes der Kolbenventile 116a, 116b, 116c, 116d, 116e, 116g, 116h ist mit der je­ weiligen Betätigungsvorrichtung 94, 96, 102, 104, 98, 106, 108 verbunden. Das Kolbenventil 116f ist mit der Be­ tätigungsvorrichtung 100 durch den Fluß- bzw. Schwebe­ schalter 80 verbunden. Die Ventile 116a, 116b, 116e, 116f werden derart gesteuert, daß sie die hydraulische Betäti­ gungsvorrichtung 120 aus fahren, um das Werkzeug anzuheben und um die Betätigungsvorrichtung 120 zurückzuziehen bzw. einzufahren, um das Werkzeug abzusenken. Die Ventile 116c, 116d, 116g, 116h werden derart gesteuert, daß sie die hydraulische Betätigungsvorrichtung 126 aus fahren, und zwar zur Rückkippbewegung des Werkzeuges, und werden gesteuert, um die Betätigungsvorrichtung 126 einzufahren bzw. zurückzuziehen, um das Werkzeug abzuladen bzw. aus­ zuleeren.

Jedes der Kolbenventile 116a, 116b, 116c, 116d, 116e, 116f, 116g, 116h ist im wesentlichen identisch mit dem einzigen Kolbenventil 116a, welches im Detail beschrieben wird, und zwar mit gemeinsamen Bezugszeichen, die auf die Elemente aller der Kolbenventile angewandt werden, und zwar gefolgt von dem geeigneten Buchstaben. Jedes der Kolbenventile weist einen elektromagnetbetätigten Ventil­ kolben 130a auf, und zwar mit entgegengesetzten Enden 132a, 134a. Ein Elektromagnet 136a, der am Ende 132a an­ geordnet ist, ist mit der jeweiligen Betätigungsvorrich­ tung, wie beispielsweise 94, verbunden. Eine Feder 138a ist am Ende 134a gegenüberliegend zum Elektromagneten 136a angeordnet. Die Feder 138a spannt normalerweise den Ventilkolben 130a in eine neutrale oder nicht erregte Po­ sition vor. Die Kolbenventile sind gezeigt, so daß sie sich in ihren neutralen Positionen befinden, die einge­ nommen werden, wenn die Steuerhebel in der zentrierten Position sind.

Bei der Anwendung definiert der elektronische Abschnitt 14 des Steuersystems 10 die notwendigen Bewegungen im Hy­ draulikabschnitt 16 zur Steuerung des Werkzeuges einer Maschine. Der elektronische Abschnitt 14 weist die Anfor­ derungsstufe 26 auf, die die Bedienereingaben, die Bewe­ gung der Steuerhebel 18, 20, in die gewünschte Werkzeug­ geschwindigkeit und den gewünschten Pumpendruck umwan­ deln. Der elektronische Abschnitt weist weiter die Ein­ richtungsstufe 28 auf, die die Anforderungen empfängt und bestimmt, welche Ventilbefehle erforderlich sind, um die erwünschten Ergebnisse zu erreichen.

Beim Anheben des Werkzeuges bewegt der Bediener den Steu­ erhebel 18 in eine positive Richtung, was das Eingangs­ bzw. Eingabesignal 22 erzeugt. Das Eingangssignal 22 wird an die Karten 30, 32, 34 in der Anforderungsstufe 26 ge­ sandt, um das Signal 22 in eine gewünschte bzw. Soll-Werk­ zeuggeschwindigkeit oder einen gewünschten bzw. Soll-Pumpen­ druck umzuwandeln. Die Anforderungssignale 44, 50 werden dann an die Anforderungsstufe weiter gegeben, um zu bestimmen, welche Signale und Ventile betätigt werden müssen, um die Soll-Anforderung zu erfüllen. Das Signal 44 wird an die Karten 56, 58 gesandt, die bestimmen, wel­ cher Befehl nötig ist, um die Anforderung zu erfüllen. Das Signal 44 wird auch an die Schalter 74, 75, 78, 79 gesandt, um die Schalter zu bewegen, um das Signal 72, 76 mit der Betätigungsvorrichtung 94, 96, 98, 100 zu verbin­ den, die benötigt wird, um das Ventil 116a, 116b, 116e, 116f zu betätigen, welches benötigt wird, um die Betäti­ gungsvorrichtung 120 auszufahren. Das Signal 42 wird an den Fluß- bzw. Schwebeschalter 80 gesandt, um die Betäti­ gungsvorrichtung 100 mit dem Ventil 116f zu verbinden, falls benötigt. Da die Strömungsmittelflüsse von der Pum­ pe zum Zylinder und vom Zylinder zum Tank individuell bzw. einzeln mit den Ventilen steuerbar sind, kann eine präzise Steuerung der Betätigungsvorrichtung 120 bei na­ hezu allen Betriebszuständen der Betätigungsvorrichtung 120 erreicht werden. Insbesondere wenn die Betätigungs­ vorrichtung ausgefahren wird, kann eine präzise Steuerung erreicht werden durch Steuerung des Flusses von der Pumpe zum Zylinder. Wenn im Gegensatz dazu die Betätigungsvor­ richtung zurückgezogen bzw. eingefahren wird, kann eine präzise Steuerung durch Steuern des Flusses vom Zylinder zum Tank erreicht werden. Irgendeine Anzahl der Ventile kann gesteuert werden, um die gewünschten Ergebnisse zu erreichen. Das Signal 84 wird an die Karte 60 gesandt, die bestimmt, welcher hydraulische Systemdruck notwendig ist, um die erwünschte bzw. Soll-Anforderung zu erreichen bzw. zu erfüllen, und das Signal 85 sendet, um die Betä­ tigungsvorrichtung 86 zu steuern, um das Bypaß- bzw. Überleitungsventil 114 zu öffnen/schließen, um den Druck zu steuern.

Im Hinblick auf das Obige ist es offensichtlich, daß das System zwei getrennte Stufen besitzt, die voneinander entkoppelt sind. Stufen können unabhängig konstruiert bzw. ausgelegt werden, und dann kombiniert werden, um die Entwicklungszeit zu verbessern bzw. zu verkürzen, die Ko­ sten zu senken und die Leistung zu verbessern.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung kön­ nen aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Zusammenfassend kann man folgendes sagen:
Ein Steuersystem wird typischerweise verwendet, um die Werkzeuge einer Maschine zu steuern. Das Steuersystem weist einen elektronischen Abschnitt auf, der in zwei Ab­ schnitte aufgeteilt ist, um die Entwicklungszeit, Mühe und Kosten zu verringern. Das Steuersystem weist eine An­ forderungsstufe auf, die eine Bedienereingangsgröße in eine gewünschte Werkzeuggeschwindigkeit und einen ge­ wünschten Pumpendruck umwandelt, und eine Einrichtungs­ stufe, die bestimmt, welche Befehle notwendig sind, um die gewünschte betriebene bzw. betätigte Eingansgröße zu erreichen.

Claims (8)

1. Steuersystem, welches zum Betreiben von Werkzeugen einer Maschine geeignet ist, wobei das Steuersystem einen Eingangs- bzw. Eingabeabschnitt, einen elek­ tronischen Abschnitt und einen hydraulischen Ab­ schnitt mit einer Pumpe, assoziierten Ventilen und einer Betätigungsvorrichtung aufweist; wobei das Steuersystem folgendes aufweist:
eine Anforderungsstufe des elektronischen Abschnit­ tes, die ein Signal vom Eingangsabschnitt in eine gewünschte Werkzeuggeschwindigkeit und einen ge­ wünschten Pumpendruck umwandelt; und
eine Einrichtungsstufe des elektronischen Abschnit­ tes, die bestimmt, welche Ventilbefehle notwendig sind, um die gewünschte Werkzeuggeschwindigkeit und den gewünschen Pumpendruck zu erreichen.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei die Anforde­ rungsstufe eine Vielzahl von Steuerkarten aufweist, um das Eingangs- bzw. Eingabesignal in die gewünsch­ te Werkzeuggeschwindigkeit und den gewünschten Pum­ pendruck umzuwandeln.

3. Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ein­ richtungsstufe eine Vielzahl von Steuerkarten auf­ weist, um die Ventile zur Bewegung der Betätigungs-Vor­ richtung zu steuern.

4. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, insbesondere nach Anspruch 1, wobei der elek­ tronische Abschnitt eine Betätigungsvorrichtung auf­ weist, die selektiv mit einem Signal von der Ein­ richtungsstufe verbindbar ist, um das Ventil zu steuern.

5. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, insbesondere nach Anspruch 4, wobei das Ventil des hydraulischen Abschnittes ein unabhängig be­ treibbares elektromagnetverschiebungsgesteuertes Flußzumeßkolbenventil ist, welches mit der Betäti­ gungsvorrichtung verbunden ist.

6. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, insbesondere nach Anspruch 1, wobei der hydrau­ lische Abschnitt ein Bypaß-Ventil aufweist, welches zwischen der Pumpe und einem Tank angeordnet ist.

7. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, insbesondere nach Anspruch 6, wobei das Bypaß-Ven­ til durch die Einrichtungsstufe des elektroni­ schen Abschnittes gesteuert wird.

8. Verfahren zum Betrieb eines Steuersystems mit einer Bedienersteuereingangsgröße bzw. -eingabe, einer elektronischen Steuerung und einer hydraulischen Steuerung mit einer assoziierten Pumpe, Ventilen und einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung; wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Abfühlen des Bedienersteuereingangssignals unter Verwendung der elektronischen Steuerung;
Umwandeln der Bedienersteuereingabe bzw. -eingangs­ größe in ein gewünschtes Geschwindigkeits- und ein gewünschtes Pumpendrucksignal;
Abfühlen des erwünschten bzw. Soll-Geschwindigkeits- und Pumpendrucksignals;
Bestimmen, welche Ventilbefehle nötig sind, um die gewünschte Geschwindigkeit und den gewünschten Pum­ pendruck zu erreichen; und
Steuern der Ventile in der Hydrauliksteuerung, um die gewünschte Geschwindigkeit und den gewünschten Pumpendruck zu erreichen.