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Technisches
Gebiet
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Schaltung mit doppelten
Zylindern und insbesondere auf eine hydraulische Schaltung, wo die
doppelten Zylinder mit einem einzigen Joystick bzw. Steuerhebel
gesteuert werden, der in einer Weise bewegbar ist, die für den Bediener
intuitiv ist.
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Hintergrund
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Viele
Maschinen haben Arbeitselemente, die durch eine einzige Steuerhebel- bzw. Joystick-Steuervorrichtung
gesteuert werden. Genauso haben verschiedene Maschinen Arbeitselemente,
wobei deren Auf- und Abbewegung durch unabhängige doppelte Hydraulikzylinder
gesteuert wird. Die Joystick-Steuervorrichtungen
können
elektrische Signale zur Steuerung eines Hauptsteuerventils erzeugen
oder können
die Betätigung
von hydraulischen Vorsteuerventilen zur Folge haben, die wiederum
hydraulisch ein Hauptsteuerventil betätigen. Bei gegenwärtigen Joystick-Steuervorrichtungen
entspricht die Richtungsbewegung der einzelnen Bewegung des Joysticks nicht
der unabhängigen
Richtungsbewegung der jeweiligen rechten und linken Zylinder. Eine
typische Pilot- bzw. Vorsteueranordnung ist in dem US-Patent Nr
5 063 739 veranschaulicht, das am 12. November 1991 an Caterpillar
Inc. ausgegeben wurde und Vorsteuerungen 23, 24, veranschaulicht,
die eine integrale Joystick-Steuerungvorrichtung sein könnten. Es
ist wünschenswert,
dass der Bediener den Joystick-Hebel in einer Richtung bewegt, die
intuitiv zur Folge haben würde,
dass sich die linken und rechten Hydraulikzylinder in einer entsprechenden
Richtung bewegen. Wenn beispielsweise der Bediener den Joystick-Steuerhebel
nach vorne bewegt, würde
der Bediener wollen, dass sich das Werkzeug abwärts bewegt und wenn der Bediener
den Hebel nach hinten bewegt, würde
der Bediener wollen, dass sich das Werkzeug nach oben bewegt. Zusätzlich würde der
Bediener auch jeden Zylinder unabhängig bewegen wollen, so dass
das Werkzeug in verschiedenen Positionen orientiert sein kann. Bei
den früheren
Joystick-Steuervorrichtungen entspricht die Bewegung des Werkzeugs
nicht der instinktiven oder intuitiven Bewegung des Bedieners.
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US-A-4
285 546, die eine Joystick-Vorrichtung nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1 zeigt, offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Steuerung des Profils einer Öffnung,
die durch einen Schneidkopf geschnitten wurde, der eine Querbewegung
in zwei Richtungen in rechten Winkeln zueinander ausführen kann,
beispielsweise der Schneidkopf einer Bergbaumaschine, wobei Mittel
vorgesehen sind, um die Bewegung des Schneidkopfes in den erwähnten zwei
Richtungen zu steuern, und wobei eine Vorlage für ein internes Profil vorgesehen
ist, welche den Teil der Öffnung
darstellt, die auszuschneiden ist, weiter eine Abfühlvorrichtung,
die mit dem Vorlagenprofil in Eingriff zu bringen ist, weiter Folgemittel,
die mit dem Schneidkopf assoziiert sind, um eine Relativbewegung
zwischen der Abfühlvorrichtung
und der Vorlage in einer Richtung in Beziehung zur Bewegung des
Schneidwerkzeuges zu bewirken, wobei eine Bewegung der Abfühlvorrichtung
in Eingriff mit dem Profil vorgesehen ist was die hydraulische Abfühleinrichtung
betreibt, die automatisch die Mittel übersteuert, um die Bewegung
des Schneidkopfes zu steuern, wodurch verhindert wird, dass der Schneidkopf
sich über
das erwünschte
Tunnelprofil hinaus bewegt. Die hydraulische Abfühleinrichtung weist vorzugsweise
eine Reihe von Steuerventilen auf, die mit jeweiligen Quadranten
des Profils assoziiert sind, die miteinander derart verbunden sind,
dass sie die Bewegungsrichtung des Schneidkopfes umkehren, wenn
nötig.
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Weiter
sei Bezug genommen auf US-A-3 183 929, die eine Mehr-Achsen-Steuerung zur Steuerung des
Flusses von unter Druck gesetztem Strömungsmittel von einer Quelle
für unter
Druck gesetztes Strömungsmittel
zum Auslass offenbart, die Folgendes aufweist: ein erstes und ein
zweites Paar von Motorversorgungsleitungen; vier Paare von normalerweise
geschlossenen Ventilen, wobei jedes Ventil einen Einlassanschluss
und einen Auslassanschluss besitzt, wobei der Einlassanschluss eines
ersten Ventils von jedem des Paares von Ventilen mit der Quelle
verbunden ist, und wobei der Auslassanschluss von jedem der ersten
Ventile mit einer jeweiligen Motorversor gungsleitung und mit dem
Einlassanschluss des zweiten Ventils seines jeweiligen Paares verbunden
ist, wobei der Auslassanschluss von jedem ersten Ventil und der
Einlassanschluss des zweiten Ventils des gleichen Paares dadurch
mit jeweils einer der Motorversorgungsleitungen verbunden sind,
wobei jede der Motorversorgungsleitungen mit den Ventilen von zwei
unterschiedlichen Paaren von Ventilen verbunden sind, wobei der
Auslassanschluss von jedem der zweiten Ventile mit dem Auslass verbunden
ist; und Mittel zur Betätigung
eines ersten Ventils eines anderen Paares, das mit der Motorversorgungsleitung
von einem Paar von Leitungen verbunden ist und des zweiten Ventils
des anderen Paares von Ventilen, das mit der anderen der Motorversorgungsleitungen
in dem gleichen Paar von Motorversorgungsleitungen verbunden ist,
um dadurch selektiv Strömungsmittel
unter Druck zu einer ausgewählten
Leitung von einem ausgewählten
Paar von Motorversorgungsleitungen zu liefern, und um die andere
Motorversorgungsleitung des ausgewählten Paares von Leitungen
mit dem Auslass zu verbinden, wobei die Mittel geeignet sind das
erste Ventil von irgendeinem Paar auszuwählen, und simultan das zweite
Ventil von dem anderen Paar von Ventilen, welches mit dem gleichen
Paar von Motorversorgungsleitungen assoziiert ist, wobei die Mittel
zur Betätigung
der Ventile vier mit Scharnieren versehene Plattenmittel aufweisen,
die jeweils betriebsmäßig über zwei
Ventilen hängen,
die so auswählbar
sind, und weiter eine strömungsmittelbetätigte Betätigungsvorrichtung,
die mit jeweiligen mit Scharnierplattenmitteln betreibbar ist.
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Entsprechend
ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, eines oder mehrere
der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Offenbarung
der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Hydraulikschaltung nach
Anspruch 1 vorgesehen, um intuitiv die Bewegung der ersten und zweiten
hydraulischen Betätigungsvorrichtungen
zu steuern.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Verfahren nach
Anspruch 7 eine intuitive Bewegung eines Paares von Hydraulikzylindern
in einer Hydraulikschaltung durch eine Bewegung eines Steuerhebels
einer Joystick-Steuervorrichtung durch den Bediener vor.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung können
aus den abhängigen
Ansprüchen
gewonnen werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine teilweise diagrammartige und eine teilweise schematische Darstellung
einer Hydraulikschaltung mit einer Joystick-Steuervorrichtung, die ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verkörpert;
und
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2 ist
eine diagrammartige Darstellung von verschiedenen Bewegungspfaden
der Joystick-Steuervorrichtung der 1.
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Bester Weg
zur Ausführung
der Erfindung
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Mit
Bezug auf die 1 und 2 ist eine Hydraulikschaltung 10 veranschaulicht
und weist erste und zweite Hauptsteuerventile 12, 14,
weiter erste und zweite hydraulische Betätigungsvorrichtungen 16, 18,
eine Quelle 20 für
unter Druck gesetztes Strömungsmittel,
ein Reservoir 22, und eine Joystick-Steuervorrichtung 24 auf. Ein
Werkzeug 25A, wie beispielsweise ein erster Stabilisierungsarm,
ist mit der ersten hydraulischen Betätigungsvorrichtung 16 verbunden,
und ein Werkzeug 25B, wie beispielsweise ein zweiter Stabilisierungsarm,
ist mit der zweiten hydraulischen Betätigungsvorrichtung 18 verbunden.
Es sei bemerkt, dass ein einziges Werkzeug, wie beispielsweise ein
den Boden bearbeitendes Schild, sowohl mit den ersten als auch den
zweiten hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 16, 18 verbunden
sein könnte.
Das erste Hauptsteuerventil 12 ist betriebsmäßig durch
eine Leitung 26 mit der Quelle 20 für unter
Druck gesetztes Strömungsmittel
verbunden, und zwar durch Leitungen 28, 30 zu
der ersten hydraulischen Betätigungsvorrichtung 16,
und mit dem Reservoir 22 durch die Leitung 32.
Das zweite Hauptsteuerventil 14 ist betriebsmäßig durch
die Leitung 26 mit der Quelle 20 für unter
Druck gesetztes Strömungsmittel
verbunden, weiter durch Leitungen 34, 36 mit der
zweiten hydraulischen Betätigungsvorrichtung 18,
und mit dem Reservoir 22 durch die Leitung 38.
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Die
Joystick-Steuervorrichtung 24 hat einen Steuerhebel 40,
der bewegbar durch einen Bediener 42 gesteuert wird, und
zwar beabstandet von der Joystick-Steuervorrichtung 42,
und definiert eine Referenzachse 44, die sich durch den
Steuerhebel 40 erstreckt und senkrecht zum Bediener 42 orientiert ist.
Der Steuerhebel 40 ist innerhalb eines Musters von vollen
360 Grad bewegbar, wie in der Technik wohl bekannt.
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Bei
der vorliegenden Anordnung ist die Joystick-Steuervorrichtung 24 eine
hydromechanische Steuervorrichtung, wobei die Bewegung des Steuerhebels 40 innerhalb
seines Laufmusters von 360 Grad mechanisch jeweilige erste, zweite,
dritte und vierte Vorsteuerventile 46, 48, 50, 52 betätigt. Die
Betätigung
von jedem der jeweiligen Vorsteuerventile 46, 48, 50, 52 erzeugt
und liefert jeweilige erste, zweite, dritte und vierte Steuersignale 54, 56, 58, 60 durch
die jeweiligen Signalleitungen. Das erste Steuersignal 54 wird
zu einem Ende des ersten Hauptsteuerventils 12 geliefert,
und das zweite Steuersignal 56 wird zu dem anderen Ende
des ersten Hauptsteuerventils 12 geliefert. Das dritte
Steuersignal 58 wird zu einem Ende des zweiten Hauptsteuerventils 14 geliefert,
und das vierte Steuersignal 60 wird zum anderen Ende des
zweiten Hauptsteuerventils 14 geliefert.
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Eine
Quelle 62 für
unter Druck gesetztes Vorsteuerströmungsmittel liefert unter Druck
gesetztes Vorsteuerströmungsmittel
zu sowohl dem ersten als auch dem zweiten als auch dem dritten als
auch dem vierten Vorsteuerventil durch die Vorsteuerleitung 64. Es
sei bemerkt, dass die Joystick-Steuervorrichtung 24 eine
elektronische Joystick-Steuervorrichtung sein könnte, die elektrische Signale
davon liefert, um Elektromagnetvorsteuerventile zu betätigen, die
entfernt von der Joystick-Steuervorrichtung gelegen sind, oder die
Joystick- Steuervorrichtung
könnte elektrische
Signale erzeugen und die elektrischen Signale direkt zu jedem der
Hauptsteuerventile liefern, um sie elektrisch zu betätigen.
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Insbesondere
mit Bezug auf die Struktur der vorliegenden Anordnung, und wie in 1 zu
sehen, ist das erste Vorsteuerventil 46 in einer Position
gelegen, die um 45 Grad über
der Referenzachse 44 orientiert ist, und es wird dort betätigt, und
der Winkel hat eine Spitze, die durch den Steuerhebel 40 definiert
wird. Das zweite Vorsteuerventil 48 ist an einer Position
gelegen, die um 45 Grad unter der Referenzachse 44 orientiert
ist, und wird dort betätigt,
und der Winkel hat eine Spitze, die von dem Steuerhebel 40 definiert
wird. Das dritte Vorsteuerventil 50 ist von sowohl dem
ersten als auch dem zweiten Vorsteuerventil 46, 48 beabstandet
und ist an einer Position um 45 Grad über der Referenzachse 44 gelegen
und wird dort betätigt,
und der Winkel hat eine Spitze, die von dem Steuerhebel 40 definiert
ist. Das vierte Vorsteuerventil 52 ist von sowohl den ersten
als auch zweiten als auch dritten Vorsteuerventilen 46, 48, 50 beabstandet
und ist in einer Position gelegen und wird in dieser betätigt, die
um 45 Grad unter der Referenzachse 44 orientiert ist, und
der Winkel hat eine Spitze, die von dem Steuerhebel 40 definiert
wird. Jedes der Vorsteuerventile 46, 48, 50, 52 ist
von dem Steuerhebel 40 im Wesentlichen um die gleiche Distanz von
der Spitze beabstandet und wird so betätigt.
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Mit
Bezug auf 2 betätigt die Bewegung des Steuerhebels 40 in
der Richtung des Pfeils 'A' das erste Vorsteuerventil 46,
um das erste Steuersignal 54 zu erzeugen. Die Bewegung
des Steuerhebels 40 in der Richtung des Pfeils 'B' betätigt
das zweite Vorsteuerventil 48, um das zweite Steuersignal 56 zu
erzeugen. Die Bewegung des Steuerhebels 40 in der Richtung
des Pfeils 'C' betätigt das
dritte Vorsteuerventil 50, um das dritte Steuersignal 58 zu erzeugen.
Die Bewegung des Steuerhebels 40 in der Richtung des Pfeils 'D' betätigt
das vierte Vorsteuerventil 52, um das vierte Steuersignal 60 zu
erzeugen. Die Bewegung des Steuerhebels 40 in der Richtung des
Pfeils 'E' betätigt sowohl
das erste als auch das zweite Vorsteuerventil 46, 48 um
eine gleiche Größe, um gleiche
erste und zweite Steuersignale 54, 56 zu jedem
Ende des ersten Hauptsteuerventils 12 zu liefern. Die Bewegung
des Steuerhebels 40 in der Richtung des Pfeils 'F' betätigt
sowohl das dritte als auch das vierte Vorsteuerventil 50, 52 um
eine gleiche Größe, um gleiche
dritte und vierte Steuersignale 58, 60 zu jedem
Ende des zweiten Hauptsteuerventils 14 zu liefern. Die
Bewegung des Steuerhebels 40 in der Richtung des Pfeils 'G' betätigt
sowohl das erste als auch das dritte Vorsteuerventil 46, 50 um
eine gleiche Größe, um gleiche
erste und dritte Steuersignale 54, 58 zu einem
Ende von jedem der ersten und zweiten Hauptsteuerventile 12, 14 zu
liefern. Die Bewegung des Steuerhebels 40 in der Richtung
des Pfeils 'N' betätigt sowohl
das zweite als auch das vierte Vorsteuerventil 48, 52 um
eine gleiche Größe, um gleiche
zweite und vierte Steuersignale 56, 60 zu den
anderen Enden der jeweiligen ersten und zweiten Hauptsteuerventile 12, 14 zu
liefern. Irgendeine Bewegung des Steuerhebels 40 zwischen
irgendeinem der Pfeile 'A,
B, C, D, E, F, G, N' hat
zur Folge, dass variierende Signale zu den entsprechenden Enden der
ersten und zweiten Hauptsteuerventile 12, 14 geliefert
werden, und zwar abhängig
von der Position des Steuerhebels 40.
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Es
sei bemerkt, dass die Verbindung des ersten Steuersignals 54 mit
dem ersten Hauptsteuerventil 12 mit dem vierten Steuersignal 60 zum
zweiten Hauptsteuerventil 14 ausgetauscht werden könnte, und
dass das zweite Steuersignal 56 zum ersten Hauptsteuerventil 12 mit
dem dritten Steuersignal 58 zum zweiten Hauptsteuerventil 14 ausgetauscht
werden könnte,
ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dieser Austausch
oder diese Umschaltung von den Steuersignalleitungen gestattet,
dass die Steuerung auch intuitiv für die Reaktionsbewegungen des
Bedieners relativ zur Maschine ist. Wenn beispielsweise der Bediener
den Steuerhebel 40 hält,
wirkt die Rückwärtsbewegung
des Bedieners gegen die Bewegung der Werkzeugbewegung, wenn die
Maschine auf einen Klumpen trifft, oder wenn es einen anderen Grund
gibt, dass die Maschine sich plötzlich
nach vorne neigt, um im Grunde genommen die plötzliche Veränderung der Maschinenbewegung
auf Null zu bringen. Genauso wirkt die Bewegung des Bedieners nach
links oder nach rechts gegen die Bewegung des assoziierten Werkzeuges, wenn
der Bediener aufgrund einer plötzlichen
Bewegung der Maschine nach links oder rechts bewegt wird.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Während des
Betriebs der vorliegenden hydraulischen Schaltung bewegt der Bediener
den Steuerhebel 40, um die jeweiligen Werkzeuge 25A, 25B anzuheben
oder abzusenken, die an den ersten und zweiten hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 16, 18 angebracht
sind. Durch Bewegung des Steuerhebels in der Richtung 'H' werden beide Werkzeuge 25A, 25B,
wie sie in der Zeichnung von 1 zu sehen
sind, mit der gleichen Rate bzw. Geschwindigkeit angehoben, wie
in der Zeichnung zu sehen. Dies ist der Fall, da die zweiten und
vierten Steuersignale 56, 60, die zum anderen
Ende von jedem der ersten und zweiten Hauptsteuerventile 12, 14 geliefert
werden, von gleicher Größe sind.
Genauso werden beide Werkzeuge 25A, 25B mit der
gleichen Rate nach unten bewegt, wenn der Bediener den Steuerhebel 40 in
der Richtung des Pfeils 'G' bewegt, da sowohl
das erste als auch das dritte Steuersignal 54, 58 von
gleicher Größe sind.
Die Bewegung des Steuerhebels 40 in jeder Richtung auf
einem Pfad weg von den jeweiligen Pfeilen 'G, H' hat
zur Folge, dass die ersten und zweiten Werkzeuge 25A, 25B mit
unterschiedlichen Raten abgesenkt oder angehoben werden, und zwar abhängig von
der Position des Steuerhebels 40.
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Die
Bewegung des Steuerhebels 40 in der Richtung des Pfeils 'E' durch den Bediener hat zur Folge, dass
erste und zweite Steuersignale 54, 56 von gleicher
Größe zu gegenüberliegenden
Enden des ersten Hauptsteuerventils 12 geliefert werden. Da
die Größe der Signale
gleich ist, bleibt das erste Hauptsteuerventil 12 in der
geschlossenen mittleren Position. Irgendeine Bewegung des Steuerhebels 40 weg
vom Pfad des Pfeils 'E' hat eine inkrementelle feingesteuerte
Bewegung des ersten Hauptsteuerventils 12 zur Folge, was
somit eine sehr feine Steuerung der Bewegung des ersten Werkzeuges 25A vorsieht.
Dies geschieht als ein Ergebnis davon, dass der Druck, der auf ein
Ende des Hauptsteuerventils 12 wirkt, kleiner ist als der
Druck, der auf das andere Ende wirkt, und der Differenzdruck daraus
steuert die Bewegung des Hauptsteuerventils 12. Genauso
liefert die Bewegung des Steuerhebels 40 entlang des Pfades
des Pfeils 'F' dritte und vierte
Steuersignale 58, 60 zu gegenüberliegenden Enden des zweiten Hauptsteuerventils 14,
was somit das zweite Hauptsteuerventil 14 in seiner geschlossenen
mittleren Position hält.
Irgendeine Bewegung des Steuerhebels 40 weg vom Pfad des
Pfeils 'F' sieht eine sehr
feine Steuerung des zweiten Werkzeuges 25B vor. Im Hinblick
auf das Vorangegangene ist es leicht offensichtlich, dass eine Hydraulikschaltung 10 vorgesehen
ist, die eine Joystick-Steuervorrichtung 24 hat, die die Bewegung
der ersten und zweiten Werkzeuge 25A, 25B ansprechend
auf die intuitive Bewegung des Bedieners steuert. Das heißt, die
Bewegung des Steuerhebels 40 durch den Bediener entlang
des Pfeilpfades 'G' senkt die Werkzeuge 25A, 25B,
und die Bewegung des Steuerhebels 40 entlang des Pfeils 'H' hebt die Werkzeuge 25A, 25B.
Genauso steuert die Bewegung des Steuerhebels 40 in der
Richtung nach links entlang und zu jeder Seite des Pfeilpfades 'E' das linke Werkzeug 25A, während die
Bewegung des Steuerhebels 40 in der Richtung nach rechts
entlang und zu jeder Seite des Pfeilpfades 'F' das
rechte Werkzeug 25B steuert. Diese intuitive Bewegung durch
den Bediener zur Steuerung der jeweiligen rechten und linken Werkzeuge 25A, 25B macht
den Bediener effizienter und dies ist weniger verwirrend im Betrieb.
Es ist genauso offensichtlich, dass die vorliegenden Maschinensteuerungen
so angeschlossen werden können,
dass die intuitiven Steuerungen auf die Richtung der Bewegung des
Steuerhebels ansprechen, oder entsprechend der Bewegung des Bedieners
relativ zur Maschine entgegen wirken.
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Andere
Aspekte, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung können aus
einem Studium der beigefügten
Ansprüche
erhalten werden.