DE60304014T2

DE60304014T2 - Elektronische Steuereinrichtung auf Basis von Geschwindigkeit zur Steuerung eines Hydraulikkreis

Info

Publication number: DE60304014T2
Application number: DE60304014T
Authority: DE
Inventors: Keith A. Richfield Tabor; Joseph L. Wauwatosa Pfaff
Original assignee: Husco International Inc
Current assignee: Husco International Inc
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2003-09-23
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: US6732512B2; DE60317572D1; EP1626182A1; EP1403527B1; DE60304014D1; EP1626182B1; US20040055288A1; DE60319441D1; JP2004272875A; EP1403527A1; DE60317572T2; JP5059281B2; EP1626181A1; EP1626181B1; DE60319441T2

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft hydraulische Systeme zur Betätigung von Maschinen und insbesondere elektronische Steuersysteme zur Betätigung hydraulischer Ventile zwecks Steuerung des Flüssigkeitsstroms zu und von den hydraulischen Antrieben.
2. Beschreibung des diesbezügliches Standes der Technik
Eine große Vielfalt von Maschinen ist mit beweglichen Körpern ausgestattet, die von einem Hydraulikantrieb betätigt werden, so beispielsweise eine Zylinder- und Kolbenanordnung oder ein hydraulischer Motor, die durch den Flüssigkeitsstrom angetrieben werden, welche durch ein Hydraulikventil gesteuert wird. Üblicherweise wird das Hydraulikventil vom Maschinenoperator manuell betätigt. Es gibt gegenwärtig einen Trend, der von Hand betätigten Hydraulikventilen in Richtung auf elektrische Steuerung geht, sowie die Verwendung magnetspulenbetätigter Ventile. Diese Art der Steuerung vereinfacht die hydraulische Installationsarbeit, da die Steuerventile nicht in der Nähe einer Betriebsstation angeordnet werden müssen, sondern sich neben dem Antrieb befinden können, der gesteuert wird. Diese Änderung in der Technologie vereinfacht außerdem computerisierte Steuerung der Maschinenfunktionen.
Proportionale magnetspulenbetätigte Schieberventile sind ebenfalls zur Steuerung der Hydraulikflüssigkeit bekannt. Dieser Ventiltyp benutzt eine elektromagnetische Spule, die einen mit dem Schieber verbundenen Anker bewegt, dessen Position die durch das Ventil strömende Flüssigkeitsmenge bestimmt. Die Weite, in der sich das Ventil öffnet, steht in direktem Zusammenhang mit der Größe des elektrischen Stroms, der der Magnetspule zugeführt wird, so daß eine proportionale Steuerung des Hydraulikflüssigkeitsstroms ermöglicht wird. Entweder ist der Anker oder der Schieber federbelastet, um das Ventil zu schließen, sobald der Magnetspule kein elektrischer Strom mehr zugeführt wird. Alternativ dazu ist eine zweite Elektromagnetspule sowie ein Anker zur Bewegung der Spule in der entgegengesetzten Richtung vorhanden.
Sobald eine Bedienungsperson einen Körper auf der Maschine zu bewegen wünscht, bedient sie einen Joystick, um dadurch ein elektrisches Signal zu erzeugen, das sich auf die Richtung und die gewünschte Geschwindigkeit bezieht, mit der sich der entsprechende Hydraulikantrieb bewegen soll. Je schneller der Antrieb arbeiten soll, desto weiter weg wird der Joystick aus seiner neutralen Position bewegt. Ein Steuerkreis empfängt ein Joysticksignal und antwortet darauf durch Erzeugung eines elektrischen Stroms gegebener Größe, der das zugeordnete Ventil öffnet, um die richtige Bewegung des Antriebs zu bewirken. Das europäische Patent EP 0 796 952 empfängt ein Signal von einer Bedienungsperson-Eingabevorrichtung, das eine erforderliche Strömungsgeschwindigkeit für den Hydraulikantrieb anzeigt, und es werden Ventilsteuersignale erzeugt, die die Strömungsgeschwindigkeit erreichen lassen.
Die Steuerung einer ganzen Maschine, so beispielsweise eines Grabbaggers oder einer Apparatekonstruktion wird durch das Erfordernis kompliziert, die vielfältigen Funktionen simultan zu steuern. Beispielsweise erfordert oftmals die Steuerung eines Rückschlags den gleichzeitigen Betrieb getrennter Hydraulikantriebe für den Ausleger, Arm, die Schaufel und die Schwinge. In gewissen Fällen übersteigt die gesamte Größe des Hydraulikflüssigkeitsstroms, der für die gleichzeitigen Betriebsfunktionen erforderlich ist, die maximale Strömung, die die Pumpe zu erzeugen in der Lage ist. In solchen Fällen wird verlangt, daß das Steuersystem die zur Verfügung stehende Hydraulikflüssigkeit auf diese Funktionen in einer angemessenen Weise aufteilt, so daß eine Funktion einen nichtproportionalen Anteil des zur Verfügung stehenden Hydraulikflüssigkeitsstroms verbraucht.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein typisches hydraulisches System hat eine Zufuhrleitung, die unter Druck stehende Flüssigkeit von einer Quelle, beispielsweise einer Pumpe herantransportiert, eine Rückführleitung, die Flüssigkeit zu einem Behälter zurückfördert, und wenigstens einen Hydraulikantrieb, der durch eine getrennte Ventilanordnung sowohl mit der Zufuhrleitung als auch mit der Rückführleitung gekoppelt ist. Ein Steuersystem betätigt die Ventilanordnungen in Abhängigkeit von den Eingabebe fehlen eines Operators, um jeden Hydraulikantrieb zu bewegen, so wie dies der Operator wünscht.
Das Steuersystem weist eine Benutzereingabeeinrichtung auf, die von dem Maschinenbenutzer betätigt wird, um ein Eingabesignal zu erzeugen, das die gewünschte Bewegung des Antriebs anzeigt. Ein Arbeitsplan setzt das Eingabesignal in einen Geschwindigkeitsbefehl um, der für den Antrieb eine gewünschte Geschwindigkeit beinhaltet. Dieser Geschwindigkeitsbefehl zeigt die Richtung und die Größe der Bewegung an. Ein Ventilöffnungsplan verwandelt den Geschwindigkeitsbefehl in eine Reihe Ventilströmungskoeffizienten für die Ventilanordnung, und von der Reihe Ventilströmungskoeffizienten wird eine Reihe Steuersignale erzeugt, die die Höhe des elektrischen Stroms betreffen, der den Ventilen innerhalb der Ventilanordnung zuzuführen ist. Mehrere Ventilantriebe versorgen die Ventile in der Ventilanordnung mit elektrischem Strom, und zwar aufgrund der Reihe Steuersignale.
Auch ein Drucksteuerer kann zur Regelung des in der Zufuhrleitung herrschenden Druckes in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitsbefehl vorgesehen werden, um dadurch sicherzustellen, daß für die Betätigung des Antriebs ein geeigneter Druck zur Verfügung steht.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Wähleinrichtung vorgesehen, mit der ein Arbeitsprogramm gewählt werden kann, mit dem die Hydraulik arbeiten soll. So kann beispielsweise das Arbeitsprogramm aufgrund des Geschwindigkeitsbefehls und der auf den Antrieb wirkenden Kraft gewählt werden.
Wenn das Hydrauliksystem mehrere Funktionen hat, enthält es ein Strömungsteilungsprogramm, um den Flüssigkeitsstrom aus der Zufuhrleitung angemessen auf jede der einzelnen Funktionen aufzuteilen. Beispielsweise variiert das Strömungsteilungsprogramm den Geschwindigkeitsbefehl für jede Funktion, sobald der von den vielen Funktionen verlangte gesammelte Strom den aus der Zufuhrleitung zur Verfügung stehenden Gesamtstrom übersteigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Hydrauliksystems, das die vorliegende Erfindung beinhaltet; und
2 ein Steuerdiagramm für das Hydrauliksystem.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In 1, auf die zunächst Bezug genommen wird, ist ein Hydrauliksystem einer Maschine gezeigt, das mechanische Elemente aufweist, die von hydraulisch getriebenen Antrieben betätigt werden, beispielsweise Zylinder 16 oder Drehmotoren. Das Hydrauliksystem 10 weist eine Verdrängerpumpe 12 auf, die durch einen Motor oder Maschine (nicht gezeigt) so angetrieben wird, daß Hydraulikflüssigkeit aus einem Behälter 15 abgesaugt und unter Druck in eine Zufuhrleitung 14 gefördert wird. Es versteht sich, daß die neuartige Systemkonfiguration, die hier beschrieben wird, auch in einem Hydrauliksystem implementiert werden kann, das eine variable Verdrängerpumpe und andere Arten von Hydraulikantrieben aufweist. Die Zufuhrleitung 14 ist durch ein Entlastungsventil 17 (wie ein Proportionaldruck-Entlastungsventil) mit einer Behälterrückführleitung 18 verbunden, und diese Behälterrückführleitung 18 steht über das Behältersteuerventil 19 mit dem Systembehälter 15 in Verbindung.
Die Zufuhrleitung 14 und die Behälterrückführleitung 18 sind mit mehreren hydraulischen Funktionen der Maschine, die in das Hydrauliksystem 10 eingeschlossen ist, verbunden. Eine dieser Funktionen 20 ist im Detail dargestellt und andere Funktionen 11 haben ähnliche Komponenten. Das Hydrauliksystem 10 ist ein Verteilertyp, was bedeutet, daß die Ventile für jede Funktion und die Steuerschaltung zur Betätigung dieser Ventile neben dem Antrieb für eine solche Funktion sein können. So sind beispielsweise die Komponenten zum Steuern der Bewegung des Arms in Bezug auf den Ausleger eines Baggers am oder in der Nähe des Armzylinders oder der Verbindung zwischen Ausleger und Arm angeordnet.
Bei der gegebenen Funktion 20 steht die Zufuhrleitung 14 mit dem Knoten "s" einer Ventilanordnung 25 in Verbindung, die einen Knoten "t" aufweist, der mit der Tankrückführleitung 18 verbunden ist. Die Ventilanordnung 25 weist einen Knoten "a" auf, der durch eine erste Hydraulikleitung 30 mit der Kopfkammer 26 des Zylinders 16 in Verbindung steht, und sie hat einen weiteren Knoten "b", der durch eine zweite Leitung 32 mit der Öffnung der Stangenkammer 27 des Zylinders 16 verbunden ist. Vier elektrohydraulische Proportionalventile 21, 22, 23 und 24 steuern die Strömung der Hydraulikflüssigkeit zwischen den Knoten der Ventilanord nung 25 und damit den Zufluß zum und Abfluß des Flüssigkeitsstroms vom Zylinder 16. Das erste elektrohydraulische Proportionalventil 21 ist zwischen die Knoten s und a geschaltet, mit denen es in Verbindung steht, und ist mit den Buchstaben "sa" bezeichnet. Damit steuert das erste elektrohydraulische Proportionalventil 21 den Flüssigkeitsstrom zwischen der Zufuhrleitung 14 und der Kopfkammer 26 des Zylinders 16. Das elektrohydraulische Proportionalventil 22, das mit den Buchstaben "sb" bezeichnet ist, ist zwischen den Knoten "s" und "b", mit denen es verbunden ist, geschaltet und kann den Flüssigkeitsstrom zwischen der Zufuhrleitung 14 und der Zylinderstangenkammer 27 steuern. Das dritte elektrohydraulische Proportionalventil 23, das die Buchstaben "at" trägt, ist zwischen die Knoten "a" und "t", mit denen es verbunden ist, geschaltet und kann den Flüssigkeitsstrom zwischen der Kopfkammer 26 und der Rückführleitung 18 steuern. Das vierte elektrohydraulische Proportionalventil 24, das sich zwischen den Knoten "b" und "t" befindet und die Buchstaben "bt" trägt, steuert die Strömung von der Stangenkammer 27 zurück zur Leitung 18.
Wenn andere Arten oder Konfigurationen von Hydraulikantrieben gesteuert werden, kann die Ventilanordnung 25 weniger als vier elektrohydraulische Proportionalventile aufweisen. So reicht beispielsweise zur Steuerung eines einzigen Arbeitszylinders, bei dem die Flüssigkeit nur einer Kammer zugeführt wird, ein Paar Ventile aus, um den Flüssigkeitsstrom aus der Zufuhrleitung und zum Behälter zu steuern. Bei anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Ventilanordnung 25 auch ein elektrisch betriebenes Schieberventil aufweisen.
Die Hydraulikkomponenten für die gegebene Funktion 20 weisen außerdem zwei Drucksensoren 36 und 38 auf, die die Drücke Pa und Pb im Kopf und den Stangenkammern 26 bzw. 27 des Zylinders 16 feststellen. Ein anderer Drucksensor 40 mißt den Pumpenlieferdruck Ps am Knoten "s", während der Drucksensor 42 den Behälterrückführdruck Pr am Knoten "t" der Funktion 20 feststellt. Es wird darauf hingewiesen, daß bei allen Funktionen 11 keine Zufuhr- und Rückführdrucksensoren 40 und 42 vorhanden zu sein brauchen. Es versteht sich, daß die verschiedenen Drücke, die durch die Sensoren gemessen werden, sich an den tatsächlichen Drücken an diesen Stellen im Hydrauliksystem geringfügig unterscheiden, und zwar aufgrund der Leitungsverluste zwischen dem Sensor und jenen Stellen. Die ermittelten Drücke beziehen sich jedoch auf die tatsächlichen Drücke und stellen sie dar, und bei der Steuermethode läßt sich für derartige Unterschiede an eine Anpassung vornehmen.
Die Drucksensoren 36, 38, 40 und 42 für die Funktion 20 erzeugen Eingangssignale für den Funktionssteuerer 44, der die vier elektrohydraulischen Proportionalventile 21–24 betätigt. Der Funktionssteuerer 44 ist ein Mikrocomputer, der sich auf einen Kreis stützt, welcher die Eingangssignale von einem Systemsteuerer 46 empfängt, wie im folgenden beschrieben wird. Ein von dem Funktionssteuerer 44 ausgeführtes Softwareprogramm reagiert auf diese Eingangssignale, indem es Ausgangssignale erzeugt, die die vier elektrohydraulischen Proportionalventile 21–24 um bestimmte Beträge öffnen, um den Zylinder 16 in richtiger Weise arbeiten zu lassen.
Der Systemsteuerer 46 überwacht den Gesamtbetrieb des hydraulischen Systems 10, indem er Signale mit den Funktionssteuerern 44 und einem Drucksteuerer 48 austauscht. Der Austausch der Signale unter den drei Steuerern 44, 46 und 48 erfolgt über ein Kommunikationsnetz 55 unter Verwendung eines herkömmlichen Nachrichtenprotokolls. Der Drucksteuerer 48 empfängt Signale von einem Zufuhrleitungsdrucksensor 49 am Auslaß der Pumpe, einem Rückführleitungsdrucksensor 51 und einem Behälterdrucksensor 53. Infolge dieser Drucksignale und Befehle von dem Systemsteuerer 46 bedient der Drucksteuerer 48 das Behältersteuersignal 19 und das Entlastungsventil 17. Dieses steuert den Druck in der Zufuhrleitung 14 und in der Rückführleitung 18. Wenn jedoch eine variable Verdrängerpumpe benutzt wird, steuert der Drucksteuerer 48 die Pumpe.
Wie aus 2 ersichtlich, sind die Steuerfunktionen für das Hydrauliksystem 10 unter den verschiedenen Steuerern 44, 46 und 48 verteilt. Ein Softwareprogramm, das von dem Systemsteuerer 46 abgearbeitet wird, beantwortet die Eingangssignale durch Erzeugung von Befehlen für die Funktionssteuerer 44. Insbesondere empfängt der Systemsteuerer 46 Signale von verschiedenen benutzerbetätigten Joysticks 47 oder ähnlichen Eingabeeinrichtungen für die verschiedenen Hydraulikfunktionen. Diese Eingabevorrichtungssignale werden von einem getrennten Informationsprogramm 50 für jede Funktion bearbeitet, das das Joystick-Positionssignal in ein Signal verwandelt, welches eine gewünschte Geschwindigkeit für den zugehörigen Hydraulikantrieb, der gesteuert wird, anzeigt. Die Informations- oder Aufzeichnungsfunktion kann linear sein oder, wie gewünscht, andere Formen haben. So kann beispielsweise die erste Hälfte des Bewegungsbereiches des Joysticks aus der neutralen Mittelposition die niedrigen Geschwindigkeitsquadrate aufzeichnen, um auf diese Weise eine relativ genaue Steuerung des Antriebs bei niedriger Geschwindigkeit zu erhalten. In diesem Fall zeichnet die letzte Hälfte der Joystick-Bewegung den oberen 25%-Bereich der Geschwindigkeiten auf. Das Aufzeichnungsprogramm kann durch einen arithmetischen Ausdruck eingesetzt werden, der durch den Computer im Systemsteuerer 46 gelöst wird, oder das Aufzeichnen kann durch eine im Speicher des Steuerers befindliche Vergleichstabelle bewerkstelligt werden. Der Ausgang des Aufzeichnungsprogramms 50 bildet ein Signal, das die von dem Systembenutzer für die entsprechende Funktion gewünschte Geschwindigkeit anzeigt.
In einem Idealfall dient die gewünschte Geschwindigkeit zur Steuerung der Hydraulikventile, die der betreffenden Funktion zugeordnet sind. In vielen Fällen kann jedoch die gewünschte Geschwindigkeit im Hinblick auf den gleichzeitigen Bedarf, der an das Hydrauliksystem durch andere Funktionen 11 des Hydrauliksystems 10 herangetragen wird, nicht erreicht werden. So kann beispielsweise die gesamte Menge des Hydraulikflüssigkeitsstroms, der von allen Funktionen angefordert wird, die zur Verfügung stehende Leistungsabgabe der Pumpe 12 übersteigen. In diesem Fall teilt das Steuersystem die zur Verfügung stehende Strömungsmenge unter den Funktionen, die Hydraulikflüssigkeit anfordern, auf, so daß eine gegebene Funktion nicht mit der vollen gewünschten Geschwindigkeit arbeiten kann. Obgleich diese Aufteilung die gewünschte Geschwindigkeit jeder Funktion nicht erreichen läßt, wird die Geschwindigkeitsbeziehung unter den Antrieben, wie durch den Operator angezeigt, beibehalten.
Um festzustellen, ob eine Aufteilung erforderlich ist, werden die gewünschten Geschwindigkeiten für alle Funktionen in ein Strömungsteilungs-Softwareprogramm 52 eingestellt, und zwar zusammen mit dem Bemessungsmodus für jede Hydraulikfunktion. Aus diesen Daten berechnet das Strömungsteilungs-Softwareprogramm die Gesamtströmung, die von den gegenwärtig aktiven hydraulischen Funktionen verlangt wird. Das Strömungsteilungs-Softwareprogramm 52 berechnet auch die Strömungsmenge, die in dem Hydrauliksystem zur Verfügung steht, und zwar auf der Grundlage der Geschwindigkeit der Pumpe und des Pumpenförderstroms als Funktion der Geschwindigkeit. Die zur Verfügung stehende Strömungsmenge wird dann mit der gesamten Strömung verglichen, die angefordert wird, um einen Prozentsatz der gesamten angeforderten Strömung herzuleiten, der von der gesamten zur Verfügung stehenden Strömung erfühlt werden kann. Die gewünschte Geschwindigkeit für jede Funktion wird dann mit dem Prozentsatz multipliziert, um für die entsprechende Funktion einen Geschwindigkeitsbefehl zu erzeugen.
Wenn also eine Aufteilung notwendig ist, werden die Funktionen mit einem Bruchteil der gewünschten Geschwindigkeiten betrieben, so daß der zur Verfügung stehende Flüssigkeitsstrom in angemessener Weise zugeteilt wird, die die Geschwindigkeitsverhältnisse unter den aktiven Funktionen bewahrt, wie dies durch den Operator beabsichtigt ist.
Um dem Strömungsteilungsprogramm 52 zu ermöglichen, die zur Verfügung stehende Flüssigkeit aufzuteilen, muß der Bemessungsmodus jeder Funktion zusammen mit der gewünschten Geschwindigkeit bekannt sein, da dieser Modus die geforderte Flüssigkeitsmenge und den Funktionsbeitrag der Flüssigkeit bestimmt, der von anderen Funktionen verwendet werden kann. Der Bemessungsmodus für die jeweilige Funktion bestimmt sich durch ein Bemessungsmoduswahlprogramm 54, nachdem der Funktionssteuerer 44 der zugeordneten Hydraulikfunktion arbeitet. Der Bemessungsmodus für eine spezielle Funktion wird auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbedarfs für diese Funktion und der externen Kraft Fx bestimmt, die auf den zugehörigen Antrieb einwirkt, wie dies durch die Antriebsdrücke Pa und Pb oder einen Kraftsensor 43 angezeigt wird. Alternativ dazu kann ein Handschalter 57 von dem Maschinenoperator benutzt werden, um den Bemessungsmodus auszuwählen.
Unter Bezug auf 1 werden die grundlegenden Bemessungsmodi, in denen Flüssigkeit von der Pumpe an eine der Zylinderkammern 26 oder 27 geliefert und von der anderen Kammer in den Tank abgeführt wird, als kraftgetriebene Bemessungsmodi bezeichnet, also der "kraftgetriebene Zufuhrmodus" oder der "kraftgetriebene Rückführmodus", in Abhängigkeit von der Richtung, in die sich die Kolbenstange bewegt. Da die Kolbenstange 45 ein gewisses Volumen der Stangenkammer 27 einnimmt, erfordert diese Kammer weniger Hydraulikflüssigkeit zur Bewegung des Kolbens 28 um eine gegebene Strecke, als für die die Kopfkammer 26 erforderlich ist. Als Konsequenz ist im Rückführmodus bei einer gegebenen Geschwindigkeit ein geringerer Flüssigkeitszufluß erforderlich als für den Zuführmodus.
Hydrauliksysteme arbeiten auch mit der Regeneration von Bemessungsmodi, bei der Flüssigkeit, die aus einer Zylinderkammer abläuft, durch die Ventilanordnung 25 zu der anderen Zylinderkammer zurückgefördert wird. Bei einem Regenerations-Bemessungsmodus kann die Flüssigkeit zwischen den Zylinderkammern entweder durch den Zufuhrleitungsknoten "s", bezeichnet als "große Seitenregeneration" oder durch den Rückführleitungsknoten "t", bezeichnet als "geringe Seitenregeneration" strömen. Der Vorteil eines Regenerationsmodus besteht darin, daß das gesamte Flüssigkeitsvolumen, das erforderlich ist, um die Expansionskammer des Zylinders zu füllen, nicht von der Pumpe 12 oder der Rückführleitung 18 zugeführt werden muß.
Um die Kolbenstange in einem Regenerationsmodus zurückzuziehen, wird die Flüssigkeit aus der Kopfkammer 26 in die Stangenkammer 27 des Zylinders gedrückt. Daher strömt ein größeres Flüssigkeitsvolumen aus der Kopfkammer ab, als in der kleineren Stangenkammer benötigt wird. In dem geringen Seitenregenerations-Rückzugsmodus tritt diese überschüssige Flüssigkeit in die Rückführleitung 18 ein, von der sie entweder zum Behälter 15 oder zu anderen Funktionen 11 weiterströmt, die in einem geringen Seitenregenerationsmodus arbeiten, der zusätzliche Flüssigkeit erfordert. Die überschüssige Flüssigkeit in dem hohen Seitenregenerations-Rückzugmodus strömt durch die Zufuhrleitung 14 anderen Funktionen zu, die Flüssigkeit aus dieser Leitung abziehen, oder sie strömt durch das Entlastungsventil 17 in die Rückführleitung 18.
Die Regeneration kann auch dazu benutzt werden, die Kolbenstange 45 aus dem Zylinder 16 auszufahren. In diesem Fall wird ein nicht ausreichendes Flüssigkeitsvolumen aus der kleineren Stangenkammer 27 ausgestoßen, als erforderlich ist, um die Kopfkammer 26 zu füllen. Wenn die große Seitenregeneration angewendet wird, um die Stange auszufahren, kommt zusätzliche Flüssigkeit von der Pumpe 12. Bei dem niedrigen Seitenregenerations-Ausfahrmodus muß die Funktion zusätzliche Flüssigkeit aus der Behälterrückführleitung 18 aufnehmen. Diese zusätzliche Flüssigkeit stammt entweder von einer anderen Funktion (beispielsweise Querfunktion-Regeneration) oder von der Pumpe 12 durch das Entlastungsventil 17. Es versteht sich, daß in diesem Modus das Behältersteuerventil 19 wenigstens teilweise geschlossen ist, um die Flüssigkeit in der Rückführleitung 18 daran zu hindern, aus dem Behälter 15 herauszuströmen, statt einer anderen Funktion 11 zugeführt zu werden.
Wiederum aus 2 geht hervor, daß der Geschwindigkeitsbefehl für jede Funktion dem zugeordneten Funktionssteuerer 44 übermittelt wird, wo er in das Bemessungsmodus-Auswahlprogramm 54 übertragen wird. Das Programm kann mit einer manuellen Eingabevorrichtung verbunden sein, die durch den Maschinenoperator betätigt wird, um den Modus für eine gegebene Funktion zu bestimmen. Alternativ dazu kann der Funktionsssteuerer 44 einen Algorithmus benutzen, bei dem verschiedene Systemdrücke überprüft werden, um den optimalen Bemessungsmodus für die gegebene Funktion zu einem bestimmten Zeitpunkt zu bestimmen. Wenn der Bemessungsmodus einmal gewählt worden ist, wird er dem Systemsteuerer 46 und anderen Einrichtungen innerhalb des entsprechenden Funktionssteuerers mitgeteilt.
Der Bemessungsmodus, die Druckmessungen und der Geschwindigkeitsbefehl werden von einem Ventilöffnungsprogramm 56 benutzt, um festzustellen, wie die elektrohydraulischen Proportionalventile 21–24 arbeiten müssen, um die befohlene Geschwindigkeit der Kolbenstange 45 zu erreichen. In jedem Bemessungsmodus sind zwei der Ventilanordnungen 25 aktiv oder offen. Der Bemessungsmodus bestimmt, welches Ventilpaar geöffnet wird. Das Ventilöffnungsprogramm 56 benutzt dann die Größe des Geschwindigkeitsbefehls und die Druckmessungen zur Bestimmung des Ausmaßes der Öffnung für jedes gewählte Ventil.
Insbesondere der Funktionssteuerer 44 bestimmt einen Äquivalenzkoeffizienten, der das äquivalente Strömungsleitvermögen des Hydraulikkreiszweiges in dem gewählten Bemessungsmodus angibt, um die gewünschte Bewegung des Antriebs 16 zu erhalten. Der äquivalente Leitvermögenkoeffizient dient dann dazu, die einzelnen Ventilleitvermögenkoeffizienten zu berechnen, die den Flüssigkeitsstrom durch jedes der vier elektrohydraulischen Proportionalventile 21–24 kennzeichnen und somit die Öffnungsgröße, falls es eine gibt, für jedes Ventil. Ein Ventil, das in dem gewählten Bemessungsmodus geschlossen ist, hat einen Ventilleitvermögenkoeffizienten von Null. Es sei darauf hingewiesen, daß anstelle des äquivalenten Leitvermögenkoeffizienten und der Ventilleitvermögenkoeffizienten die reziproken Strömungsbeschränkungskoeffizienten benutzt werden können, um den Flüssigkeitsstrom zu kennzeichnen. Beide, also die Leitvermögen- und die Beschränkungskoeffizienten kennzeichnen den Flüssigkeitsstrom in einem Abschnitt oder einer Komponenten eines hydraulischen Systems 10 und sind reziproke Parameter. Daher werden die Grundbegriffe "äquivalenter Strömungskoeffi zient" und "Ventilströmungskoeffizient" hier verwendet, um sowohl den Leitvermögens- als auch den Beschränkungskoeffizienten abzudecken.
Das Ventilöffnungsprogramm 56 bestimmt die Ventilströmungskoeffizienten für die Ventile in der Anordnung 25, die zur Erzeugung von vier Ausgangssignalen benutzt werden, welche den Öffnungsgrad jedes entsprechenden Ventils anzeigen. Der Funktionssteuerer 44 sendet die vier Ausgangssignale an eine Reihe Ventilantriebe 58, die elektrische Spannungen erzeugen, um die elektrohydraulischen Proportionalventile 21–24 zu betätigen.
Der Systemsteuerer 46 berechnet auch den Druck in den Zufuhr- und Rückführleitungen 14 und 18, der erforderlich ist, um den Druckanforderungen der hydraulischen Funktionen 11 und 20 zu entsprechen. Zu diesem Zweck bedient sich der Systemsteuerer 46 eines Sollwertprogramms 62, das einen separaten Pumpenzufuhr-Drucksollwert für jede Funktion der Maschine bestimmt und dann den Sollwert auswählt, der die größte Höhe hat, um als Zufuhrleitungs-Drucksollwert Ps benutzt zu werden. Dieser Drucksollwert wird auf der Grundlage des äquivalenten Leitvermögenkoeffizienten und der Drücke Pa und Pb in den Zylinderkammern bei der bevorzugten Ausführungsform abgeleitet. Alternativ dazu kann die unmittelbar durch den Sensor 43 gemessene Antriebskraft anstelle der Zylinderkammer-Drücke verwendet werden. Das Sollwertprogramm 62 bestimmt in ähnlicher Weise auch einen Rückführleitungs-Drucksollwert Pr.
Die beiden Drucksollwerte Ps und Pr werden an ein Drucksteuerprogramm 64 übermittelt, das von dem Drucksteuerer 48 durchgeführt wird, um in der Zufuhrleitung 14 und Rückführleitung 18 die Druckhöhen zu erreichen. Insbesondere bewirkt das Drucksteuerprogramm 64, daß der Drucksteuerer das Entlastungsventil 17 betätigt, um in der Zufuhrleitung 14 Druck aufzubauen oder zu entspannen. Dementsprechend läuft der von der Pumpe 12 erzeugte, die von den Funktionen 11 und 20 geforderte Menge übersteigende Flüssigkeitsstrom (in der Zufuhrleitung 14) durch das Entlastungsventil 17. In ähnlicher Weise hält der Drucksteuerer 48 den Druck in der Behälterrückführleitung 18 auf dem Niveau, das durch den Sollwert Pr vorgegeben ist, indem er das Behältersteuerventil 19 betätigt. Dadurch kann zuviel Flüssigkeit, die über das verlangte Maß hinausgeht, in der Rückführleitung 18 zum Systembehälter 15 zurückströmen. Bei Hydrauliksystemen, die eine variable Verdrängerpumpe verwenden, regelt der Drucksteuerer 48 den Pumpenbetrieb. In diesem Fall wird hauptsächlich das Behältersteuerventil 19 betätigt, um sicherzustellen, daß ausreichend Flüssigkeit aus der Behälterrückführleitung 18 zur Verfügung steht, um jene Funktionen zu beliefern, die in einem geringen Seitenregenerationsmodus arbeiten.
Die obige Beschreibung ist primär auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gerichtet. Obgleich gewissen Alternativen Aufmerksamkeit gewidmet worden ist, die im Schutzumfang der Erfindung liegen, versteht es sich, daß der auf diesem Gebiet tätige Fachmann zusätzliche Alternativen erkennen kann, die sich aus der Offenbarung der erfindungsgemäßen Ausführungsform ergeben. Dementsprechend soll der Schutzumfang der Erfindung durch die Ansprüche festgelegt werden und nicht durch die obige Offenbarung beschränkt werden.

Claims

Einrichtung zur Steuerung eines Hydrauliksystems (10) mit einer Pumpe (12), die Hydraulikmittel aus einem Behälter (15) in eine Zufuhrleitung (14) drückt, welche mit einer Hydraulikvorrichtung (20) verbunden ist, die eine Ventilanordnung (25) aufweist, welche die Strömung des Hydraulikmittels zwischen der Zufuhrleitung und einem Antrieb (16) steuert sowie zwischen dem Antrieb und dem Behälter, wobei die Einrichtung mit einer Bedienereingabevorrichtung (47) versehen ist, die ein Eingabesignal erzeugt, das die gewünschte Bewegung des Antriebs anzeigt, gekennzeichnet durch ein Aufzeichnungsprogramm (50) das das Eingangssignal in einen Geschwindigkeitsbefehl umwandelt, der eine gewünschte Antriebsgeschwindigkeit kennzeichnet, ferner ein Ventilöffnungsprogramm (56), das den Geschwindigkeitsbefehl in einen Strömungskoeffizienten verwandelt, der die Hydraulikmittelströmung durch die Ventilanordnung kennzeichnet und mittels des Strömungskoeffizienten ein Steuersignal erzeugt, das einen elektrischen Strom generiert, der der Ventilanordnung (25) zugeführt wird, und durch einen Ventilantrieb (58), der der Ventilanordnung (25) infolge des Steuersignals elektrischen Strom zuführt.
Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Wähler (54 oder 57), der einen Bemessungsmodus auswählt, mit der die Hydraulikvorrichtung arbeiten soll.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wähler (54) den Bemessungsmodus in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitsbefehl und der auf den Antrieb wirkenden Kraft auswählt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wähler einen manuell betätigbaren Schalter (57) aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrauliksystem (10) mehrere Vorrichtungen hat, die mit der Zufuhrleitung (14) verbunden sind und darüber hinaus ein Strömungsteilprogramm (52) aufweist, das den Hydraulikmittelstrom von der Zufuhrleitung jeder der mehreren Vorrichtungen (11, 20) zuteilt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrauliksystem (10) mehrere Vorrichtungen (11, 20) aufweist, die mit der Zufuhrleitung (14) in Verbindung stehen und darüber hinaus ein Strömungsteilprogramm (52) besitzt, das den Geschwindigkeitsbefehl für jede Vorrichtung einstellt, sobald die gesammelten Strömungen, die von den Vorrichtungen angefordert werden, den Gesamtstrom übersteigt, der aus der Zufuhrleitung (14) entnehmbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Drucksteuerer (64), der den Druck in der Zufuhrleitung (14) in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitsbefehl regelt.
Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Druckeinstellwertprogramm (62), das einen Druckeinstellpunkt erzeugt, der auf dem Geschwindigkeitsbefehl und einem Druck am Antrieb (16) beruht, wobei der Drucksteuerer (64) den Druck in der Zufuhrleitung (14) in Abhängigkeit von dem Druckeinstellpunkt regelt.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckeinstellpunktprogramm (62) den Druckeinstellpunkt von dem Strömungskoeffizienten ableitet.
Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Druckeinstellpunktprogramm (62), das einen Druckeinstellpunkt ermittelt, der auf dem Geschwindigkeitsbefehl und einem Druck am Antrieb (16) beruht, wobei der Druck in der Zufuhrleitung (14) in Abhängigkeit von dem Druckeinstellpunkt geregelt wird.