DE4420166C1 - Regelungsverfahren und elektrohydraulisches Regelsystem für einen Verbraucher eines Arbeitsgeräts - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren für einen hy­ draulisch betätigten Verbraucher eines Arbeitsgeräts gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein elektro­ hydraulisches Regelungssystem zur Anwendung in diesem Ver­ fahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Derartige Regelungen finden insbesondere bei Nutzfahrzeugen Anwendung, die mit einem Arbeitsgerät, bspw. einem Hubwerk, versehen sind, das über die Hydraulikanlage des Nutzfahr­ zeugs betätigt wird. Die Systeme werden bspw. bei Acker­ schleppern eingesetzt, um die Dreipunkt-Aufhängung mit den daran angekoppelten Peripheriegeräten oder einen Front­ lader, Seitenmähwerke etc. in einer gewünschten Relativ­ position zum Fahrzeug zu halten.

Bei den angewendeten Regelungsverfahren unterscheidet man prinzipiell zwei Arten. Bei den am häufigsten verwendeten Hubwerksregelsystemen wird ein mechanisch-hydraulisches Regelsystem für die Kraftheberanlage des Schleppers ver­ wendet, bei denen die Ansteuerung der Peripheriegeräte über ein Hauptregelventil bestimmt ist, das seinerseits über einen Hydraulik-Steuerkreis angesteuert wird. Bei derar­ tigen servohydraulischen Regelsystemen (SHR-Systeme) werden somit im wesentlichen Hydraulikelemente zur Ansteuerung des Verbrauchers verwendet. Aufgrund der außerordentlichen Zu­ verlässigkeit der Hydraulik-Bauelemente arbeiten die SHR- Systeme auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen prak­ tisch störungsfrei, wobei der wartungsaufwand auf ein Minimum reduziert ist. Da für die Schaltung des Haupt­ regelventils jedoch eigene hydraulische Steuerkreise mit einer Vielzahl von weiteren Ventileinrichtungen vorgesehen sein müssen, ist ein erheblicher vorrichtungstechnischer Aufwand zur Realisierung der SHR-Systeme erforderlich. Des­ weiteren ist der Steuerkreis auf ganz bestimmte Aufgaben ausgerichtet, so daß eine flexible Anpassung des Steuer­ kreises an unterschiedliche Aufgaben relativ schwierig ist und dadurch die Bildung von Baukastensystemen für Acker­ schlepper mit unterschiedlichen Anwendungsgebieten er­ schwert ist.

Um diese Nachteile aufzuheben, werden in den letzten Jahren verstärkt elektronisch-hydraulisch wirkende Hubwerk-Regel­ systeme (EHR-Systeme) angeboten. Bei diesen Systemen er­ folgt die Ansteuerung des die Position des Hubwerks bestimmenden Hauptregelventils über eine Regeleinrichtung, die mit einem Sollwertgeber verbunden ist. Die Elektronik der Regeleinrichtung kann auf einfache Weise an unter­ schiedliche Regelarten und Anwendungsgebiete angepaßt werden, ohne daß es wesentlicher Änderungen der Hydraulik­ komponenten im Leistungskreis bedarf.

Beim Betrieb der vorbeschriebenen SHR-/EHR-Systeme zeigte es sich, daß es durch ein unbeabsichtigtes Verstellen des Kolbenschiebers des Hauptregelventils (Ursache z. B. Defekt oder Manipulation am Kraftsensor während Traktorstillstand) oder des Sollwertgebers (verursacht durch eine versehent­ liche Verstellung des Sollwerthebels beim Stillstand des Ackerschleppers) beim Traktorstart zu unbeabsichtigten Veränderungen in der Lage des Peripheriegeräts kommen kann. Wenn der Motor des Ackerschleppers in der Parkposition gestartet wird, würde dann mit Anlaufen der Hydraulikpumpe und des Regelungssystems die vorgenannte Veränderung in der Lage des Peripheriegeräts sehr schnell erfolgen, so daß Personen, die sich im Bereich des Ackerschleppers auf­ halten, gefährdet sind.

In der nachveröffentlichten Anmeldung P 43 12 644 der Anmelderin wird eine Sicherheitsschaltung für SHR-Systeme vorgeschlagen, bei der dem Hauptregelventil eine Sicher­ heitsschaltung mit zwei Sicherheitsventilen vorgeschaltet ist, die ein Heben oder Senken des Hubwerks bei Regel­ abweichung am Kolben des Hauptregelventils erst dann erlauben, wenn die Bedienperson den Stellhebel zur Ein­ stellung des Sollwerts über die Neutralstellung hinweg geschoben hat. Erst durch das Durchfahren der Neutral­ stellung werden die beiden Sicherheitsventile entriegelt und die wirkenden steuerdrücke an der Steuerseite des Hauptregelventils angelegt. D.h. mit einfachen Worten, bei einem unbeabsichtigt verstellten Stellhebel kann eine Aus­ lenkung des Hubwerks erst dann erfolgen, wenn der Benutzer den Stellhebel nochmals durch die Neutralstellung hindurch bewegt hat. Auf diese Weise ist ein versehentliches Ab­ senken oder Anheben des Hubwerks oder der Zusatz­ einrichtungen zuverlässig verhindert.

Es sind bereits EHR-Systeme bekannt, bei denen der Bediener bei der Inbetriebnahme des Regelungssystems einen Aktivie­ rungsschalter betätigen muß, um den eigentlichen Entriege­ lungsvorgang zu starten. D.h., bei ausgeschaltetem Akti­ vierungsschalter erfolgt unabhängig von der Stellung des Sollwertgebers keine Ansteuerung des Verbrauchers. Beim Betrieb derartiger Vorrichtungen hat es sich jedoch ge­ zeigt, daß die Bedienperson automatisch mit dem Einschalten des Motors auch den Aktivierungsschalter betätigt, ohne zu überprüfen, ob sich das Regelungssystem beim Einschalten im Gleichgewicht befindet. Desweiteren ist bei diesen Vorrich­ tungen am Bedienpult ein weiteres Betätigungselement (Akti­ vierungsschalter) erforderlich, wodurch der vorrichtungs­ technische Aufwand erhöht ist. Aktivierungsschalter bringen also keine zusätzliche Sicherheit, da der Bediener den Zustand im Steuerkreis gar nicht erkennen kann, so daß die Verantwortung für die Sicherheit weiter beim Bediener liegt.

Zum Stand der Technik wird weiterhin auf die DE 32 19 345 C2 verwiesen aus der eine elektrohydraulische Steuereinrichtung für einen hydraulisch, betätigten Verbraucher eines Nutzfahrzeugs bekannt ist, die nach einem Regelungsverfahren mit den wesentlichen Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 arbeitet, bei dem die Ansteuerung des Verbrauchers über ein Proportionalventil erfolgt, dessen Steuer­ seiten mittels einer elektronischen Regeleinrichtung angesteu­ ert werden, um den Verbraucher in einen ersten oder zweiten Be­ triebszustand zu versetzen, bis ein voreingestellter Sollwert erreicht ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Regelungsverfahren für einen hydraulisch betätigten Verbraucher eines Arbeitsgeräts und ein in diesem Verfahren verwendbares elektro­ hydraulisches Regelsystem zu schaffen, das bei minimalem schaltungstechnischen Aufwand den bestehenden Sicherheits­ anforderungen genügt.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Regelungsverfahrens durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des elektrohydraulischen Regelsystems durch die Merkmale des Patentanspruchs 4 gelöst.

Durch die Maßnahme, beim Einschalten des Regelsystems, d. h. bspw. bei Inbetriebnahme des Ackerschleppers oder beim Übergang vom Heckbetrieb - in dem das Regelungssystem aus­ geschaltet ist - zum Normalbetrieb, die Ansteuerung des Verbrauchers zu unterbrechen, wenn der Istwert des Ver­ brauchers vom eingestellten Sollwert (Lage, Kraft) ab­ weicht, wird ein unbeabsichtigtes Ansteuern des Ver­ brauchers zuverlässig verhindert.

Der Verbraucher kann nur dann angesteuert werden, wenn die Bedienperson bewußt die in den Patentansprüchen 1 und 4 angesprochenen Sperren auf hebt. Zur Umrüstung auf das er­ findungsgemäße Regelsystem sind bei den bekannten Lösungen lediglich Änderungen in der Regeleinrichtung und in den Steuerkreisen des Hauptregelventils notwendig. Am Lei­ stungskreis für den Verbraucher sind im wesentlichen keine Änderungen erforderlich, so daß die Hersteller in die Lage versetzt werden, Ackerschleppersysteme teilweise mit EHR- oder SHR-Systemen mit gleicher Inbetriebnahme-Logik anzu­ bieten. In beiden Fällen muß lediglich der Steuerkreis angepaßt werden, während der Leistungskreis praktisch unverändert bleiben kann.

Ein besonders einfaches Regelungsverfahren besteht darin, über die Regeleinrichtung eine Bedingungsmarke (Flag) für das Sperren eines ersten Betriebszustands des Verbrauchers (bspw. Heben) und eine Bedingungsmarke (Flag) für das Sperren eines zweiten Betriebszustand (bspw. Senken) des Verbrauchers zu setzen, und die Ansteuerung des Verbrauchers nur dann zu ermöglichen, wenn beide Bedingungsmarken (Flag) gelöscht sind.

Eine besonders zuverlässige Sicherheitsschaltung erhält man, wenn dieses Löschen der Bedingungsmarke (Flag) durch zweimaliges Durch­ fahren der Neutralstellung des Sollwertgebers erfolgt.

Üblicherweise kann die Regelung eines Hubwerks lageabhängig (Lageregelung) oder kraftabhängig (Kraftregelung) erfolgen. Desweiteren sind auch sog. Mischregelungen aus der Kraft- und Lageregelung möglich. Bei der Kraftregelung entspricht die Kraft einem Zugwiderstand und damit indirekt einer be­ stimmten Arbeitstiefe des Pfluges bei konstanter Fahrge­ schwindigkeit. Bei einer Regelabweichung wird die Eindring­ tiefe des Pfluges solange verändert, bis die eingestellte Kraft (Zugwiderstand) dem erfaßten Istwert entspricht.

Ist das Regelsystem des Nutzfahrzeugs auf den Kraftrege­ lungsmodus eingestellt, so kann beim Motorstart, bspw. bei angehängtem Pflug, folgendes Problem auftreten.

Üblicherweise befindet sich das Peripheriegerät beim Motor­ start in seiner Ruhestellung, so daß der Kraftsensor eine bestimmte Gewichtskraft erfaßt. Bei einer, unbeabsichtigten Verstellung des Sollwerthebels und einer Entriegelung der Sicherheitseinrichtungen im Kraftregelmodus würde dann das Regelsystem die Position des Peripheriegeräts solange ver­ ändern, bis der Kraft-Istwert dem versehentlich vorein­ gestellten Sollwert entspricht. Wenn das Peripheriegerät also nicht im Boden arbeitet, so wird dieses über das Regelsystem über den gesamten Regelbereich nach oben oder nach unten gefahren, da sich die auf das nicht im Eingriff befindliche Peripheriegerät wirkende Gewichtskraft durch Veränderung der Höhe nicht ändert. D.h., im Kraftregelmodus könnte bei Verstellung des Sollwerts bei Inbetriebnahme des Fahrzeugs eine sehr schnelle Änderung der Peripheriegerät- Lage erfolgen. Anders ist dies bei einem Pflug, der im Eingriff mit dem Boden steht, da dabei mit der Änderung der Eingriffstiefe auch eine Änderung des Zugwiderstands er­ folgt und somit die Gefahr eines ungewollten Durchfahrens des gesamten Hubwegs nicht besteht.

Um derartige ungewollte Änderungen in der Lage des Peri­ pheriegeräts zu verhindern, besteht eine vorteilhafte Wei­ terbildung der Erfindung darin, die Entriegelung der vorgenannten Sicherheitseinrichtungen im Kraftregelungs­ modus zu verhindern.

Das Hauptregelventil kann vorteilhafterweise als elektro­ magnetisch betätigtes Proportionalventil, das direkt über die Regeleinrichtung angesteuert wird, ausgebildet werden. Es ist jedoch auch möglich, das Hauptregelventil über hy­ draulische Signaldruckleitungen zu betätigen, in denen Hydraulik-Ventileinrichtungen angeordnet sind, die mit der Regeleinrichtung in Wirkverbindung stehen.

Einen besonders einfachen Aufbau der sog. Ventilein­ richtungen erhält man durch eine beliebige Merkmalskombi­ nation der Unteransprüche 7 bis 10.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.

Im folgenden sollen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1a ein Blockschaubild eines ersten Ausführungsbei­ spiels eines EHR-Systems;

Fig. 1b eine Variante der in Fig. 1a gezeigten Schaltung;

Fig. 2 einen Hydraulikschaltplan eines Ausführungsbei­ spiels für Konstantpumpen;

Fig. 3 das Blockschaubild einer in den vorgenannten Aus­ führungsbeispielen einsetzbaren Regeleinrichtung und

Fig. 4 ein Ablaufschema einem erfindungsgemäßen Regelungs­ verfahrens.

In Fig. 1a ist schematisch ein EHR-System zur Regelung eines Verbrauchers, bspw. eines Hubwerks 2, gezeigt. Zum Anheben des Hubwerks 2 kann dieses über eine Hydraulikpumpe 4, die eine Regelpumpe oder eine Konstantpumpe (Zahnradpumpe) sein kann, mit einem Hydraulikfluid versorgt werden, das zum Absenken des Hubwerks 2 in einen Tank T entspannbar ist. Die Ansteuerung des Hubwerks 2 erfolgt bspw. über ein in den Leistungskreis geschaltetes elektromagnetisches Propor­ tionalventil 6, das vorzugsweise drei Schaltstellungen für eine Heben-/Senkenfunktion aufweist. Die Erfindung ist dabei nicht auf das in Fig. 1a dargestellte 3-Wegeventil be­ schränkt, sondern es sind sämtliche Ventilanordnungen vor­ stellbar, die eine Heben-/Senkenfunktion beinhalten. So kann bspw. das 3-Wegeventil durch Einzelventile ersetzt werden, die jeweils eine Heben- oder Senkenfunktion aufwei­ sen. Eine derartige Variante ist in Fig. 1b dargestellt, wobei das 3-Wege-Proportionalventil 6 durch zwei 2-Wege­ proportionalventile 6a, 6b ersetzt ist, bei dem das in Fig. 1b linke Ventil 6a der Senkenfunktion und das Ventil 6b der Hebenfunktion zugeordnet sind.

In der Neutralstellung N ist die Zu- und Abfuhr zum bzw. vom Hubwerk 2 abgesperrt. In der zweiten Stellung (Heben-Stellung) H ist die Hydraulikpumpe 4 mit dem Hubwerk 2 verbunden, so daß Hydraulikfluid zum Hubwerk 2 hin gefördert wird und der Arbeitskolben des Hubwerks 2 angehoben wird.

In der ersten Stellung (Senken-Stellung) S des Proportionalventils 6 ist der Arbeitszylinder des Hubwerks 2 mit dem Tank T verbunden, so daß das zwischen Proportionalventil 6 und dem Hubwerk 2 eingespannte Hydraulikfluid zum Tank T hin entspannt wird und der Arbeitskolben des Hubwerks 2 abgesenkt wird.

Die Verstellung des Proportionalventils 6 erfolgt über eine Regeleinrichtung 8, die mit den Elektromagneten des Proportionalventils 6 in Wirkverbindung steht. Der Soll­ wert auf den das Hubwerk 2 einzustellen ist, ist über einen Sollwertgeber 10 voreinstellbar, die Eingangs­ signale an die Regeleinrichtung 8 abgibt. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen kann das Hubwerk 2 im Lage-, Kraft- und/oder Mischregelmodus betrieben werden.

Die Erfindung läßt sich selbstverständlich auch bei Syste­ men einsetzen, die nur auf reine Kraft- oder Lageregelung ausgerichtet sind.

Zur Lage- und Kraftmessung werden nicht gezeigte Sensoren verwendet, die die Hubwerkslage bzw. die auf das Hubwerk 2 wirkende Kraft erfassen. Diese den Istwert des Hubwerks 2 darstellende Signale werden der Regeleinrichtung 8 eben­ falls zugeführt. In Abhängigkeit von eingestelltem Sollwert und erfaßtem Istwert werden nun an das Proportionalventil 6 Ausgangssignale abgegeben, die als Schaltsignale zu den Elektromagneten des Proportionalventils 6 geführt sind. D.h. in dem Fall, in dem der Istwert mit dem Sollwert übereinstimmt, bleibt das Proportionalventil 6 in seiner durch Federvorspannung vorgegebenen Neutralstellung N. In dem Fall, in dem Istwert und Sollwert unterschiedlich sind, erfolgt durch Umschalten des Proportionalventils 6 ein Anheben oder Absenken des Hubwerks 2.

Während beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel die Aus­ gangssignale der Regeleinrichtung 8 direkt an die elektro­ magnetisch betriebenen Betätigungselemente des Proportio­ nalventils 6 geführt werden, ist bei dem in Fig. 2 ge­ zeigten Ausführungsbeispiel zur Schaltung des Proportio­ nalventils 6 ein eigener hydraulischer Steuerkreis vorge­ sehen.

Das Proportionalventil 6 ist beim in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel als 6/3-Wegeventil ausgeführt, dessen Ventilschieber über zwei Federn in die Neutralstellung N vorgespannt ist. Über das Proportionalventil 6 ist ein Leistungskreis zur Versorgung des Verbrauchers Z und ein Steuerkreis zur Ansteuerung des Kolbenschiebers des Pro­ portionalventils 6 geführt.

Eine den Pumpendruck führende Leitung (Pumpenleitung) P ist mit einem Anschluß I des Proportionalventils 6 geführt und erstreckt sich weiter von einem gegenüberliegenden Anschluß L hin zu einem Sperrblock 12, der zur Absenkung des Hubwerks 2 entsperrbar ist. Die Pumpenleitung P ist vom Sperrblock 12 weiterführend hin zum Verbraucher Z, bspw. dem Hubwerk 2, eines Ackerschleppers geführt.

Die Aufsteuerung des Sperrblocks 12 erfolgt über eine Steuerleitung 14, die zu einem Anschluß J des Proportio­ nalventils 6 geführt ist. Der diesem gegenüberliegende Anschluß G des Proportionalventils 6 ist mit einer den Pilotdruck für den Steuerkreis führenden Pilotdruckleitung P1 verbunden.

Der Steuerdruck zur Aufsteuerung des Sperrblocks 12 wird zwischen zwei Blenden 16, 17 abgegriffen und über einen Leitungsabschnitt 14a der Steuerleitung 14 zum Sperrblock 12 geführt. Ein die stromabwärtige Blende 17 enthaltender Teilleitungsabschnitt 14b ist zum Tank T des Hydraulik­ systems geführt.

Stromaufwärts (in der Förderrichtung des Fluids gesehen) des Proportionalventils 6 zweigt von der Pumpenleitung P ein Leitungsabschnitt 18 ab, der an den Eingang eines Druckbegrenzungsventils 20 geführt ist. Der Ausgang des Druckbegrenzungsventils 20 ist mit dem Tank T verbunden.

Das Druckbegrenzungsventil 20 ist durch Federvorspannung in seine Absperrstellung (Fig. 2) vorgespannt. Vom Leitungs­ abschnitt 18 zweigt ein Steuerleitungsabschnitt 22 ab, dem zu der mit der Feder beaufschlagten Steuerseite des Druck­ begrenzungsventils 20 geführt ist. Im Steuerleitungs­ abschnitt 22 ist eine Blende 24 und stromabwärts davon ein Rückschlagventil 26 angeordnet, das in der Richtung hin zum Druckbegrenzungsventil 20 öffnet. Zwischen dem Rückschlag­ ventil 26 und der Blende 24 ist eine Abzweigung X, von der ein Leitungszweig 28 abzweigt, der das Rückschlagventil 26 umgeht und in dem eine weitere Blende 30 angeordnet ist.

Der Leitungszweig 28 ist über die Abzweigung X hinaus verlängert und mündet in einen Abschnitt der Pumpenleitung P zwischen dem Sperrblock 12 und dem Proportionalventil 6. In diesem, über die Abzweigung X verlängerten Abschnitt sind eine Blende 32 und ein weiteres Rückschlagventil 34 vorgesehen. Letzteres verhindert eine Rückströmung von der Pumpenleitung P hin zur Steuerseite des Druckbegrenzungs­ ventils 20. Zwischen der Blende 32 und der Abzweigung X zweigt eine Tankentlastungsleitung 36 ab, die zu einem Anschluß K des Proportionalventils 6 und dann weiter über einen gegenüberliegenden (Fig. 2) Anschluß H des Propor­ tionalventils 6 zum Tank T geführt ist. Durch die Tank­ entlastungsleitung 36 kann der Steuerdruck im Steuerleitungsabschnitt 22 und an Leitungszweig 28 zum Tank T entlastet werden.

In der in Fig. 2 gezeigten Neutralstellung N des Kolben­ schiebers sind die Anschlüsse J, L, G und I des Propor­ tionalventils 6 abgesperrt, während die Anschlüsse K und H miteinander verbunden sind, so daß der Steuerdruck in dem Leitungszweig 28 und im Steuerleitungsabschnitt 22 zum Tank T hin entspannt ist. Auf die in Fig. 2 rechte Steuerseite des Druckbegrenzungsventils 20 wirkt somit nur die Vorspannung der Feder, während auf die linke, gegen­ überliegende Steuerseite des Druckbegrenzungsventils 20 über eine Steuerleitung 38, die vom Leitungsabschnitt 18 abzweigt, der Pumpendruck p anliegt. Dadurch wird der Kolbenschieber des Druckbegrenzungsventils 20 gegen die Federvorspannung in seine Öffnungsstellung gebrachte so daß der Förderstrom der Pumpe zurück in den Tank T geleitet wird. Da die Anschlüsse G und I abgesperrt sind, ist weder eine Zuführung von Hydraulikfluid zum Verbraucher Z noch eine Entsperrung des Sperrblocks 12 möglich.

Wenn der Kolbenschieber des Proportionalventils 6 in die in Fig. 2 rechte zweite Stellung H gebracht wird, sind die Anschlüsse J, K, G und H geschlossen, während die An­ schlüsse L und I miteinander über den Kolbenschieber verbunden sind. Dadurch wird das Hydraulikfluid über die Pumpenleitung P und den Sperrblock 12 hin zum Verbraucher Z gefördert. Da die Tankentlastungsleitung 36 bei dieser Schaltstellung abgesperrt ist, baut sich im Steuerleitungs­ abschnitt 22 ein Steuerdruck auf, der zusätzlich zur Federvorspannung das Druckbegrenzungsventil 20 gegen den Druck in der Steuerleitung 38 in seine Absperrstellung beaufschlagt, so daß die Förderung des. Hydraulikfluids in den Tank T unterbunden wird.

In der in Fig. 2 linken ersten Stellung S des Kolben­ schiebers des Proportionalventils 6 sind die Anschlüsse K und L mit dem Anschluß H verbunden, während der Anschluß J abgesperrt ist. Desweiteren sind in der ersten Stellung S die Anschlüsse J und G miteinander verbunden, so daß der Pilotdruck über das Proportionalventil 6 hin zum Sperrblock 12 geführt ist. Der Pilotdruck ist so gewählt, daß er ausreicht, um den Sperrblock 12 aus seiner Sperrstellung in eine den Rückstrom des Hydraulikfluids vom Verbraucher Z hin zum Proportionalventil 6 ermöglichende Stellung zu bringen. Da in der ersten Stellung S der Anschluß L mit dem Anschluß H verbunden ist, wird das rückströmende Hydrau­ likfluid über den in Fig. 2 unteren Abschnitt der Tank­ entlastungsleitung 36 in den Tank T entspannt. Gleiches gilt für den Steuerdruck in dem Steuerleitungsabschnitt 22, so daß das Druckbegrenzungsventil 20, wie oben beschrieben, in seine Öffnungsstellung gebracht und das Hydraulikfluid über die Pumpe im Kreislauf aus und in den Tank T gefördert wird. Mit Bezug auf die oben beschriebene Bauelemente besteht kein wesentlicher unterschied zwischen einem SHR- und einem EHR-System.

Im folgenden sollen nun die Bauelemente beschrieben werden, die die Ansteuerung des Proportionalventils 6 über die Regeleinrichtung 8 erlauben.

Von der Pilotdruckleitung P1 zweigt stromaufwärts des Pro­ portionalventils 6 eine Steuerdruckleitung 40 ab, die ihrerseits in zwei Steuerdruck-Leitungen 41 und 42 verzweigt, die zu den Steuerseiten des Proportionalventils 6 geführt sind. Durch Variation des Steuerdrucks in den Steuerdruckleitungen 41, 42 läßt sich somit der Kolbenschieber des Proportionalventils 6 aus seiner Neu­ tralstellung N in die zweite Stellung H oder die erste Stellung S verschieben.

Im Bereich zwischen den Steuerseiten des Proportional­ ventils 6 und der Abzweigung von der Steuerdruckleitung 40 ist in den Steuerdruck-Leitungen 41, 42 jeweils ein elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil 44, 45 vorgesehen. Das der in Fig. 2 linken Steuerseite des Proportionalventils 6 zugeordnete Druckregelventil 44 wird auch als Senken-Ventil und das der rechten Steuerseite zugeordnete Druckregelventil 45 auch als Heben-Ventil bezeichnet, da sie der ersten bzw. zweiten Stellung des Pro­ portionalventils 6 zugeordnet sind.

Beide Ventile haben einen im wesentlichen gleichen Aufbau mit drei gesteuerten Anschlüssen A, B und C. Die Steuer­ druck-Leitungen 41, 42 sind jeweils zu dem An­ schluß A des entsprechenden Druckregelventils 44, 45 ge­ führt. Der Ausgang C des Druckregelventils 44, 45 ist mit der Steuerdruckleitung 41, 42 verbunden, der hin zu den Steuerseiten des Proportionalventils 6 geführt ist. Der Anschluß B jedes Druckregelventils 44, 45 ist mit einer Tankentlastungsleitung 46 verbunden, die hin zum Tank T des Hydrauliksystems geführt ist.

In seiner Grundstellung ist jedes Druckregelventil 44, 45 durch Federvorspannung in die die Anschlüsse A und C verbindende Stellung vorgespannt, so daß die Steuerdruck­ leitungen 41, 42 zum Tank T hin entspannt sind. D.h., in der Grundstellung der Druckregelventile (Fig. 2) liegt an den Steuerseiten des Proportionalventils 6 kein Steuerdruck an, so daß sich der Kolbenschieber des Proportionalventils 6 in seiner gezeigten Neutralstellung N befindet. Strom­ abwärts der Druckregelventile 44, 45 zweigt von den Steuerdruckleitungen 41, 42 jeweils eine Rückführleitung 48, die zurück zur federbeaufschlagten Steuerseite des Druckregelventils 44, 45 geführt ist, ab, so daß durch den in der Rückführleitung 48 herrschenden Druck die Wirkung der Feder unterstützt wird.

Die Elektromagnete der Druckregelventile 44, 45 stehen in Wirkverbindung mit der Regeleinrichtung 8, so daß die Druckregelventile 44, 45 bei einem von der Regeleinrichtung 8 abgegebenen Eingangssignal gegen die Wirkung der Feder und den Druck in der Rückführleitung 48 in eine die An­ schlüsse A und C verbindende Stellung gebracht werden kann.

Wird bspw. der Elektromagnet des Druckregelventils 45 (Hebe-Ventil) erregt, so wird der Pilotdruck über die Steuerdruck-Leitungen 41, 42 hin zur rechten Steuerseite des Kolbenschiebers des Proportionalventils 6 geführt, so daß dieses in die vorbeschriebene Heben also zweite Stellung H gebracht wird. Entsprechendes gilt bei Betätigung des Druckregelventils 44 (Senken-Ventil) für das Verschieben des Kolbenschiebers in seine Senken also erste Stellung S. Die Druckregelventile 44, 45 sind derart ausgebildet, daß auch Zwischenstellungen einstellbar sind, in denen die Anschlüsse A, C und B, C miteinander verbunden sind, so daß nur ein Teilstrom zur jeweiligen Steuerseite geleitet wird. Desweiteren kann die Regeleinrichtung 8 auch so ausgelegt sein, daß beide Druckregelventile 44, 45 gleichzeitig betätigt werden, wobei die Kolben der Druckregelventile 44, 45 in unterschiedliche Stellungen verschiebbar sind, so daß sich an den Steuerseiten des Proportionalventils 6 eine Druckdifferenz einstellt.

Im folgenden soll nun das Regelungsverfahren anhand der Fig. 3 und 4 näher erläutert werden. Das in Fig. 3 dar­ gestellte Regelsystem ist für das Hubwerk eines Acker­ schleppers vorgesehen.

An dem Bedienpult (nicht gezeigt) des Ackerschleppers sind Hebel (s. Fig. 1) vorgesehen, mit denen die Regelungsart (Kraft-, Lage-, Mischregelmodus, Transportstellung) gewählt wird und die eigentliche Ansteuerung des Hubwerks erfolgt.

Die aus der Hebeleinstellung resultierenden Signale werden dem Mikrocontroller der Regeleinrichtung 8 zugeführt.

Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 ausgeführt wurde, sind am Hubwerk 2 Sensoren zur Erfassung der Lage des Hubwerks und der auf das Hubwerk wirkenden Kraft ange­ ordnet, die die Istwerte repräsentierenden Eingangssignale liefern.

Der Mikrocontroller der Regeleinrichtung 8 vergleicht die Sollwertsignale mit den Istwertsignalen und setzt dann entsprechende Sicherheitsflags, mit denen die Funktion der Druckregelventile 44, 45 beeinflußbar ist. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist je eine Sicherheitsbedingungsmarke für das Ventil 44 und das Ventil 45 vorgesehen. Bei gesetzter Sicherheitsbedingungsmarke ist eine Betätigung des entsprechenden Ventils unabhängig von den vorgegebenen Soll- und Istwerten nicht möglich.

Im folgenden soll anhand der Fig. 4 das die Regel­ einrichtung 8 steuernde Rechenprogramm beschrieben werden.

Bei Inbetriebnahme des Regelungssystems, bspw. beim Ein­ schalten des Motors oder beim Übergang von der Heckbetätigung zum normalen Regelungsbetrieb werden zunächst beide Sicherheitsbedingungsmarken (Flag) d. h. die Heben-Bedingungsmarke (Flag) und die Senken-Bedingungmarke (Flag), gesperrt (Programmschritt 50). Anschließend erfolgt im Programmschritt 52 eine Abfrage nach dem eingestellten Regelmodus. In dem Fall, daß der Kraftregelmodus einge­ stellt ist, springt das Programm wieder zurück zum Schritt 50 und der Benutzer des Nutzfahrzeugs erhält eine Warnungsmeldung, mit der er aufgefordert wird, aus dem Kraftregelmodus in einen anderen Modus umzuschalten. Falls der Kraftregelmodus nicht eingeschaltet ist, wird im Schritt 54 der Sollwert für die Hubwerkslage mit dem Istwert der Hubwerkslage überprüft.

Für den Fall, daß der Sollwert kleiner als der eingestellte Istwert ist, befindet sich das System im sog. Senken-Zustand, in dem zunächst beide Sicherheitsbedingungsmarken (Flag) gesperrt sind. Um die Sicherheitsbedingungsmarken (Flag) zu entriegeln, muß der Sollwertgeber, d. h. der Sollwerthebel, in Richtung Heben oder Senken verstellt werden (Schritt 56, 58 in Fig. 4). Die Senkenbedingungsmarke (Flag) wird gelöscht, wenn der Sollwerthebel den Gleichgewichtszustand (Sollwert=Istwert) in Richtung Heben durchfährt. Das Hubwerk 2 kann in diesem Fall der Bewegung des Sollwerthebels nicht folgen, da die Heben-Bedingungsmarke (Flag) nach wie vor gesetzt ist, so daß eine Betätigung des Heben-Ventils 45 nicht möglich ist. Das Programm fragt in Schritt 62 ab, ob beide Bedingungsmarken (Flags) entriegelt sind; wenn dies nicht der Fall ist, springt das Programm erneut zurück zum Schritt 54, so daß die Druckregelventile 44, 45 nicht ansteuerbar sind. Das Löschen der Heben-Bedingungsmarke (Flag) erfolgt, indem der Sollwerthebel zurück in Richtung Senken bewegt wird, wobei beim Durchgang durch die Neutralstellung die Heben-Bedingungsmarke (Flag) (Schritt 58) gelöscht wird. D. h. bei zweimaligem Durchfahren der Neutralstellung sind beide Bedingungsmarken (Flags) gelöscht, so daß die Bedingung gemäß Schritt 62 in Fig. 4 erfüllt ist und die Ansteuerung der Heben-/Senken-Ventile 44, 45 in Abhängig­ keit von der Stellung des Sollwerthebels erfolgt. D.h., bei einer Weiterbewegung des Sollwerthebels nach dem Durchgang durch die Neutralstellung in Richtung Senken wird das Hubwerk abgesenkt, während bei einer Bewegung in Richtung Heben das Hubwerk angehoben wird.

In den vorbeschriebenen Abfragen ist beim Schritt 54 ein gewisser Toleranzwert (Totband) vorgegeben, so daß Sollwert und Istwert lediglich innerhalb eines vorgegebenen Bereichs übereinstimmen müssen.

Für den Fall, daß in Schritt 54 festgestellt wird, daß der Sollwert des Hubwerks größer ist als der Istwert, befindet sich das System im Zustand "Heben".

Um die beiden Sicherheitsbedingungsmarken (Flags) zu entriegeln, muß umgekehrt wie im vorbeschriebenen Fall der Sollwerthebel zunächst in die Senken-Stellung gebracht werden, wobei die Heben Bedingungsmarke (Flag) beim Durchgang durch die Neutralstellung entsperrt wird.

Das Hubwerk kann hier wiederum nicht der Bewegung des Sollwerthebels folgen, da die Senken-Bedingungsmarke (Flag) noch entriegelt ist und somit die Druckregelventile 45, 44 nicht ansteuerbar sind.

Bei der anschließenden Zurückbewegung des Sollwerthebels und dem nochmaligen Durchgang durch die Neutralstellung wird dann die Senken-Bedingungsmarke (Flag) gelöscht, so daß die Ansteuerung der Druckregelventile 45, 44 erfolgen kann. D. h., bei einer Weiterbewegung des Sollwerthebels in Richtung Heben wird das Hubwerk entsprechend folgen.

Für den Fall, daß im Programmschritt 54 festgestellt wird, daß der Sollwert innerhalb des vorgegebenen Totbands gleich dem Istwert ist, werden beide Sicherheitsbedingungsmarken (Flags) (Heben, Senken) softwaremäßig auf Null gesetzt, so daß das Hubwerk sofort der Bewegung des Sollwerthebels folgen kann.

Durch das vorbeschriebene Regelungssystem ist sicherge­ stellt, daß das Hubwerk oder andere Verbraucher eines Nutz­ fahrzeugs nicht durch versehentliches Aus-dem-Gleichge­ wicht-Bringen des Regelungssystems verstellt werden kann, so daß eine Gefährdung umstehender Personen oder zu trans­ portierender Güter usw. weitestgehend ausgeschlossen ist.

Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen wirkt die Sicherheitsschaltung im wesentlichen dann, wenn sich das System beim Einschalten des Verbrauchers im Ungleichge­ wicht, d. h. wenn sich der Sollwert außerhalb des von der Hubwerkslage vorgegebenen Entsperrbereichs befindet. Es kann allerdings auch vorgesehen werden, daß die Sicher­ heitsschaltung immer wirkt, so daß das Peripheriegerät erst nach Aufheben beider Sperren betätigbar ist.

Claims (12)

1. Regelungsverfahren für einen hydraulisch betätigten Verbraucher eines Arbeitsgeräts, insbesondere für das Hubwerk eines Ackerschleppers, bei dem die Ansteuerung des Verbrauchers über ein Proportionalventil erfolgt, dessen Steuerseiten in Abhängigkeit von der Einstellung eines Sollwertgebers mittels einer elektronischen Regeleinrich­ tung angesteuert werden, um den Verbraucher in einen ersten oder zweiten Betriebszustand zu versetzen, bis ein vor­ eingestellter Sollwert erreicht ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte bei Inbetriebnahme des Regelsystems:

• - Vergleich des Verbraucher-Istwerts mit dem über den Sollwertgeber (10) eingestellten Sollwert;
• - Sperren des ersten und zweiten Betriebszustands mittels der Regeleinrichtung (8) bei einer Abweichung des Soll­ werts vom Istwert;
• - Ansteuerung des Verbrauchers (Z) in Abhängigkeit vom Sollwert, nachdem die Sperrung des ersten und zweiten Betriebszustands aufgehoben ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (8), eine Bedingungsmarke (Flag) für das Sperren eines ersten Betriebszustands (in Richtung Heben) des Verbrauchers (Z) und eine weitere Bedingungs­ marke (Flag) für das Sperren eines zweiten Betriebszustands (in Richtung Senken) setzt, wenn der Sollwert außerhalb des von der Hubwerkslage festgelegten Entriegelungsbereiches liegt, wobei bei gesetzten Bedingungsmarken (Flags) die Ansteuerung des Verbrauchers (Z) unterbunden ist, und daß die Bedingungsmarken (Flags) durch Verstellen des Sollwertgebers (19) über den Entsperrbereich (Sollwert = Istwert) hinaus gelöscht werden, worauf der Verbraucher (Z) bei weiterer Betätigung des Sollwertgebers (10) in die Gegenrichtung entsprechend angesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsystem das Hubwerk (2) im Kraft- und/oder Lageregelmodus regelt und daß ein Löschen der Bedingungs­ marken (Flags) im Kraftregelmodus nicht möglich ist.

4. Elektrohydraulisches Regelsystem für einen Verbrau­ cher eines Arbeitsgeräts, insbesondere für das Hubwerk (2) eines Ackerschleppers, zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die An­ steuerung des Verbrauchers (Z) über eine Ventileinrichtung erfolgt, deren Steuerseiten mittels einer elektronischen Regeleinrichtung (8) in Abhängigkeit von der Einstellung eines Sollwertgebers (10) ansteuerbar sind, so daß die Ventileinrichtung aus einer Neutralstellung (N) in eine erste (S) oder zweite Stellung (H) bringbar ist, um den Verbraucher (Z) in einen ersten oder zweiten Betriebszu­ stand zu versetzen, bis ein voreingestellter Sollwert erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeleinrichtung (8) eine Schaltung zum Sperren des ersten Verbraucher-Betriebszustands und eine Schaltung zum Sperren des zweiten Verbraucher-Betriebszustands zugeordnet ist, die ein Sperren ermöglichen, wenn der Lage-Sollwert beim Einschalten des Regelsystems nicht im von der Hubwerkslage vorgegebenen Entriegelungsbereich liegt und daß der Verbraucher (Z) nur ansteuerbar ist, wenn zumindest eine Sperre durch An- oder Überfahren des Entriegelungsbe­ reiches aufgehoben ist.

5. Regelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein elektromagnetisch betätig­ bares Proportionalventil (6) hat und die Signalleitungen zur Betätigung des Proportionalventils (6) zur Regelein­ richtung (8) geführt sind.

6. Regelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Steuerseiten des Proportionalventils (6) Steuer­ druckleitungen (41, 42) geführt sind, in denen jeweils eine mit der Regeleinrichtung (8) in Wirkverbindung stehende Ventileinrichtung angeordnet ist, über die die Ansteuerung des Proportionalventils (6) blockierbar ist.

7. Regelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung Druckregelventile (44, 45) mit drei gesteuerten Anschlüssen (A, B, C) umfaßt, deren Ausgangsanschlüsse (C) mit den Steuerdruckleitungen (41, 42), deren Eingangsanschlüsse (A) mit der Pilotdruckleitung (P1) und deren Anschlüsse (B) mit dem Tank (T) verbindbar sind.

8. Regelsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Druckregelventil (44, 45) in der die Ansteuerung des Proportionalventils (6) blockierenden Schaltstellung die ihr zugeordnete Steuerdruckleitung (41, 42) mit einem Tank (T) verbindet.

9. Regelsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Druckregelventile (44, 45) in ihrer die Ansteuerung des Proportionalventils (6) ermöglichenden Stellung die entsprechende Steuerdruckleitung (41, 42) mit einer den Pilotdruck führenden Leitung (P1) verbindbar ist.

10. Regelsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschieber des Druckregelventils (44, 45) durch Federvorspannung in seine den Ausgangsanschluß (C) mit dem Anschluß (B) verbindende Stellung vorgespannt ist und daß das Umschalten in die den Eingangs- (A) mit dem Ausgangs­ anschluß (C) verbindende Stellung durch einen Elektro­ magneten erfolgt, der über die Regeleinrichtung (8) an­ steuerbar ist.

11. Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungen der Regelein­ richtung (8) zum Sperren der Betriebszustände des Ver­ brauchers (Z) derart ausgebildet sind, daß die Sperrung der Betriebszustände durch Verfahren des Sollwertgebers (10) aus seiner Ungleichgewichtstellung (Regelabweichung am Proportionalventil = Null) über seine Neutralstellung (Istwert = Sollwert) hinaus und wieder zurück zur Neutralstellung aufhebbar ist.

12. Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung Schaltungen zur Ansteuerung des Verbrauchers im Kraft-, Lage- oder Mischregelmodus hat, die über den Sollwertgeber (10) anwählbar sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regeleinrichtung (8) derart mit dem Sollwertgeber (10) verschaltet ist, daß die Entsperrung der Verbraucheransteuerung nur im Lageregelmodus erfolgen kann.