DE60319441T2

DE60319441T2 - Elektronische Steuereinrichtung auf Basis von Geschwindigkeit zur Steuerung eines Hydraulikkreises

Info

Publication number: DE60319441T2
Application number: DE60319441T
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: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: JP5059281B2; DE60304014T2; EP1626181B1; EP1626181A1; US6732512B2; DE60317572D1; DE60317572T2; EP1403527B1; EP1626182B1; DE60304014D1; EP1626182A1; EP1403527A1; US20040055288A1; DE60319441D1; JP2004272875A

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Hydrauliksysteme zum Betreiben von Maschinen und insbesondere elektronische Steuersysteme zum Betrieb von elektrohydraulischen Ventilen zwecks Steuerung des Flüssigkeitsstroms zu und von hydraulischen Antrieben.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Eine große Vielfalt von Maschinen ist mit beweglichen Teilen ausgestattet, die von einem hydraulischen Antrieb betätigt werden, beispielsweise einer Zylinder- und Kolbenanordnung oder Hydraulikmotor, der durch den Flüssigkeitsstrom angetrieben wird, welcher von einem Hydraulikventil gesteuert wird. Traditionell wurde das Hydraulikventil manuell durch den Maschinenarbeiter betätigt. Man ist jedoch gegenwärtig dabei, von den manuell betätigten Hydraulikventilen weg in Richtung auf elektrische Steuerungen und die Verwendung von mit Magnetspulen betätigten Ventilen zu gehen. Diese Art von Steuerung vereinfacht die Hydraulikinstallation, da die Steuerventile nicht in der Nähe einer Betriebsstation angeordnet werden müssen, sondern neben dem zu steuernden Antrieb liegen können. Diese Änderung in der Technologie vereinfacht auch die rechnergestützte Steuerung der Maschinenfunktionen.
Proportional arbeitende Magnetspulenventile sind zur Steuerung des Hydraulikflüssigkeitsstroms bekannt. Diese Ventilart verwendet eine elektromagnetische Spule, die einen Anker bewegt, der mit der Spule verbunden ist und dessen Stellung die Flüssigkeitsmenge bestimmt, die durch das Ventil strömt. Die Breite, mit der sich das Ventil öffnet, ist direkt proportional der Größe des elektrischen Stroms, der der Elektromagnetspule zugeführt wird, so daß eine proportionale Steuerung des Hydraulikflüssigkeitsstroms ermöglicht wird. Entweder der Anker oder die Spule ist federbelastet, um das Ventil zu schließen, sobald die Magnetspule von dem elektrischen Strom abgeschaltet wird. Alternativ dazu ist eine zwei te Elektromagnetspule mit Anker vorgesehen, um die Spule in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen.
Wenn ein Maschinenarbeiter einen Körper auf der Maschine bewegen will, wird ein Joystick betätigt, um dadurch ein elektrisches Signal zu erzeugen, das die Richtung der gewünschten Geschwindigkeit, mit der sich der entsprechende Hydraulikantrieb bewegen soll, anzeigt. Je schneller der Antrieb arbeiten soll, desto weiter wird der Joystick aus seiner neutralen Stellung weg bewegt. Ein Steuerkreis empfängt ein Joysticksignal und reagiert durch Erzeugung eines elektrischen Stroms gegebener Höhe, der das zugeordnete Ventil öffnet, um die richtige Bewegung des Antriebs zu erreichen.
Das europäische Patent 0 796 952 empfängt ein Signal von einer Operatoreingangsvorrichtung, das die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit für den Hydraulikantrieb anzeigt, und es werden Ventilsteuersignale erzeugt, um diese Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen.
Die Steuerung der gesamten Maschine, beispielsweise eines landwirtschaftlichen Traktors oder Konstruktionsgerätes, wird durch die Notwendigkeit kompliziert, gleichzeitig viele Funktionen zu steuern. So erfordert beispielsweise die Steuerung eines Schleppschaufelbaggers auf den gleichzeitigen Betrieb separate Hydraulikantriebe für den Ausleger, Arm, die Schaufel und die Drehmaschine. in einigen Fällen übersteigt die gesammelte Größe des Hydraulikflüssigkeitsstroms, der von den gleichzeitig arbeitenden Funktionen verlangt wird, die maximale Strömung, die die Pumpe in der Lage ist zu erzeugen. In solchen Fällen soll nach Möglichkeit das Steuersystem die zur Verfügung stehende Hydraulikflüssigkeit unter diesen Funktionen in einer angemessenen Weise aufteilen, so daß keine Funktion eine disproportionale Menge des zur Verfügung stehenden Hydraulikflüssigkeitsstroms verbraucht.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein typisches Hydrauliksystem ist eine Zufuhrleitung, die unter Druck stehende Flüssigkeit von einer Quelle, beispielsweise einer Pumpe, transportiert, sowie eine Rückführleitung, die Flüssigkeit in einen Behälter zurück transportiert, und wenigstens einen Hydraulikantrieb, der durch eine getrennte Ventilanordnung mit der Zufuhrleitung und der Rückführleitung gekoppelt ist. Ein Steuersystem betätigt die Ventilanordnungen in Abhängigkeit von der Eingabe einer Bedienungsperson, um jeden Hydraulikantrieb in der von der Bedienungsperson gewünschten Weise zu bewegen.
Das Steuersystem weist eine Benutzereingangsvorrichtung auf, die von dem Benutzer der Maschine bedient wird, um ein Eingangssignal zu erzeugen, das die gewünschte Bewegung des Antriebs anzeigt. Ein Maschinenprogramm verwandelt das Eingangssignal in einen Geschwindigkeitsbefehl, der eine gewünschte Geschwindigkeit für den Antrieb beinhaltet. Der 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 Höhen des elektrischen Stroms anzeigen, der in der Ventilanordnung den Ventilen zugeführt wird. Mehrere Ventiltriebe versorgen die Ventile in der Ventilanordnung in Abhängigkeit von der Reihe Steuersignale mit elektrischem Strom.
Auch kann ein Drucksteuerer zur Druckregelung in der Zufuhrleitung in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitsbefehl vorgesehen werden, um dadurch sicherzustellen, daß ein passender Druck zur Betätigung des Antriebs zur Verfügung steht.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Wähler vorgesehen, um eine Bemessungsart auszuwählen, in der die Hydraulikfunktion arbeiten soll. So wird beispielsweise die Bemessungsart in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitsbefehl und der Kraft ausgewählt, die auf den Antrieb einwirkt.
Wenn das Hydrauliksystem mehrere Funktionen hat, wird ein Strömungsteilungsprogramm 52 vorgesehen, um den Flüssigkeitsstrom von der Zufuhrleitung vernünftig auf jede der vielen Funktionen aufzuteilen. So ändert beispielsweise das Strömungsteilungsprogramm den Geschwindigkeitsbefehl für jede Funktion, wenn die von den vielen Funktionen verlangte gemeinsame Strömung die Gesamtströmung übersteigt, die von der Zufuhrleitung zur Verfügung steht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Hydrauliksystems, bei dem die vorliegende Erfindung Anwendung findet; und
2 ist ein Steuerschaubild für das Hydrauliksystem.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Unter anfänglichem Bezug auf 1 wird ein Hydrauliksystem 10 einer Maschine gezeigt, das mechanische Elemente hat, die durch hydraulisch betriebene Antriebe betätigt werden, beispielsweise Zylinder 16 oder Drehmotoren. Das Hydrauliksystem 10 weist eine Verdrängerpumpe 12 auf, die von einem Motor oder einer Maschine (nicht dargestellt) angetrieben wird, um Hydraulikflüssigkeit aus einem Behälter 15 zu saugen und die Hydraulikflüssigkeit unter Druck einer Lieferleitung 14 zuzuführen. Es wird darauf hingewiesen, daß die hier beschriebene neuartige Systemkonfiguration auch in einem Hydrauliksystem verwirklicht werden kann, das eine variable Verdrängerpumpe verwendet und andere Arten von Hydraulikantrieben. Die Lieferleitung 14 ist an eine Behälterrückführleitung 18 durch ein Entlastungsventil 17 angeschlossen (beispielsweise ein proportionales Druckentlastungsventil), während die Behälterrückführleitung 18 über ein Behältersteuerventil 19 mit dem Systembehälter 15 verbunden ist.
Die Lieferleitung 14 und die Behälterrückführleitung 18 stehen mit mehreren Hydraulikfunktionen der Maschine in Verbindung, bei der das Hydrauliksystem 10 angeordnet ist. Eine dieser Funktionen 20 ist im Detail dargestellt, und andere Funktionen 11 weisen ähnliche Komponenten auf. Das Hydrauliksystem 10 entspricht einem Verteilertyp, der sich dadurch kennzeichnet, daß die Ventile für jede Funktion und den Steuerkreis zur Betätigung dieser Ventile neben dem Antrieb für diese Funktion angeordnet sein können. So sind beispielsweise die Komponenten zur Steuerung der Bewegung des Arms in Bezug auf den Ausleger eines Schleppschaufelbaggers am oder in der Nähe des Armzylinders oder der Verbindung zwischen dem Ausleger und dem Arm angeordnet.
Bei der gegebenen Funktion 20 steht die Lieferleitung 14 mit einem Knoten "s" einer Ventilanordnung 25 in Verbindung, die einen Knoten "t" hat, der an die Behälterrückführleitung 18 angeschlossen ist. Die Ventilanordnung 25 weist einen Knoten "a" auf, der durch eine erste Hydraulikleitung 30 mit der Kopfkammer 26 des Zylinders 16 verbunden ist, und hat einen weiteren Knoten "b", der durch die zweite Leitung 32 mit einer Öffnung der Kolbenstangenkammer 27 des Zylinders 16 gekoppelt ist. Vier elektrohydraulische Proportionalventile 21, 22, 23 und 24 steuern den Hydraulikflüssigkeitsstrom zwischen den Knoten der Ventilanordnung 25 und damit den Flüssigkeitsstrom zum und vom Zylinder 16. Das elektrohydraulische Proportionalventil 21 ist zwischen die Knoten "s" und "a" geschaltet und ist mit den Buchstaben "sa" bezeichnet. Auf diese Weise 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 den Buchstaben "sb" bezeichnet ist, verbindet die Knoten "s" und "b" und kann den Flüssigkeitsstrom zwischen der Zufuhrleitung 14 und der Zylinderstangenkammer 27 steuern. Das dritte elektrohydraulische Proportionalventil 23, das mit den Buchstaben "at" bezeichnet ist, verbindet den Knoten "a" und den Knoten "t" und kann den Flüssigkeitsstrom zwischen der Kopfkammer 26 und der Rückführleitung 18 steuern. Das vierte elektrohydraulische Proportionalventil 24, das zwischen die Knoten "b" und "t" geschaltet ist und mit den Buchstaben "bt" bezeichnet ist, steuert den Flüssigkeitsstrom der Kolbenstangenkammer 27 zur Rückführleitung 18.
Wenn andere Typen oder Konfigurationen hydraulischer Antriebe gesteuert werden, kann die Ventilanordnung 25 weniger als vier elektrohydraulische Proportionalventile aufweisen. So ist beispielsweise zur Steuerung des einzelnen Antriebszylinders, bei dem Flüssigkeit nur einer Kammer zugeführt wird, ein Paar Ventile ausreichend, um den Flüssigkeitsstrom von der Lieferleitung zum Behälter zu steuern. Bei anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung könnte die Ventilanordnung 25 ein elektrisch betätigtes Magnetventil aufweisen.
Die hydraulischen Komponenten für die gegebene Funktion 20 enthalten auch zwei Drucksensoren 36 und 38, die die Drücke Pa und Pb in dem Kopf und den Kolbenstangerkammern 26 bzw. 27 des Zylinders 16 feststellen. Ein weiterer Drucksensor 40 mißt den Pumpenlieferdruck Ps am Knoten "s", während der Drucksensor 42 den Behälterrückführdruck Pr am Knoten "t" der Funktion 20 ermittelt. Es wird darauf hingewiesen, daß die Zufuhr- und Rückführungsdrucksensoren 40 und 42 nicht für alle Funktionen 11 vorhanden zu sein brauchen. Es ist jedoch so, daß die verschiedenen Drücke, die von den Sensoren gemessen werden, sich von den tatsächlichen Drücken an diesen Stellen im Hydrauliksystem aufgrund der Leitungsverluste zwischen dem Sensor und diesen Stellen geringfügig unterscheiden können. Die ermittelten Drücke beziehen sich jedoch auf die tatsächlichen Drücke und sind für sie kennzeichnend, und in den Steuerungsverfahren für solche Unterschiede können Anpassungen vorgenommen werden.
Die Drucksensoren 36, 38, 40 und 42 für die Funktion 20 erzeugen Eingangssignale für einen Funktionssteuerer, der die vier elektrohydraulischen Proportionalventile 21–24 betätigt. Der Funktionssteuerer 44 ist eine Schaltung, die sich auf einen Mikrocomputer stützt und die andere Eingangssignale von einem Sysstemsteuerer 46 empfängt, wie im folgenden beschrieben wird. Ein Softwareprogramm, nach dem der Funktionssteuerer 44 arbeitet, spricht auf jene Eingangssignale an, indem Ausgangssignale erzeugt werden, die selektiv die vier elektrohydraulischen Proportionalventile 21–24 um bestimmte Beträge öffnen, so daß der Zylinder richtig arbeitet.
Der Systemsteuerer 46 überwacht den Gesamtbetrieb der sich ändernden Signale des Hydrauliksystems 10 mit den Funktionssteuerern 44 und einem Drucksteuerer 48. Die Signale werden unter diesen Steuerern 44, 46 und 48 über ein Kommunikationsnetz 55, das ein herkömmliches Meßprotokoll verwendet, ausgetauscht. Der Drucksteuerer 48 empfängt von einem Zufuhrleitungsdrucksensor 49 am Pumpenausgang, einem Rückführleitungssensor 51 und einem Behälterdrucksensor 53 Signale. Als Reaktion auf diese Drucksignale und Befehle von dem Systemsteuerer 46 betätigt der Drucksteuerer 48 das Behältersteuerventil 49 und das Entlastungsventil 17. Dadurch wird der Druck in der Zufuhrleitung 14 und in der Rückführleitung 18 gesteuert. Wenn jedoch eine Pumpe mit veränderlicher Verdrängung verwendet 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 aufgeteilt. Ein Softwareprogramm, nach dem der Systemsteuerer 46 arbeitet, reagiert auf die Eingangssignale dadurch, daß es Befehle für die Funktionssteuerer 44 liefert. Insbesondere empfängt der Systemsteuerer 46 von den verschiedenen benutzerbetätigten Joysticks 47 oder ähnlichen Eingabeeinrichtungen für die unterschiedlichen Hydraulikfunktionen Signale. Diese Eingangseinrichtungssignale werden durch ein getrenntes Abbildungsprogramm 50 für jede Funktion empfangen, die das Joystickpositionssignal in ein Signal umwandelt, das eine gewünschte Geschwindigkeit für den zugehörigen Hydraulikantrieb, der gesteuert wird, angibt. Die Abbildungsfunktion kann linear sein oder, falls gewünscht, andere Formen haben. So kann beispielsweise die erste Hälfte des Bewegungsbereiches des Joysticks aus der neutralen Mittellage den unteren Quadranten der Geschwindigkeit abbilden, so daß eine verhältnismäßig genaue Steuerung des Antriebs bei niedriger Geschwindigkeit erreicht wird. In diesem Fall zeigt die letztere Hälfte der Joystickbewegung den oberen 75%-Bereich der Geschwindigkeiten an. Das Abbildungsprogramm läßt sich durch einen arithmetischen Ausdruck implementieren, der von dem Computer im Systemsteuerer 46 gelöst wird, oder die Abbildung läßt sich dadurch erreichen, daß eine in dem Speicher des Steuerers gespeicherte Tabelle verwendet wird. Der Ausgang des Abbildungsprogramms 50 ist ein Signal, das die Geschwindigkeit angibt, die von dem Systembenutzer für die entsprechende Funktion verlangt wird.
Im Idealfall dient die gewünschte Geschwindigkeit dazu, die zu der jeweiligen Funktion gehörenden Hydraulikventile zu steuern. Jedoch kann in vielen Fällen die gewünschte Geschwindigkeit im Hinblick darauf, daß gleichzeitige Wünsche an das hydraulische System durch andere Funktionen des Hydrauliksystems 10 gestellt werden, nicht erreicht werden. So kann beispielsweise die Gesamtmenge des Hydraulikflüssigkeitsstroms, der von allen Funktionen verlangt wird, den zur Verfügung stehenden Ausgang der Pumpe 12 übersteigen. In diesem Fall teilt das Steuersystem den zur Verfügung stehenden Fluß unter den Funktionen auf, die Hydraulikflüssigkeit verlangen, wobei jede dieser Funktionen nicht in der Lage ist, bei der vollen gewünschten Geschwindigkeit zu arbeiten. Obgleich durch diese Aufteilung die verlangte Geschwindigkeit jeder Funktion nicht erreicht wird, wird dennoch die Geschwindigkeitsbeziehung unter den Antrieben, wie durch den Operator angezeigt, beibehalten.
Um festzustellen, ob Aufteilung verlangt wird, werden die gewünschten Geschwindigkeiten für alle Funktionen einem Strömungsteilungssoftwareprogramm 52 übermittelt, und zwar zusammen mit dem Bemessungswert für jede Hydraulikfunktion. Aus diesen Daten errechnet das Strömungsaufteilungssoftwareprogramm die Gesamtströmung, die von den augenblicklich aktiven Hydraulikfunktionen verlangt wird. Das Strömungsteilungssoftwareprogramm 52 errechnet auch die Strömungsmenge, die in dem hydraulischen System zur Verfügung steht, und zwar auf der Grundlage der Pumpengeschwindigkeit und der Pumpenabgabeflüssigkeit als Funktion der Geschwindigkeit. Daraufhin wird die zur Verfügung stehende Strömungsmenge mit der Gesamtströmung, die erforderlich ist, verglichen, um dadurch einen Prozentsatz der gesamten geforderten Strömung herzuleiten, der von der gesamten zur Verfügung stehenden Strömung erfüllt werden kann. Die gewünschte Geschwindigkeit für jede Funktion wird dann mit diesem Prozentsatz multipliziert, um für die entsprechende Funktion einen Geschwindigkeitsbefehl zu erzeugen.
Wenn somit eine Aufteilung notwendig ist, werden die Funktionen als ein Bruchteil der gewünschten Geschwindigkeiten betrieben, so daß der zur Verfügung stehende Flüssigkeitsstrom in einer angemessenen Weise aufgeteilt wird, die die Geschwindigkeitsverhältnisse unter den aktiven Funktionen, wie vom Operator verlangt, bewahrt.
Damit das Strömungsteilungsprogramm 52 die zur Verfügung stehende Flüssigkeit aufteilen kann, muß der Bemessungswert jeder Funktion bekannt sein, und zwar zusammen mit der gewünschten Geschwindigkeit, weil der Wert die verlangte Flüssigkeitsmenge bestimmt und der Funktionsbeitrag der Flüssigkeit von anderen Funktionen genutzt werden kann. Der Bemessungswert für eine bestimmte Funktion wird durch ein Bemessungswertauswahlprogramm 54 bestimmt, das von dem Funktionssteuerer 44 der zugeordneten Hydraulikfunktion ausgeführt wird. Der Bemessungswert für eine besondere Funktion wird auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls für diese Funktion und die externe Kraft Fx bestimmt, die auf den zugehörigen Antrieb einwirkt, wie durch die Antriebsdrücke Pa und Pb oder einen Kraftsensor 43 angezeigt. Alternativ dazu kann ein Handschalter 57 von dem Maschinenoperator verwendet werden, um den Bemessungswert bzw. die Bemessungsart auszuwählen.
Wie aus 1 ersichtlich, werden die grundlegenden Bemessungsarten, in denen die Flüssigkeit von der Pumpe zu einer der Zylinderkammern 26 oder 27 geführt wird und von der äußeren Kammer zum Behälter abgeleitet wird, mit Zwangsbemessungsarten bezeichnet, d. h. der "angetriebene Ausfahrmodus" oder der "angetriebene Rückziehmodus", und zwar in Abhängigkeit von der Richtung, in der sich die Kolbenstange bewegt. Da die Kolbenstange 45 etwas von dem Volumen der Stangenkammer 27 einnimmt, benötigt die Kammer weniger Hydraulikflüssigkeit, um den Kolben 28 eine gegebene Strecke zu bewegen, als von der Kopfkammer 26 benötigt wird. Infolge dessen wird in dem Rückziehmodus weniger Flüssigkeitsfluß verlangt als bei einer gegebenen Geschwindigkeit in dem Ausfahrmodus.
Hydrauliksysteme arbeiten auch mit dem Regenerationsbemessungsmodus, bei dem Flüssigkeit, die aus einer Zylinderkammer abläuft, durch die Ventilanordnung 25 zu der anderen Zylinderkammer zurück gefördert wird. Bei einer Regenerationsbemessungsmodus kann die Flüssigkeit zwischen den Zylinderkammern entweder durch den Zufuhrleitungsknoten "s" fließen, bezeichnet mit "Hochdruckregeneration" oder der Rückführleitungsknoten "t" bei der "Niederdruckregeneration". Der Vorteil eines Regenerationsmodus besteht darin, daß das gesamte Flüssigkeitsvolumen, das zur Füllung der sich vergrößernden Kammer des Zylinders benötigt wird, nicht von der Pumpe 12 oder Rückführleitung 18 zugeführt werden muß.
Um die Kolbenstange in einem Regenerationsmodus zurückzuziehen, wird Flüssigkeit aus der Kopfkammer 26 in die Kolbenstangenkammer 27 eines Zylinders gedrückt. Daher wird ein größeres Flüssigkeitsvolumen aus der Kopfkammer abgelassen als in der kleineren Kolbenstangenkammer benötigt wird. Bei dem Niederdruckregenerationsrückziehmodus 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 Niederdruckregenerationsmodus arbeiten, der zusätzliche Flüssigkeit verlangt. Diese überschüssige Flüssigkeit strömt in dem Hochdruckregenerationsrückziehmodus durch die Zufuhrleitung 14 zu anderen Funktionen 11, die Flüssigkeit aus der Leitung absaugen oder sie 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 ein unzureichendes Flüssigkeitsvolumen aus der kleineren Kolbenstangenkammer 27 ausgestoßen, als benötigt wird, um die Kopfkammer 26 zu füllen. Wenn die Hochdruckregeneration zum Ausfahren der Kolbenstange benutzt wird, kommt die zusätzliche Flüssigkeit von der Pumpe 12. Im Niederdruckregenerationsausfahrmodus muß die Funktion aus der Behälterrückführleitung 18 zusätzliche Flüssigkeit erhalten. Diese zusätzliche Flüssigkeit stammt entweder von einer anderen Funktion (beispielsweise Querfunktionsregeneration) oder von der Pumpe 12 durch das Entlastungsventil 17. Es versteht sich, daß bei diesem Modus das Behältersteuerventil 19 wenigstens teilweise geschlossen ist, um die Flüssigkeit in der Rückführleitung 18 daran zu hindern, aus dem Behälter 15 zu strömen, anstatt einer anderen Funktion 11 zugeführt zu werden. Wie aus 2 ersichtlich, wird der Geschwindigkeitsbefehl für jede Funktion an den zugehörigen Funktionssteuerer 44 abgegeben, von wo er zu dem Bemessungsmodusauswahlprogramm 54 gelangt. Das Programm kann eine manuelle Eingabevorrichtung sein, die von dem Maschinenoperator zur Bestimmung des Modus für eine gegebene Funktion bedient wird. Alternativ dazu kann der Funktionssteuerer 44 einen Algorithmus benutzen, bei dem verschiedene Systemdrücke überprüft werden, um den für die gegebene Funktion zu dem jeweiligen Zeitpunkt optimalen Bemessungsmodus zu bestimmen. Sobald er bestimmt ist, wird der Bemessungsmodus dem Systemsteuerer 46 mit anderen Programmen in dem entsprechenden Funktionssteuerer 44 mitgeteilt.
Der Bemessungsmodus, die Druckmessungen und der Geschwindigkeitsbefehl werden für ein Ventilöffnungsprogramm 56 benutzt, um zu bestimmen, wie die elektrohydraulischen Proportionalventile 21–24 betätigt müssen, um die geforderte Geschwindigkeit der Kolbenstange 45 zu erhalten. In jedem Bemessungsmodus sind zwei Ventile in der Anordnung 25 aktiv oder offen. Der Bemessungsmodus bestimmt, welches Ventilpaar geöffnet wird. Das Ventilöffnungsprogramm 56 benutzt dann die Größe des Geschwindigkeitsbefehls und die Druckmessungen, um den Betrag zu bestimmen, um den jedes der ausgewählten Ventile zu öffnen ist.
Speziell der Funktionssteuerer 44 bestimmt einen Äquivalenzkoeffizienten, der den äquivalenten Fluidikleitwert des Hydraulikkreiszweiges in dem gewählten Bemessungsmodus darstellt, um die gewünschte Bewegung des Antriebs 16 zu erreichen. Der äquivalente Leitwertkoeffizient wird dann zur Berechnung individueller Ventilleitwertkoeffizienten benutzt, die den Flüssigkeitsfluß durch jedes der vier elektrohydraulischen Proportionalventile 21–24 kennzeichnen und somit das Ausmaß, falls ein solches überhaupt vorhanden ist, der Öffnung jedes Ventils. Ein Ventil, das in dem gewählten Bemessungsmodus geschlossen ist, hat einen Ventilleitwertkoeffizienten von Null. Es leuchtet ein, daß anstelle des äquivalenten Leitwertkoeffizienten der Ventilleitwertkoeffizienten die spiegelbildlichen Strömungsbeschränkungskoeffizienten zur Kennzeichnung der Flüssigkeitsströmung verwendet werden können. Beide, also die Leitwert- und die Beschränkungskoeffizienten kennzeichnen den Flüssigkeitsstrom in einem Abschnitt oder in einer Komponenten eines Hydrauliksystems 10 und sind spiegelbildliche Parameter. Daher werden hier die allgemeinen Ausdrücke "äquivalenter Strömungskoeffizient" und "Ventilströmungskoeffizient" benutzt, um sowohl die Leitwert- als auch die 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 Grad anzeigen, bis zu dem das entsprechende Ventil zu öffnen ist. Der Funktionssteuerer 44 schickt die vier Ausgangssignale an eine Reihe Ventilantriebe 58, die elektrische Strompegel zur Betätigung der elektrohydraulischen Proportionalventile 21–24 erzeugen.
Der Systemsteuerer 46 errechnet auch den Druck in den Liefer- und Rückführleitungen 14 und 18, der notwendig ist, um die Druckanforderungen der Hydraulikfunktionen 11 und 20 zu erfüllen. Zu diesem Zweck läuft im Systemsteuerer 46 ein Sollwertprogramm 62 ab, das für jede Funktion der Maschine einen separaten Pumpzufuhrdrucksollwert festsetzt und dann den Sollwert mit der größten Höhe zur Verwendung als Lieferleitungsdrucksollwert Ps auswählt. Dieser Drucksollwert wird auf der Grundlage des äquivalenten Leitwertkoeffizienten und der Drücke Pa und Pb in den Zylinderkammern bei der bevorzugten Ausführungsform abgeleitet. Alternativ dazu kann die direkt durch den Sensor 43 gemessene Antriebskraft anstelle der Zylinderkammerdrücke verwendet werden. Dieses Sollwertprogramm 62 bestimmt auch in ähnlicher Weise einen Drückführleitungsdrucksollwert Pr.
Die beiden Drucksollwerte Ps und Pr werden dann an ein Drucksteuerprogramm 64 geliefert und von diesem benutzt, das von dem Drucksteuerer 48 eingesetzt wird, um diese Druckhöhen in der Zufuhrleitung 14 und der Rückführleitung 18 zu erhalten. Im einzelnen ist festzustellen, daß das Drucksteuerprogramm 64 bewirkt, daß der Drucksteuerer das Entlastungsventil 17 betätigt, um den Druck in der Zufuhrleitung 14 aufzubauen oder abzubauen. Dementsprechend läuft der Flüssigkeitsstrom, der von der Pumpe 12 erzeugt wird und das von den Funktionen 11 und 20 verlangte Ausmaß (in der Zufuhrleitung 14) übersteigt, durch das Entlastungsventil 17. In ähnlicher Weise erhält durch den Betrieb des Behältersteuerventils 19 der Drucksteuerer 48 den Druck in der Behälterrückführleitung 18 auf dem Niveau, das durch den Sollwert Pr festgelegt ist. Diese Wirkung ermöglicht es, überschüssige Flüssigkeit über die in der Behälterrückführleitung 18 erforderliche hinaus zu dem Systembehälter 15 strömen zu lassen. In den Hydrauliksystemen, die eine Pumpe mit veränderlicher Verdrängung benutzen, regelt der Drucksteuerer 48 den Betrieb dieser Pumpe. In diesem Fall wird das Behältersteuerventil 19 hauptsächlich betätigt, um sicherzustellen, daß ausreichend Flüssigkeit aus der Behälterrückführleitung 18 zur Verfügung steht, um jene Funktionen zu versorgen, die in einem Niederdruckseitenregenerationsmodus arbeiten.
Die obige Beschreibung war hauptsächlich auf eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gerichtet. Obgleich gewisse Hinweise auf verschiedene Alternativen gegeben wurden, die innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen, versteht es sich, daß der auf diesem Gebiet tätige Fachmann ohne weiteres zusätzliche Alternativen realisieren kann, die sich nunmehr aus der Offenbarung der Ausführungsformen der Erfindung ergeben. Daher soll der Schutzumfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden und nicht auf die obige Offenbarung beschränkt sein.

Claims

Steuervorrichtung zum Betreiben eines Hydrauliksystems (10) mit einer Pumpe (12), die Flüssigkeit aus einem Behälter (15) in eine Zufuhrleitung (14) drückt, welche mit mehreren Hydraulikfunktionen (11, 20) verbunden ist, wobei jede Hydraulikfunktion eine Ventileinrichtung (25) aufweist, die den Flüssigkeitsstrom zwischen der Zufuhrleitung (14) und einem Antrieb (16) sowie zwischen dem Antrieb und dem Behälter steuert und wobei ferner die Steuervorrichtung mit einem Benutzereingabegerät (47) versehen ist, das ein Eingabesignal erzeugt, welches die gewünschte Bewegung des Antriebs anzeigt, gekennzeichnet durch ein Abbildungsprogramm (50), das das Eingabesignal in Befehle umsetzt, die die gewünschte Bewegung für die Antriebe betreffen, welche den vielen Hydraulikfunktionen zugeordnet sind, um dadurch viele Befehle zu erzeugen; ein Strömungsteilungsprogramm (52), das die vielen Befehle ändert, sobald die summierte Strömung, die von den vielen Funktionen verlangt wird, den Gesamtstrom übersteigt, der aus der Zufuhrleitung (14) zur Verfügung steht; ein Ventilöffnungsprogramm (56), das jeden Befehl in eine Reihe Ventilströmungskoeffizienten umsetzt, von denen jeder die Flüssigkeitsströmung durch ein Ventil (21–24) der Ventilanordnung (25) kennzeichnet, wobei von der Reihe Ventilströmungskoeffizienten eine Reihe Strömungssignale erzeugt werden, die die elektrischen Stromhöhen festlegen, welche der Ventilanordnung der entsprechenden Funktion zugeführt werden; und mehrere Ventilantriebe (58), die die Ventile in jeder Ventilanordnung in Abhängigkeit von der entsprechenden Reihe Steuersignale mit elektrischem Strom versorgen.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der vielen Befehle eine für die Antriebe verlangte Geschwindigkeit betrifft.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch einen Wähler (54 oder 57), der eine Bemessungsart auswählt, in der jede Hydraulikfunktion zu betreiben ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wähler (54) jede Bemessungsart in Abhängigkeit von dem Befehl und der Kraft auswählt, die auf den Antrieb (16) für die entsprechende Hydraulikfunktion (11, 20) einwirken.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch einen Drucksteuerer (64), der den in der Zufuhrleitung (14) herrschenden Druck in Abhängigkeit von den vielen Befehlen regelt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch ein Druckregelprogramm (62), das jeden Geschwindigkeitsbefehl benutzt, um einen äquivalenten Strömungskoeffizienten zu errechnen, der die Flüssigkeitsströmung durch die diesbezügliche Hydraulikfunktion kennzeichnet, wobei der Druck in der Zufuhrleitung (14) auf der Basis von wenigstens einem der äquivalenten Strömungskoeffizienten geregelt wird.