DE60317572T2

DE60317572T2 - Elektronische Steuereinrichtung auf Basis von Geschwindigkeit zur Steuerung eines Hydraulikkreises

Info

Publication number: DE60317572T2
Application number: DE60317572T
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: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: DE60319441T2; EP1626182A1; DE60304014T2; EP1626181A1; JP2004272875A; EP1403527A1; US20040055288A1; JP5059281B2; US6732512B2; EP1626181B1; DE60319441D1; EP1626182B1; DE60317572D1; DE60304014D1; EP1403527B1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Hydrauliksysteme zum Betrieb von Maschinen, und insbesondere elektronische Steuersysteme zum Betrieb von hydraulischen Ventilen, um dadurch den Flüssigkeitsstrom zu und von den hydraulischen Antrieben zu steuern.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Eine große Vielfalt von Maschinen ist mit beweglichen Körpern ausgestattet, die durch einen Hydraulikantrieb wie eine Zylinder- und Kolbenanordnung oder einen Hydraulikmotor, betrieben werden. Die Zylinder- und Kolbenanordnung oder der Hydraulikmotor werden durch die Strömung einer Flüssigkeit angetrieben, die durch ein Hydraulikventil gesteuert wird. Üblicherweise wird das Hydraulikventil von dem Maschinenarbeiter von Hand betätigt. Es gibt jedoch einen modernen Trend weg von den handbetätigten Hydraulikventilen zu elektrischen Steuerungen sowie die Verwendung von Magnetspulenventilen. Diese Art von Steuerung vereinfacht das Hydraulikleitungssystem, da die Steuerventile nicht in der Nähe einer Betriebsstation angeordnet werden müssen, sondern neben dem Antrieb liegen können, der sie steuert. Diese Änderung in der Technologie erleichtert auch die computerisierte Steuerung der Maschinenfunktionen.
Proportionale magnetspulenbetätigte Spulenventile sind zur Steuerung der Strömung von Hydraulikflüssigkeit gut bekannt. Die Art des Ventils verwendet eine elektromagnetische Spule, die einen Anker betätigt, der mit der Spule verbunden ist und dessen Stellung die Flüssigkeitsmenge bestimmt, die das Ventil durchströmt. Die Menge, die das Ventil öffnet, ist direkt abhängig von der Größe des elektrischen Stroms, der an der Elektromagnetspule anliegt, wodurch die proportionale Steuerung des hydraulischen Flüssigkeitsflusses ermöglicht wird. Entweder ist der Anker der Spule federbelastet, um das Ventil zu schließen, sobald die Magnetspule von dem elektrischen Strom abgekoppelt wird. Oder es wird alternativ eine zweite Elektromagnetspule mit Anker vorgesehen, um die Spule in der entgegengesetzten Richtung zu bewegen.
Sobald eine Betriebsperson verlangt, daß sich ein Teil der Maschine bewegt, wird ein Steuerknüppel betätigt, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das die Richtung und die gewünschte Geschwindigkeit angibt, mit der sich der entsprechende hydraulische Antrieb bewegen soll. Je schneller der Antrieb arbeiten soll, desto weiter muß der Steuerknüppel aus seiner neutralen Stellung weg bewegt werden. Eine Steuerschaltung empfängt ein Steuerknüppelsignal und antwortet durch Erzeugung eines elektrischen Stroms gegebener Höhe, der das zugehörige Ventil öffnet, um dadurch die richtige Bewegung des Antriebs zu erreichen.
Das europäische Patent 0 796 952 empfängt von einer Betriebseingangsvorrichtung ein Signal, das eine gewünschte Strömungsgeschwindigkeit für den Hydraulikantrieb anzeigt, und es werden Ventilsteuersignale erzeugt, um diese Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen.
Die Steuerung einer gesamten Maschine, beispielsweise eines Landwirtschaftstraktors oder Konstruktionsapparates, wird dadurch kompliziert, daß gleichzeitig eine Vielzahl von Funktionen gesteuert werden müssen. So erfordert beispielsweise die Steuerung eines Schleppschaufelbaggers oftmals den gleichzeitigen Betrieb der getrennten Hydraulikantrieb für den Ausleger, den Arm, die Schaufel und die Schwenkeinrichtung. In einigen Fällen überschreitet die Gesamtmenge an Hydraulikflüssigkeitsstrom, der durch die gleichzeitig betriebenen Funktionen verlangt wird, den Maximalfluß, den die Pumpe in der Lage ist zu erzeugen. In solchen Fällen wird verlangt, daß das Steuersystem die gesamte zur Verfügung stehende Hydraulikflüssigkeit unter diesen Funktionen in einer vertretbaren Weise aufteilt, so daß eine Funktion nicht eine unangemessene Menge an dem zur Verfügung stehenden Hydraulikflüssigkeitsstrom verbraucht.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein typisches Hydrauliksystem ist mit einer Zufuhrleitung versehen, die unter Druck stehende Flüssigkeit aus einer Quelle, beispielsweise einer Pumpe, transportiert, ferner eine Rückführleitung, die Flüssigkeit zurück zu einem Behälter fördert, und wenigstens einen Hydraulikantrieb, der durch eine separate Ventilanordnung an die Zufuhrleitung und die Rückführleitung gekoppelt ist. Ein Steuersystem betätigt die Ventilanordnungen in Abhängigkeit von einem betrieblichen Eingangssignal, um dadurch den Hydraulikantrieb, wie von der Betriebsperson verlangt, zu bewegen.
Das Steuersystem weist eine Benutzereingangseinrichtung auf, die durch den Maschinenbenutzer betätigbar ist, um ein Eingangssignal zu erzeugen, das die gewünschte Bewegung des Antriebs anzeigt. Ein aufgenommenes Programm verwandelt das Eingangssignal in einen Geschwindigkeitsbefehl, der eine gewünschte Geschwindigkeit für den Antrieb angibt. Dieser Geschwindigkeitsbefehl zeigt die Richtung und die Größe der Bewegung an. Ein Ventilöffnungsprogramm 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 anzeigen, der auf die Ventile in der Ventilanordnung einwirkt. Mehrere Ventilantriebe versorgen die Ventile der Ventilanordnung in Abhängigkeit von der Reihe Steuersignale mit elektrischem Strom.
Ein Drucksteuerer kann ebenfalls vorgesehen werden, um den Druck in der Zufuhrleitung in Abhängigkeit von der gewünschten Geschwindigkeit zu regeln und dadurch sicherzustellen, daß ein geeigneter Druck für den Antrieb zur Verfügung steht.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Wähler vorgesehen, um die Art und Weise zu bestimmen, in der die Hydraulikfunktion arbeiten soll. So wird beispielsweise die Art und Weise in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitsbefehl und der auf den Antrieb einwirkenden Kraft ausgewählt.
Wenn das Hydrauliksystem mehrere Funktionen hat, wird ein Strömungsteilungsprogramm eingefügt, um den Fluidstrom von der Zufuhrleitung für jede der mehreren Funktionen angemessen vorzugeben. So variiert beispielsweise das Strömungsteilungsprogramm den Geschwindigkeitsbefehl für jede Funktion, sobald die gemeinsame Strömung, die von der Mehrzahl der Funktionen verlangt wird, die Gesamtströmung übersteigt, die aus der Zufuhrleitung zur Verfügung steht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Schaubild eines exemplarischen Hydrauliksystems, das die vorliegende Erfindung beinhaltet und
2 ist ein Steuerschaubild für das Hydrauliksystem.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen, bei der ein Hydrauliksystem 10 einer Maschine mechanische Elemente aufweist, die von hydraulisch angetriebenen Motoren, wie beispielsweise dem Zylinder 16 oder Drehmotoren betätigt werden. Das hydraulische System 10 weist eine Verdrängepumpe 12 auf, die von einem Motor oder einer Maschine (nicht gezeigt) so angetrieben wird, daß aus einem Behälter 15 Hydraulikflüssigkeit abgesaugt und diese Hydraulikflüssigkeit unter Druck einer Zufuhrleitung 14 zugeführt wird. Es versteht sich, daß die hier beschriebene neuartige Systemkonfiguration auch bei einem Hydrauliksystem verwirklicht werden kann, das eine variable Verdrängerpumpe und andere Arten von Hydraulikmotoren benutzt. Die Zufuhrleitung 14 ist an eine Behälterrückführleitung 18 mit Hilfe eines Entlastungsventils 17 (beispielsweise eines Proportionaldruck-Entlastungsventils) angeschlossen, und die Behälterrückführleitung 18 steht durch ein Behältersteuerventil 19 mit dem Systembehälter 15 in Verbindung.
Die Zufuhrleitung 14 und die Rückführleitung 18 sind für mehrere Hydraulikfunktionen der Maschine, in der das Hydrauliksystem 10 angeordnet ist, verbunden. Eine dieser Funktionen 20 ist im Detail dargestellt und die andere Funktionen 11 haben ähnliche Komponenten. Das Hydrauliksystem 10 entspricht einem Verteiltyp, was bedeutet, daß die Ventile für jede Funktion sowie die Steuerschaltung zur Betätigung dieser Ventile neben dem Antrieb für diese Funktion angeordnet werden können. So liegen beispielsweise jene Komponenten zur Bewegungssteuerung des Arms in Bezug auf den Ausleger eines Schleppschaufelbaggers an oder in der Nähe des Armzylinders oder der Verbindung zwischen dem Ausleger und dem Arm.
Bei der gegebenen Funktion 20 ist die Zufuhrleitung 14 an den Knoten "s" der Ventilanordnung 25 angeschlossen, die einen Knoten "t" aufweist, welcher mit der Behälterrückführleitung 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, sowie einen anderen Knoten "b", der durch eine zweite Leitung 32 mit einer Öffnung der Kolbenstangenkammer 27 des Zylinders 16 verbunden ist. Vier elektrohydraulische Proportionalventile 21, 22, 23 und 24 steuern den Hydraulikflüssigkeitsstrom zwischen den Knoten der Ventilanordnung 25 und steuern somit den Flüssigkeitsstrom zum und vom Zylinder 16. Das erste elektrohydraulische Proportionalventil 21 ist zwischen die Knoten "s" und "a" geschaltet und mit den Buchstaben "sa" bezeichnet. Somit steuert das erste elektrohydraulische Proportionalventil 21 den Flüssigkeitsstrom zwischen der Zufuhrleitung 14 und der Kopfkammer 26 des Zylinders 16. Das zweite elektrohydraulische Proportionalventil 22, das mit dem Buchstaben "sb" bezeichnet ist, ist zwischen den Knoten "s" und "b" 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 den Knoten "a" und den Knoten "t" geschaltet und kann den Flüssigkeitsstrom zwischen der Kopfkammer 26 und der Rückführleitung 18 steuern. Das vierte elektrohydraulische Proportionalventil 24, das zwischen den Knoten "b" und "t" liegt und mit den Buchstaben "bt" bezeichnet ist, steuert den Strom von der Stangenkammer 27 zur Rückführleitung 18.
Wenn andere Typen oder Konfigurationen hydraulischer Antriebe gesteuert werden, kann die Ventilanordnung 25 weniger als vier elektrohydraulische Proportionalventile aufweisen. Um beispielsweise einen einzelnen Antriebzylinder zu steuern, bei dem Flüssigkeit nur einer Kammer zugeführt wird, reicht ein Paar Ventile aus, um den Flüssigkeitsstrom von der Zufuhrleitung zu dem Behälter zu steuern. Bei einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung könnte die Ventilanordnung 25 ein elektrisch betätigtes Magnetventil aufweisen.
Die hydraulischen Komponenten für die gegebene Funktion 20 beinhalten auch zwei Drucksensoren 36 und 38, die die Drücke Pa und Pb in der Kopfkammer und der Stangenkammer bzw. 27 des Zylinders 16 ermitteln. Ein anderer Drucksensor 40 mißt den Pumpenzufuhrdruck Ps am Knoten "s", während der Drucksensor 42 den Behälterrückführdruck Pr am Knoten "t" der Funktion 20 feststellt. Es sei darauf hingewiesen, daß Zufuhr- und Rückführdrucksensoren 40 und 42 nicht für alle Funktionen 11 vorhanden zu sein brauchen. Es versteht sich, daß die verschiedenen Drücke, die durch diese Sensoren gemessen werden, sich von den tatsächlichen Drücken an diesen Punkten des Hydrauliksystems etwas unterscheiden können, und zwar aufgrund der Leitungsverluste zwischen dem Sensor und jenen Punkten. Die gemessenen Drücke beziehen sich jedoch auf die tatsächlichen Drü cke und sind für diese repräsentativ, und Anpassungen können für derartige Unterschiede in der Steuermethodik durchgeführt werden.
Die Drucksensoren 36, 38, 40 und 42 für die Funktion 20 liefern für den Funktionssteuerer, der die vier elektrohydraulischen Proportionalventile 21–24 betätigt, Eingangssignale. Der Funktionssteuerer 44 ist eine Schaltung auf der Basis eines Mikrocomputers, die von einem Systemsteuerer 46 andere Eingangssignale empfängt, wie beschrieben werden wird. Ein Softwareprogramm, das über den Funktionssteuerer 44 abläuft, reagiert auf diese Eingangssignale durch Erzeugung von Ausgangssignalen, die die vier elektrohydraulischen Proportionalventile 21–24 um bestimmte Beträge selektiv öffnen, um dadurch den Zylinder 16 richtig zu betreiben.
Der Systemsteuerer 46 überwacht die gesamte Arbeit des Hydrauliksystems 10, indem er Signale mit den Funktionssteuerern 44 und einem Drucksteuerer 48 austauscht. Der Signalaustausch 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 Ausgang der Pumpe, einem Rückführleitungsdrucksensor 51 und einem Behälterdrucksensor 53. Als Reaktion auf diese Drucksignale und Befehle von dem Systemsteuerer 46 betätigt der Drucksteuerer 48 das Behältersteuerventil 19 und das Entlastungsventil 17. Dieses steuert den Druck in der Zufuhrleitung 14 und in der Rückführleitung 18. Wenn jedoch eine Pumpe mit veränderlicher Verdrängung benutzt wird, steuert der Drucksteuerer 48 die Pumpe.
Unter Bezug auf 2 wird festgestellt, daß die Steuerfunktionen für das Hydrauliksystem 10 auf unterschiedliche Steuerer 44, 46 und 48 aufgeteilt sind. Ein Softwareprogramm, das von dem Systemsteuerer 46 abgearbeitet wird, reagiert auf Eingangssignale, indem es Befehle für die Funktionssteuerer 44 erzeugt. Speziell empfängt der Systemsteuerer 46 Signale von mehreren benutzerbetätigten Joysticks 47 oder ähnlichen Eingabeeinrichtungen für die unterschiedlichen Hydraulikfunktionen. Die Signale der Eingabeeinrichtung werden von einem getrennten Aufzeichnungsprogramm 50 für jede Funktion empfangen, die das Joystick-Positionssignal in ein Signal verwandelt, das eine gewünschte Geschwindigkeit für den zugehörigen Hydraulikantrieb anzeigt, der gesteuert wird. Die Aufzeichnungsfunktion kann linear sein oder, falls gewünscht, andere Formen haben. So kann beispielsweise die erste Hälfte des Bewegungsbereiches des Joysticks aus der neutralen Mittellage das untere Viertel der Geschwindigkeiten aufzeichnen, so daß eine relativ genaue Steuerung des Antriebs bei niedriger Geschwindigkeit ermöglicht wird. In diesem Fall zeichnet die letzte Hälfte der Joystick-Bewegung den oberen 75%-Bereich der Geschwindigkeiten auf. Das Aufzeichnungsprogramm kann durch einen arithmetischen Ausdruck implementiert werden, der durch den Computer im Systemsteuerer 46 gelöst wird, oder die Aufzeichnung kann durch eine Prüftabelle erfolgen, die im Speicher des Steuerers gespeichert ist. Der Ausgang des Aufzeichnungsprogramms 50 ist ein Signal, das für die Geschwindigkeit bezeichnend ist, die von dem Benutzersystem für die entsprechende Funktion verlangt wird.
Im Idealfall dient die gewünschte Geschwindigkeit dazu, die Hydraulikventile, die zu der jeweiligen Funktion gehören, zu steuern. In vielen Fällen läßt sich die gewünschte Geschwindigkeit im Hinblick auf die gleichzeitigen Befehle nicht erreichen, die an das Hydrauliksystem durch andere Funktionen 11 des Hydrauliksystems 10 gestellt werden. So kann beispielsweise die Gesamtmenge der strömenden Hydraulikflüssigkeit, die von allen Funktionen verlangt wird, die zur Verfügung stehende Leistung der Pumpe 12 übersteigen. In diesem Fall teilt das Steuersystem die zur Verfügung stehende Strömungsmenge unter den Funktionen auf, die Hydraulikflüssigkeit verlangen, und eine beliebige dieser Funktionen ist nicht in der Lage, mit der vollen gewünschten Geschwindigkeit zu arbeiten. Obgleich diese Aufteilung nicht die verlangte Geschwindigkeit jeder Funktion erreicht, hält sie doch das Geschwindigkeitsverhältnis unter den Antrieben, wie durch den Operator angezeigt, bei.
Um festzustellen, ob eine Aufteilung erforderlich ist, werden die gewünschten Geschwindigkeiten für alle Funktionen in ein Strömungsteilungs-Softwareprogramm 52 eingegeben, und zwar zusammen mit dem Bemessungsmodus für jede Hydraulikfunktion. Aus diesen Daten errechnet das Strömungsteilungssoftwareprogramm die Gesamtströmung, die von den gegenwärtig aktiven Hydraulikfunktionen gefordert wird. Das Strömungsteilungs-Softwareprogramm 52 berechnet auch die Strömungsmenge, die in dem Hydrauliksystem zur Verfügung steht, und zwar auf der Basis der Pumpengeschwindigkeit und der Pumpenausgabeströmung als Funktion der Geschwindigkeit. Daraufhin wird die zur Verfügung stehende Strömungsmenge mit der gesamten geforderten Strömung verglichen, um einen Prozentsatz der gesamten geforderten Strömung abzuzweigen, der von der gesamten zur Verfügung stehenden Strömung ermöglicht wird. Die gewünschte Geschwin digkeit jeder Funktion wird dann mit diesem Prozentsatz multipliziert, um für die entsprechende Funktion einen Geschwindigkeitsbefehl zu erzeugen.
Wenn somit Verteilung erforderlich ist, werden die Funktionen mit einem Bruchteil ihrer gewünschten Geschwindigkeiten betrieben, so daß der zur Verfügung stehende Flüssigkeitsstrom in einer billigen Weise zugeteilt wird, die die Geschwindigkeitsbeziehungen unter den aktiven Funktionen in der von dem Operator gewünschten Weise bewahrt.
Damit das Strömungsteilungsprogramm 52 die zur Verfügung stehende Flüssigkeit aufteilt, muß die Bemessungsart für jede Funktion zusammen mit der gewünschten Geschwindigkeit bekannt sein, da diese Art die verlangte Flüssigkeitsmenge und den Funktionsbeitrag der Flüssigkeit bestimmt, der von anderen Funktionen benutzt werden kann. Die Bemessungsart einer bestimmten Funktion wird durch ein Bemessungsart-Auswahlprogramm 54 bestimmt, das von dem Funktionssteuerer 44 der zugehörigen Hydraulikfunktion ausgeführt wird. Die Bemessungsart für eine bestimmte Funktion wird auf der Grundlage der Geschwindigkeitsanforderung für diese Funktion sowie der externen Kraft Fx bestimmt, die auf den zugehörigen Antrieb einwirkt, angegeben durch die Antriebsdrücke Pa und Pb oder einen Kraftsensor 43. Alternativ dazu läßt sich ein manueller Schalter 57 von dem Maschinenoperator benutzen, um die Bemessungsart auszuwählen.
Wie aus 1 ersichtlich, werden die grundlegenden Bemessungsarten, nach denen Flüssigkeit von der Pumpe einer der Zylinderkammern 26 oder 27 zugeführt und von der anderen Kammer zu dem Behälter abgeführt wird, als Antriebbemessungsarten bezeichnet, also den "Ausfahrhub unter Kraft" oder den "Rückzughub unter Kraft", und zwar in Abhängigkeit von der Richtung, in die sich die Kolbenstange bewegt. Da die Kolbenstange 45 einen Teil des Volumens der Kolbenstangenkammer 27 besetzt, benötigt diese Kammer weniger Hydraulikflüssigkeit, um den Kolben 28 um einen gegebenen Betrag zu bewegen, als die Kolbenkopfkammer 26. Infolge dessen ist beim Rückzughub ein geringerer Zufuhrflüssigkeitsstrom erforderlich als beim Ausfahrhub, und zwar auf einer gegebenen Drehzahl bzw. Geschwindigkeit.
Hydrauliksysteme benutzen auch Regenerationsbemessungsarten, bei denen Flüssigkeit, die aus der einen Zylinderkammer abgezogen wird, durch die Ventilanordnung 25 zu der anderen Zylinderkammer zurückgeführt wird. Bei einer Re generationsbemessungsart kann die Flüssigkeit zwischen den Zylinderkammern entweder durch den Zufuhrleitungsknoten "s", genannt "Druckseitenregeneration" oder durch den Rückführleitungsknoten "t", der "Entlastungsseitenregneration" strömen. Der Vorteil einer Regenerationsart besteht darin, daß das gesamte Volumen der Flüssigkeit, das zur Füllung der expandierenden Kammer des Zylinders erforderlich ist, nicht von der Pumpe 12 oder der Rückführleitung 18 geliefert werden muß.
Um die Kolbenstange in einem Regenerationsartbetrieb zurückzuziehen, wird die Flüssigkeit aus der Kopfkammer 26 in die Kolbenstangenkammer 27 eines Zylinders gedrückt. Daher wird ein größeres Flüssigkeitsvolumen aus der Kopfkammer abgezogen, als in der kleineren Kolbenstangenkammer benötigt wird. Bei der ansaugseitigen Regenerationsrückzugsbetriebsart tritt die überschüssige Flüssigkeit in die Rückführleitung 18 ein, von der aus sie entweder zu dem Behälter 15 oder zu den anderen Funktionen 11 weiterströmt, die sich in einem ansaugseitigem Regenerationsbetrieb befinden, der zusätzliche Flüssigkeit erfordert. Die überschüssige Flüssigkeit bei der druckseitigen Regenerationsbezugsbetriebsart strömt durch die Zufuhrleitung 14 zu den anderen Funktionen 11, die Flüssigkeit aus dieser Leitung abziehen, oder strömt durch das Entlastungsventil 17 in die Rückführleitung 18.
Die Regeneration kann auch dazu dienen, die Kolbenstange 45 aus dem Zylinder 16 auszufahren. In diesem Fall wird aus der kleineren Kolbenstangenkammer 27 eine Flüssigkeitsmenge ausgestoßen, die geringer ist als erforderlich, um die Kopfkolbenkammer 26 zu füllen. Wenn die druckseitige Regeneration benutzt wird, um die Kolbenstange auszufahren, kommt die zusätzliche Flüssigkeit von der Pumpe 12. Bei der ansaugseitigen Regenerationsausfahrweise muß die Regeneration aus der Behälterrückführleitung 18 zusätzliche Flüssigkeit erhalten. Diese zusätzliche Flüssigkeit stammt entweder von einer anderen Funktion (d. h. Querfunktionsregeneration) oder von der Pumpe 12 durch das Entlastungsventil 17. Es versteht sich, daß bei dieser Betriebsweise das Behältersteuerventil 19 wenigstens teilweise geschlossen ist, um die Flüssigkeit in der Rückführleitung 18 daran zu hindern, zum Behälter 15 zu strömen anstatt der anderen Funktion 11 zugeführt zu werden.
Wie wieder aus 2 ersichtlich, wird das Geschwindigkeitssignal für jede Funktion im zugehörigen Funktionssteuerer 44 übermittelt, wo es dem Bemessungsart auswahlprogramm 54 zugeführt wird. Das Programm kann durch eine manuelle Eingangsvorrichtung verwirklicht, die von dem Maschinenoperator gesteuert wird, um die Betriebsart für eine gegebene Funktion zu bestimmen. Alternativ dazu kann der Funktionssteuerer 44 einen Algorithmus benutzen, in dem verschiedene Systemdrücke überprüft werden, um die optimale Bemessungsart für die gegebene Funktion zu dem jeweiligen Zeitpunkt zu bestimmen. Sobald diese ausgewählt ist, wird die Bemessungsart dem Systemsteuerer 46 mitgeteilt sowie anderen Programmen in dem entsprechenden Funktionssteuerer 44.
Die Bemessungsart, die Druckmessungen und Geschwindigkeitsbefehle werden von einem Ventilöffnungsprogramm 56 benutzt um zu bestimmen, wie die elektrohydraulischen Proportionalventile 21–24 arbeiten müssen, um die gewünschte Geschwindigkeit der Kolbenstange 45 zu erhalten. Für jede Bemessungsart sind zwei der Ventilanordnungen 25 aktiv oder offen. Die Bemessungsart bestimmt, welches Paar der Ventile geöffnet wird. Das Ventilöffnungsprogramm 56 benutzt dann die Größe des Geschwindigkeitsbefehls und die Druckmessungen, um die Öffnungsweite für jedes der ausgewählten Ventile zu bestimmen.
Im einzelnen bestimmt der Funktionssteuerer 44 einen äquivalenten Koeffizienten, der den äquivalenten Fuidleitwert des Hydraulikschaltkreiszweiges in der gewählten Bemessungsart darstellt, um die gewünschte Bewegung des Antriebs 16 zu erreichen. Der äquivalente Leitwertkoeffizient wird dann zur Berechnung der einzelnen Ventilleitkoeffizienten verwendet, die die Flüssigkeitsströmung durch jedes der vier elektrohydraulischen Proportionalventile 21–24 kennzeichnen und somit die Größe, wenn überhaupt, um die jedes Ventil zu öffnen ist. Ein Ventil, das in der gewählten Bemessungsart geschlossen ist, hat einen Ventilleitkoeffizienten von Null. Es versteht sich, daß anstelle des äquivalenten Leitkoeffizienten und der Ventilleitkoeffizienten die umgekehrt bezogenen Strömungseinschnürkoeffizienten benutzt werden können, um den Flüssigkeitsstrom zu kennzeichnen. Beide, nämlich die Leit- und Einschnürkoeffizienten kennzeichnen die Strömung der Flüssigkeit in einem Abschnitt oder einer Komponenten des hydraulischen Systems 10 und sind umgekehrt bezogene Parameter. Daher werden hier die allgemeinen Begriffe "äquivalenter Strömungskoeffizient" und "Ventilflußkoeffizient" benutzt, um beide Koeffizienten, also den Leitfähigkeits- und den Einschnürkoeffizienten, abzudecken.
Das Ventilöffnungsprogramm 46 bestimmt die Ventilflußkoeffizienten für die Ventile in der Anordnung 25, die dazu dienen, vier Ausgangssignale zu erzeugen, welche den Grad anzeigen, bis zu dem jedes entsprechende Ventil zu öffnen ist. Der Funktionssteuerer 44 sendet vier Ausgangssignale an eine Reihe Ventilantriebe 58 aus, die elektrische Ströme erzeugen, um die elektrohydraulischen Proportionalventil 21–24 zu betätigen.
Der Systemsteuerer 46 berechnet auch den Druck in den Zufuhr- und Rückführleitungen 14 bzw. 18, der erforderlich ist, um die Druckanforderungen der Hydraulikfunktionen 11 und 20 zu erfüllen. Zu diesem Zweck durchläuft der Systemsteuerer 46 ein Einstellprogramm 62, das für jede Funktion der Maschine eine separate Pumpenzufuhrdruckeinstellung bestimmt und dann die Einstellung mit dem höchsten Wert zur Verwendung als Zufuhrleitungsdruckeinstellung Ps auswählt. Diese Druckeinstellung wird auf der Grundlage der äquivalenten Leitkoeffizienten und der Drücke Pa und Pb in den Zylinderkammern bei der bevorzugten Ausführungsform hergeleitet. Alternativ dazu kann die Antriebskraft, die direkt durch den Sensor 43 gemessen wird, anstelle der Zylinderkammerdrücke verwendet werden. Das Einstellprogramm 62 bestimmt außerdem in gleicher Weise eine Rückführleitungsdruckeinstellung Pr.
Die beiden Druckeinstellungen Ps und Pr werden an ein Drucksteuerprogramm 64 übermittelt und von diesem benutzt, das von dem Drucksteuerer 48 ausgeführt wird, um diese Druckhöhen in der Zufuhrleitung 14 und der Rückführleitung 18 zu erreichen. Insbesondere bewirkt das Drucksteuerprogramm 64, daß der Drucksteuerer das Entlastungsventil 17 betätigt, um in der Zufuhrleitung 14 Druck aufzubauen oder abzubauen. Dementsprechend läuft der von der Pumpe 12 erzeugte Flüssigkeitsstrom, der größer ist als der von den Funktionen 11 und 20 (in der Zufuhrleitung 14) erforderliche Betrag, durch das Entlastungsventil 17. In gleicher Weise hält der Drucksteuerer 48 durch Betätigen des Tanksteuerventils 19 den Druck in der Behälterrückführleitung 18 auf einer Höhe, die durch die Einstellung Pr gegeben ist. Diese Wirkung ermöglicht, daß über die benötigte Flüssigkeitsmenge hinausgehende Flüssigkeit in den Systemtank 15 zurückströmt. In hydraulischen Systemen, die eine variable Verdrängerpumpe verwenden, regelt der Drucksteuerer 48 den Betrieb der Pumpe. In diesem Fall wird das Behältersteuerventil 19 hauptsächlich betätigt, um sicherzustellen, daß ausreichende Flüssigkeit von der Behälterrückführleitung 18 zur Verfügung steht, um diejenigen Funktionen zu versorgen, die in einem Ansaugregnerationsmodus arbeiten.
Die obige Beschreibung ist hauptsächlich auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gerichtet. Obgleich eine gewisse Aufmerksamkeit auf verschiedene Alternativen gelenkt wurde, die im Schutzumfang der Erfindung liegen, wird der auf diesem Gebiet tätige Fachmann ohne weiteres zusätzliche Alternativen realisieren, die sich aus der Offenbarung der Ausführungsformen ohne weiteres ergeben. Demzufolge soll der Schutzumfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche bestimmt sein und nicht durch die obige beschränkte Offenbarung.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung eines Hydrauliksystems (10) mit einer Pumpe (12), die Flüssigkeit aus einem Behälter (10) in eine Zufuhrleitung (14) drückt, welche mit einer Hydraulikeinrichtung (11, 20) verbunden ist, die eine Ventilanordnung (25) aufweist, welche den Flüssigkeitsstrom zwischen der Zufuhrleitung und einem Antrieb (16) sowie zwischen dem Antrieb und dem Behälter steuert, wobei die Vorrichtung mit einer Benutzereingabeeinrichtung (47) ausgestattet ist, die ein Eingabesignal erzeugt, das die gewünschte Bewegung des Antriebs anzeigt, gekennzeichnet durch einen Systemsteuerer (46), der mit der Benutzereingabeeinrichtung verbunden ist und das Eingabesignal in einen Geschwindigkeitsbefehl umwandelt, der für den Antrieb eine gewünschte Geschwindigkeit angibt; und durch einen Funktionssteuerer (44), der an den Systemsteuerer (46) angeschlossen ist und den Geschwindigkeitsbefehl in eine Reihe Ventilströmungskoeffizienten umsetzt, von denen jeder die Flüssigkeitsströmung durch ein Ventil (21–24) der Ventilanordnung (25) kennzeichnet, wobei der Funktionssteuerer jeden Strömungskoeffizienten dazu benutzt, ein separates Steuersignal zu erzeugen, das die Größe des elektrischen Stroms angibt, der auf ein Ventil innerhalb der Ventilanordnung einwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend mehrere Ventilantriebe (58), die elektrischen Strom den Ventilen innerhalb der Ventilanordnung (25) in Abhängigkeit von jedem Steuersignal zuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Drucksteuerer (64), der mit dem Systemsteuerer verbunden ist und den Druck in der Zufuhrleitung (14) in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitsbefehl regelt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Systemsteuerer ferner ein Druckregelgrößenprogramm (65) aufweist, das eine Druckregelgröße erzeugt, die auf dem Geschwindigkeitsbefehl und einer Anzeige der auf den Antrieb (16) wirkenden Kraft basiert; wobei der Drucksteuerer (64) den Druck in der Zufuhrleitung (14) in Abhängigkeit von der Druckregelgröße regelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Funktionssteuerer (44) einen Wähler (54) aufweist, der eine Bemessungsart auswählt, in der die Hydraulikfunktion arbeiten soll.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Wähler (54) die Bemessungsart in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitsbefehl und der Kraft auswählt, die auf den Antrieb (16) einwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Hydrauliksystem (10) mehrere Funktionen hat, die mit der Zufuhrleitung (14) in Verbindung stehen, und der Systemsteuerer (44) ferner ein Strömungsteilungsprogramm (52) aufweist, das den Flüssigkeitsstrom von der Zufuhrleitung auf jede der vielen Funktionen (11, 20) aufteilt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Strömungsteilungsprogramm (52) eine Einstellung des Geschwindigkeitssignals für jede Funktion liefert, wenn die zugeteilte Strömung, die von den vielen Funktionen angefordert wird, die Gesamtströmung übersteigt, die von der Zufuhrleitung (14) zur Verfügung steht.