DE4139220A1 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung der hydraulik eines baggers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung der Hydraulik eines Baggers.

Bekannte Bagger sind mit einer Vielzahl von hydraulisch ange­ triebenen Antriebselementen ausgestattet und weisen eine An­ triebsmotoreinheit, die einen Schwenkmotor zum Schwenken ei­ nes oberen Rahmens mit der Kabine gegenüber einem unteren Rah­ men, der Fortbewegungseinrichtungen, wie Gleisketten, und Fahrmotoren zur Fortbewegung des Baggers aufweist, und eine Betätigungszylindereinheit auf, die einen Stielzylinder zum Antrieb eines Löffelstiels, einen Auslegerzylinder zum Antrieb eines Auslegers und einen Schaufelzylinder zum Antrieb einer Schaufel enthält. Diese Antriebselemente werden über Steuerhe­ bel/-pedale gesteuert, die in der Kabine untergebracht sind und durch den Bediener betätigt werden, um verschiedene Arbei­ ten des Baggers wie Baggerarbeiten, Oberflächenbearbeitung, Ladetätigkeiten und ähnliches wirkungsvoll durchzuführen.

Dennoch weisen bekannte Bagger eine Reihe von Nachteilen auf, die eine Erschöpfung des Bedieners zur Folge haben, wodurch die Wirksamkeit des Betriebes des Baggers herabgesetzt und eingesetzte Betriebsenergie unnötig verschwendet wird.

Zum ersten führt ein Bagger einen Schwenkbetrieb aus, bei dem der Schwenkmotor durch Betätigen des Schwenkmotorhebels betä­ tigt wird und dabei den oberen Rahmen zum unteren Rahmen ver­ schwenkt. Gleichzeitig versorgt eine Haupthydraulikpumpe ent­ sprechend einem Steuersignal eines Controllers ein mit ihr verbundenes Wegeventil des Schwenkmotors und damit den Schwenkmotor mit einer Menge an Hydraulikflüssigkeit. Wird nun der Schwenkmotorhebel betätigt, wird die Menge an Hydraulik­ flüssigkeit, die von der Haupthydraulikpumpe an den Schwenkmo­ tor geliefert wird, nach einer charakteristischen Kurve verän­ dert, wie im Diagramm in Fig. 5 dargestellt.

Wird der Schwenkmotorhebel betätigt, liefert die Haupthydrau­ likpumpe eine beträchtliche Menge an Hydraulikflüssigkeit an den Schwenkmotor, bevor der obere Rahmen des Baggers zu unte­ ren Rahmen verschwenkt wird, so daß eine Menge an Hydraulik­ flüssigkeit und damit Betriebsenergie verloren geht, wie durch die abweichenden Linien im Diagramm dargestellt. Der Grund da­ für, daß die Haupthydraulikpumpe eine beträchtliche Menge an Hydraulikflüssigkeit an den Schwenkmotor liefert, bevor die Schwenkbewegung beginnt, ist, das bei Erhalt entsprechender Steuersignale vom Controller die Haupthydraulikpumpe sofort die geforderte Menge an Hydraulikflüssigkeit an den Schwenkmo­ tor ausgibt, der Schwenkmotor jedoch den oberen Rahmen des Baggers infolge seiner Masse nicht sofort zum unteren Rahmen schwenken kann.

Daher muß der Bediener den Schwenkmotorhebel sorgsam betäti­ gen, um die Ausgabe der Hydraulikflüssigkeit von der Haupthy­ draulikpumpe entsprechend der tatsächlichen Schwenkbewegung des Schwenkmotors, wie in den charakteristischen Kurven im Diagramm in Fig. 5 dargestellt, auszuführen, so daß die von der Haupthydraulikpumpe abgegebene Hydraulikflüssigkeit nicht unnötig verschwendet wird.

Daher ist eine große Fertigkeit des Bedieners erforderlich, um die Schwenkbewegung des Baggers so zu steuern, daß keine Ver­ luste entstehen. Ein Nachteil der bekannten Bagger besteht da­ her darin, daß eine solche sorgfältige Betätigung über längere Zeit den Bediener erschöpft, damit die Arbeitsleistung des Baggers vermindert und das Auftreten von Unfällen fördert. Ferner weisen bekannte Bagger den Nachteil auf, daß eine sorg­ same Schwenkbewegung zur Vermeidung von Verlusten an Betrieb­ senergie selbst durch einen versierten Bediener nicht voll­ ständig durchgeführt werden kann, so daß ein Teil der Hydrau­ likflüssigkeit wie vor verschwendet wird.

Zum zweiten sind bekannte Bagger mit einer Vielzahl von An­ triebselementen, wie Fahrmotoren, Antriebszylindern und einem Schwenkmotor ausgestattet, wie oben beschrieben. Bekannte Bag­ ger sind ferner mit Haupthydraulikpumpen zur Versorgung der Antriebselemente mit Hydraulikflüssigkeit ausgestattet. Im Falle einer Überlast der Antriebselemente werden diese automa­ tisch sofort gestoppt, während die Haupthydraulikpumpen wei­ terhin Hydraulikflüssigkeit an die Antriebselemente ausgeben. Dadurch wird die von den Haupthydraulikpumpen laufend ausgege­ bene Hydraulikflüssigkeit nicht zum Betrieb der Antriebsele­ mente benutzt, wenn diese durch das Auftreten einer Überlast in ihrer Bewegung gestoppt sind, sondern fließt direkt in ei­ nen Vorratstank, wozu die Haupthydraulikpumpen unnötigerweise durch den Motor angetrieben werden. Daher weisen bekannte Bag­ ger den Nachteil auf, daß die Antriebsleistung des Motors zum ständigen Betrieb der Haupthydraulikpumpen unnötig vergeudet wird, wenn eine Überlast an einem Antriebselement zum Anhalten des Antriebselementes führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Bagger zu vermeiden.

Die vorliegende Erfindung liefert ein System zur automatischen Steuerung der Mengen an Hydraulikflüssigkeit eines Baggers, bei dem eine hydraulische Pumpe automatisch durch einen elek­ tronischen Controller gesteuert wird, um im Falle eines Schwenkbetriebs eines Schwenkmotors zum Schwenken eines oberen Rahmens des Baggers gegenüber einem unteren Rahmen die geför­ derte Menge an Hydraulikflüssigkeit zeitlich entsprechend dem Beginn der tatsächlichen Schwenkbewegung des Schwenkmotors zu optimieren und dabei die Verluste an Hydraulikflüssigkeit so­ weit wie möglich zu vermindern und einen sanften und schnellen Schwenkbetrieb durch einfaches Betätigen eines Schwenkmotorhe­ bels ohne Auftreten von mechanischen Schlägen an Haupthydrau­ likpumpe oder Schwenkmotor durchzuführen.

Die Erfindung liefert ferner ein System zur automatischen Steuerung der Menge an Hydraulikflüssigkeit eines Baggers, bei dem ein elektronischer Controller ein Steuersignal in Form ei­ nes minimalen Stromwertes an die Taumelwinkel-Steuerventile der Haupthydraulikpumpen ausgibt, um im Falle des Auftretens einer relativ geringen Betriebsgeschwindigkeit eines Antrieb­ selementes, die niedriger ist, als die Hälfte einer minimalen Betriebsgeschwindigkeit V_min des Antriebselementes, die auf­ tritt, wenn das Antriebselement mit einer Minimalmenge an Hy­ draulikflüssigkeit von der Haupthydraulikpumpe versorgt wird, die Taumelwinkel der Taumelscheiben der Haupthydraulikpumpen zu minimieren, um die Menge an Hydraulikflüssigkeit, die von den Pumpen an das Antriebselement gefördert wird, zu minimie­ ren, es sei denn, daß an dem Antriebselement eine Geschwindig­ keit wieder auftritt, die größer ist, als 3/4 der minimalen Betriebsgeschwindigkeit V_min des Antriebselementes und dabei die Antriebsleistung des Motors wirksam vor Verlusten infolge einer Überlast auf den Antriebselementen geschützt ist.

Die beschriebenen Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden durch eine Vorrichtung und Verfahren mit den in den Ansprüchen beschriebenen Merkmalen erzielt.

Die Erfindung soll im folgenden anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer hydraulischen Grundschaltung eines erfindungsgemäßen Steuerungssystemes;

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Steuersystems aus Fig. 1;

Fig. 3 ein Blockschaltbild des elektronischen Control­ lers aus Fig. 1;

Fig. 4 ein Flußdiagramm eines Steuerverfahrens zur auto­ matischen Steuerung der Menge an Hydraulikflüs­ sigkeit beim Schwenkbetrieb;

Fig. 5 ein Diagramm mit charakteristischen Kurven der Änderung der Menge an Hydraulikflüssigkeit, die von den Haupthydraulikpumpen in Abhängigkeit von der Betätigungszeit der Steuerhebel/-pedale ge­ fördert wird;

Fig. 6 ein Flußdiagramm eines Steuerverfahrens zur auto­ matischen Steuerung der Menge an Hydraulikflüs­ sigkeit entsprechend der Betriebsgeschwindigkeit eines Antriebselementes.

Die in Fig. 1 dargestellte hydraulische Schaltung eines er­ findungsgemäßen Steuerungssystemes enthält einen Motor 1 zur Erzeugung der Antriebsleistung für ein Paar Haupthydraulikpum­ pen 3 und 4, die hintereinander direkt mit einer Abtriebswelle 2 des Motors 1 verbunden sind und jeweils eine Taumelscheiben­ pumpe enthalten. Die zweite Haupthydraulikpumpe ist direkt mit einer hydraulischen Hilfspumpe 5 verbunden, die eine geringere Förderkapazität als die erste und zweite Haupthydraulikpumpe 3 und 4 aufweist und zur Förderung von hydraulischer Steuer­ flüssigkeit vorgesehen ist.

Die erste Haupthydraulikpumpe 3 ist direkt mit einer ersten Gruppe von Wegeventilen verbunden, z. B. einem ersten Wegeven­ til 7 zur Steuerung der Flußrichtung und -menge der Hydraulik­ flüssigkeit von der Haupthydraulikpumpe 3 zum linken Fahrmotor 6, der die linke Gleiskette des Baggers antreibt, einem zwei­ ten Wegeventil 9 zur Steuerung der Hydraulikflüssigkeit zur Versorgung eines Stielzylinders 8 zum Antrieb eines Löffel­ stiels und einem dritten Wegeventil 11 zur Steuerung der Hy­ draulikflüssigkeit zur Versorgung eines Schwenkmotors 10 zum Schwenken des oberen Rahmens mit der Kabine gegenüber dem un­ teren Rahmen mit den Gleisketten.

Auf die gleiche Art und Weise ist die zweite Haupthydraulik­ pumpe 4 direkt mit einer zweiten Gruppe von Wegeventilen ver­ bunden, z. B. einem vierten Wegeventil 13 zur Steuerung der Flußrichtung und -menge an Hydraulikflüssigkeit von der Haup­ thydraulikpumpe 3 an den rechten Fahrmotor 12 zum Antrieb der rechten Gleiskette des Baggers, einem fünften Wegeventil 15 zur Steuerung der Hydraulikflüssigkeit zur Versorgung eines Schaufelzylinders 14 zum Antrieb einer Schaufel, einem sech­ sten Wegeventil 17 zur Steuerung der Hydraulikflüssigkeit zur Versorgung eines Auslegerzylinders 16 zum Antrieb eines Ausle­ gers und einem vorsorglich vorhandenen Wegeventil 18 zur Steuerung der Hydraulikflüssigkeit zur Versorgung eines nicht dargestellten Hilfsantriebselementes, mit dem der Bagger auf Wunsch ausgestattet sein kann.

Die von der hydraulischen Hilfspumpe 5 geförderte geringere Menge an Hydraulikflüssigkeit wird als Steuerflüssigkeit zur Betätigung der Taumelscheiben 3a und 4a der ersten und zwei­ ten Haupthydraulikpumpe 3 und 4 sowie der Steuerelemente der Wegeventile 7, 9, 11, 13, 15, 17 und 18 verwendet. Das heißt, ein Teil der hydraulischen Steuerflüssigkeit wird von der Hilfspumpe 5 durch eine Leitung zu den Taumelwinkel-Steuerein­ richtungen 20a und 20b geliefert, die über die Taumelwinkel­ Steuerventile 19a und 19b, die jeweils ein mit einer Spule 19′a und 19′b ausgestattetes Proportionalventil enthalten, die Taumelwinkel der Taumelscheiben 3a und 4a der Haupthy­ draulikpumpen 3 und 4 zu steuern. Der andere Teil der hy­ draulischen Steuerflüssigkeit wird von der hydraulischen Hilfspumpe 5 über eine weitere Leitung an die Steuerelemente der Wegeventile 7, 9, 11, 13, 15, 17 und 18 über ein Paar elektrisch betätigter Proportionalventilblöcke 22a und 22b geleitet, die jeweils mit den Wegeventilen 7, 9, 11, 13, 15, 17 und 18 sowie einem Controller 24 verbunden sind und durch den Controller 24 entsprechend der Betätigung der Steuerhe­ bel/-pedale 21 in der Kabine gesteuert werden.

Die Steuerhebel/-pedale 21 enthalten die gleiche Anzahl an He­ beln und Pedalen, wie Wegeventile 7, 9, 11, 13, 15, 17 und 18 und dementsprechend Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 vorhanden sind. Auch die Steuerventilblöcke 22a und 22b ent­ halten die gleiche Anzahl an nicht dargestellten Proportional­ ventilen, wie jede Gruppe von Wegeventilen 7, 9 und 11 oder 13, 15, 17 und 18 Wegeventile enthält. Wird ein Steuerhebel/­ pedal 21 betätigt, um ein Antriebselement zu betätigen, wird ein Steuerventil in dem jeweiligen Steuerventilblock 22a oder 22b proportional dem Betätigungswert des Steuerhebels/-pe­ dales 21 betätigt. Dadurch wird die hydraulische Steuerflüs­ sigkeit von der hydraulischen Hilfspumpe 5 entsprechend dem zu betätigenden Antriebselement an ein Wegeventil 7, 9, 11, 13, 15, 17 oder 18 geleitet. Das Steuerelement des Wegeventiles 7, 9, 11, 13, 15, 17 oder 18 wird mit hydraulischer Steuerflüs­ sigkeit von der Hilfspumpe 5 versorgt und nach rechts oder links verschoben, um schließlich das Betriebsteil, wie die Schaufel, den Löffelstiel oder ähnliches in der gewünschten Richtung zu betätigen.

Die hydraulische Schaltung ist ferner mit einer Vielzahl von Sensoren 23a bis 23f ausgestattet, die die Lageänderung der Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 während des Betriebes erfassen. Die Sensoren 23a bis 23f sind an den Antriebsele­ menten angebracht. Es gibt daher genau so viele Sensoren 23a bis 23f wie Antriebselemente. Die Sensoren 23a bis 23f sind elektrisch mit dem Controller 24 verbunden, um der Lageände­ rung der dazugehörigen Antriebselemente entsprechende Signale an den Controller 24 auszugeben.

Ferner sind zwischen dem Controller 24 und den Steuerventil­ blöcken 22a und 22b ein Paar Verstärker 25a und 25b ge­ schaltet und ein weiterer Verstärker 25c zwischen den Con­ troller 24 und die Taumelwinkel-Steuerventile 19a und 19b. Der Controller 24 ist elektrisch mit den Lagesensoren 23a bis 23f verbunden. Die Lagesensoren 23a bis 23f können ver­ schiedene Sensorarten umfassen. Zum Beispiel bestehen die Sen­ soren 23b, 23e und 23f, die an dem Stielzylinder 8, dem Schaufelzylinder 14 und dem Auslegerzylinder 16 angebracht sind, aus einem induktiven Sensor und magnetischen Material, so daß ein elektrisches Signal durch Zählen der Anzahl an ma­ gnetischem Material ausgegeben wird. Desgleichen kann der Sen­ sor 23c des Schwenkmotors 10 einen Absolutenkoder enthalten, der die absolute Position zwischen dem oberen und dem unteren Rahmen des Baggers erfaßt, während die Sensoren 23a und 23d an den Fahrmotoren 6 und 12 einen Inkrementalenkoder enthal­ ten.

Jeder der Verstärker 25a, 25b und 25c ist elektrisch mit dem Ausgangsport des Controllers 24 verbunden und verstärkt ein Steuersignal von dem Controller 24 und versorgt die Steu­ erventilblöcke 22a, 22b oder die Taumelwinkel-Steuerventile 19a und 19b mit einem verstärkten Signal. Das heißt: Ent­ sprechend den Betätigungswerten der Steuerhebel/-pedale 21 wird ein elektrischer Strom erzeugt, mit dem der Controller 24 beaufschlagt wird, um dort verarbeitet zu werden, dadurch gibt der Controller 24 ein Steuersignal aus, das durch die Verstär­ ker 25a und 25b verstärkt und an die Steuerventilblöcke 22a und 22b ausgegeben wird. Das an die Steuerventilblöcke 22a und 22b ausgegebene Signal bewirkt einen Fluß an Hydraulik­ flüssigkeit von der hydraulischen Hilfspumpe 5 an die Steuer­ elemente der jeweiligen Wegeventile 7, 9, 11, 13, 15, 17 und 18. Die Sensoren 23a bis 23f geben jeweils ein den Lageände­ rungen der Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 entspre­ chendes Signal an den Controller 24 aus. Der Controller 24 er­ mittelt aus den Lageänderungswerten der Antriebselemente und der entsprechenden Last der Antriebselemente die erforderliche Menge an Hydraulikflüssigkeit für diese, um die erste und zweite Haupthydraulikpumpe 3 und 4 anzusteuern, so daß die er­ ste und zweite Haupthydraulikpumpe 3 und 4 die Belastung bei Auftreten einer Überlast auf einem Antriebselement aus­ gleichen können.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild des Steuerungssystemes aus Fig. 1.

Das Steuerungssystem liefert ein Verfahren zur automatischen Steuerung von Hydraulikpumpen zur zeitlichen Optimierung der Förderung von Hydraulikflüssigkeit beim Starten einer tatsäch­ lichen Schwenkbewegung des Schwenkmotors, um einen oberen Rah­ men des Baggers zum unteren Rahmen zu schwenken, wodurch die Verluste an Hydraulikflüssigkeit soweit wie möglich reduziert werden und ein sanfter und schneller Schwenkbetrieb durch ein­ faches Betätigen des Schwenkmotorhebels ohne Auftreten von me­ chanischen Stößen auf die Haupthydraulikpumpen durchgeführt werden kann. Dieses Steuerverfahren wird im folgenden näher beschrieben.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild des elektronischen Control­ lers in Fig. 1, der eine CPU 121 zur Verarbeitung von Ein­ gangssignalen zur Erzeugung von Ausgangssignalen und einen Ein- und einen Ausgabeteil enthält. Der Eingabeteil des Con­ trollers 24 umfaßt einen A/D-Wandler 124 zur Konvertierung von analogen Eingangssignalen entsprechend den Betätigungswerten R_i der Steuerhebel/-pedale 21 in digitale Signale und einen A/D- Wandler und Zähler 125 zur Konvertierung und zum Zählen von Eingangssignalen vom Lagesensor 23c entsprechend einem Schwenkpositionswert R_sw des Schwenkmotors 10. Der Ausgangs­ teil des Controllers 24 enthält drei D/A-Wandler, wobei der erste und zweite D/A-Wandler 126 und 128 digitale Steuersigna­ le der CPU 121 in analoge Steuerwerte zur Steuerung der Steu­ erelemente der Wegeventile entsprechend den Betätigungswerten R_i der Steuerhebel/-pedale 21 umsetzt und ein dritter D/A- Wandler 130 digitale Steuersignale der CPU 121 in analoge Steuersignale zur zusätzlichen Förderung einer Menge an Hy­ draulikflüssigkeit ΔQ und einer Sollmenge an Hydraulikflüs­ sigkeit Q₀ umsetzt. Das heißt, der A/D-Wandler 124 ist elek­ trisch mit den Steuerhebeln/-pedalen 21 und der A/D- Wandler und Zähler 125 ist mit den Lagesensoren 23 verbunden.

Auf die gleiche Weise sind die D/A-Wandler 126, 128 und 130 mit den elektromagnetischen Proportionalventilen 25a, 25b und 19 über die Signalverstärker 127, 128 und 131 verbunden. Ferner ist der Controller 24 mit einem ROM 122 und einem RAM 123 verbunden.

In dem in Fig. 4 dargestellten Flußdiagramm des Steuerverfah­ rens zur automatischen Steuerung der Menge an Hydraulikflüs­ sigkeit bei einem Schwenkbetrieb erhält der Controller in ei­ nem Schritt 41 Eingangssignale entsprechend den Betätigungs­ werten R_i der Steuerhebel/-pedale 21 über den A/D-Wandler 124 und stellt in einem ersten Abfrageschritt 42 fest, ob die Be­ tätigung der Steuerhebel/-pedale 21 nur für den Schwenkmotor erfolgt, um einen Schwenkbetrieb durchzuführen. Ist dies der Fall, führt der Controller 24 einen nächsten Schritt 43 durch, bei dem festgestellt wird, ob die Schwenkbewegung des Schwenk­ motors 10 durch die Betätigung des Schwenkmotorhebels 21 von der Neutralstellung in die Schwenkstellung gestartet wird, während der Controller 24 im Schritt 51 die Antriebselemente normal entsprechend den Betätigungswerten R_i der Steuerhebel/­ pedale 21 ansteuert, wenn diese nicht nur für den Schwenkmotor 10 betätigt wurden. Startet der Schwenkmotor 10 den Schwenkbe­ trieb, erhält der Controller 24 im Schritt 44 ein elektrisches Signal entsprechend dem Schwenkpositionswert R_sw des Schwenkmo­ tors von dem Lagesensor 23c über den A/D-Wandler und Zähler 125. Startet der Schwenkmotor 10 seinen Schwenkbetrieb nicht, führt der Controller 24 einen Schritt 51 durch, um die ent­ sprechenden Tätigkeiten der Antriebselemente entsprechend den Betätigungswerten R_i normal durchzuführen. Der A/D-Wandler und Zähler 125 umfaßt einen Absolutencoder, der ein impulsförmi­ ges Signal entsprechend der Schwenkposition des oberen Rahmens zum unteren Rahmen ausgibt.

Im Schritt 45 berechnet der Controller 24 die Sollmengen an Hydraulikflüssigkeit Q_i der Haupthydraulikpumpen 3 und 4 ent­ sprechend den Betätigungswerten R_i des Schwenkmotorhebels 21. Im anschließenden Schritt 46 wird eine Schwenkgeschwindigkeit V_sw des Schwenkmotors 10 entsprechend den tatsächlichen Betäti­ gungswerten und eine tatsächliche Menge an Hydraulikflüssig­ keit ΔQ_sw der Haupthydraulikpumpen 3 und 4 entsprechend der Schwenkgeschwindigkeit V_sw des Schwenkmotors 10 berechnet. Der Controller 24 vergleicht im Schritt 47 die Sollmenge an Hy­ draulikflüssigkeit Q_i entsprechend den Betätigungswerten R_i mit der tatsächlichen Menge an Hydraulikflüssigkeit Q_sw, um eine Differenz ΔQ_sw zu berechnen (= Q_i-Q_sw).

Der Controller 24 stellt im folgenden Schritt 48 fest, ob die Differenz ΔQ_sw ungleich Null ist. Ist die Differenz ΔQ_sw un­ gleich Null, wird bestimmt, daß die Mengen an Hydraulikflüs­ sigkeiten Q_i und Q_sw voneinander abweichen und der Controller 24 berechnet im Schritt 49 eine zusätzliche Sollmenge an Hy­ draulikflüssigkeit Q_o, um die den Betätigungswerten R_i des Schwenkmotorhebels 21 entsprechende Schwenkbewegung auszufüh­ ren, während der Controller 24 das Steuerverfahren stoppt, wenn die Differenz ΔQ_sw gleich Null ist. Die zusätzliche Soll­ menge an Hydraulikflüssigkeit Q_o wird berechnet, nachdem zuerst eine zusätzlich auszugebende Menge an Hydraulikflüssigkeit ΔQ zur tatsächlich ausgegebenen Menge an Hydraulikflüssigkeit Q_sw wie im Diagramm in Fig. 5 beschrieben berechnet und an­ schließend zu der tatsächlichen Menge an Hydraulikflüssigkeit Q_sw addiert worden ist.

Anschließend gibt der Controller 24 ein elektrisches Steuersi­ gnal I₀ aus, daß der zusätzlichen Sollmenge an Hydraulikflüs­ sigkeit Q_o entspricht, um das Taumelwinkel-Steuerventil 19a der ersten Haupthydraulikpumpe 3 über den dritten D/A-Wandler 130 und den Verstärker 25c damit zu beaufschlagen. Dadurch verändert die erste Haupthydraulikpumpe 3 den Taumelwinkel der Taumelscheibe 3a, um die zusätzliche Sollmenge an Hydraulik­ flüssigkeit Q_o zu fördern. Gleichzeitig gibt der Controller ein weiteres elektrisches Steuersignal an das Steuerelement des Schwenkmotor-Wegeventiles 11 über den ersten D/A-Wandler 126 und den Verstärker 25a aus. Dadurch steuert das Wegeventil 11 die Flußrichtung und die Menge an Hydraulikflüssigkeit von der ersten Haupthydraulikpumpe 3, und erlaubt dadurch den Betrieb des Schwenkmotors zum Schwenken des oberen Rahmens zum unteren Rahmen entsprechend dem Betätigungswert R_i des Schwenkmotorhe­ bels 21.

Das oben beschriebene Verfahren wird solange wiederholt, bis die tatsächliche Menge an Hydraulikflüssigkeit Q_sw entsprechend der tatsächlichen Schwenkgeschwindigkeit V_sw des Schwenkmotors 10 gleich der Sollmenge an Hydraulikflüssigkeit Q_i der Haupthy­ draulikpumpe 3 entsprechend dem Betätigungswert R_i des Schwenk­ motorhebels 21 entspricht. Dadurch wird die Menge an Hydrau­ likflüssigkeit, die von der ersten Haupthydraulikpumpe 3 an den Schwenkmotor 10 gefördert wird, automatisch gesteuert, um der tatsächlichen Schwenkgeschwindigkeit des Schwenkmotors 10 zu entsprechen und damit wirksam einen Energieverlust durch Fördern von Hydraulikflüssigkeit an den Schwenkmotor vor Be­ ginn der Schwenkbewegung zu verhindern.

Ferner liefert das Steuersystem ein Verfahren zur automati­ schen Steuerung der Menge an Hydraulikflüssigkeit von der Haupthydraulikpumpe an die Antiebselemente, um diese bei Auf­ treten einer Überlast auf einem Antriebselement zu minimieren. Dies Verfahren wird im folgenden einzeln beschrieben.

Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm des Steuerverfahrens. Im Schritt 62 stellt der Controller 24 fest, ob die Antriebsele­ mente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 betrieben werden. Werden die An­ triebselemente betrieben, führt der Controller einen Schritt 63 durch, bei dem elektrische Signale entsprechend den jewei­ ligen Betriebsgeschwindigkeiten V_i der Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 von den Lagesensoren 23a bis 23f eingele­ sen werden, während der Controller 24 das Verfahren stoppt, wenn die Antriebselemente nicht betätigt werden. Der Control­ ler 24 führt einen folgenden Schritt 64 durch, bei dem festge­ stellt wird, ob die Antriebselemente normal betrieben werden. Werden diese nicht normal betrieben, wird das Auftreten einer Überlast auf einem Antriebselement erkannt. Der Controller 24 führt einen Schritt 65 durch, bei dem festgestellt wird, ob die Betriebsgeschwindigkeit V_i des Antriebselementes die Hälfte einer minimalen Betriebsgeschwindigkeit V_min des Antriebsele­ mentes nicht überschreitet, wobei die minimale Betriebsge­ schwindigkeit V_min auftritt, wenn das Antriebselement mit einer Minimalmenge an Hydraulikflüssigkeit Q_min von der Haupthydrau­ likpumpe versorgt wird. Überschreitet die Betriebsgeschwindig­ keit V_i des Antriebselementes nicht die Hälfte der minimalen Betriebsgeschwindigkeit V_min des Antriebselementes, bedeutet dies das Auftreten einer Überlast an dem Antriebselement. Da­ her gibt der Controller im folgenden Schritt 66 einen minima­ len Stromwert I_min an die Taumelwinkel-Steuerventile 19a und 19b aus, um die Taumelwinkel der Haupthydraulikpumpen 3 und 4 zu minimieren. Dadurch fördern die Haupthydraulikpumpen 3 und 4 eine Minimalmenge an Hydraulikflüssigkeit. Anschließend be­ endet der Controller 24 das Verfahren. Überschreitet die Be­ triebsgeschwindigkeit V_i des Antriebselementes die Hälfte der minimalen Betriebsgeschwindigkeit V_min des Antriebselementes, stoppt der Controller 24 das Verfahren.

Wurde im Schritt 64 festgestellt, daß die Antriebselemente normal betätigt werden, bedeutet dies, daß keine Überlast auf einem Antriebselement auftritt. Daher führt der Controller 24 einen Schritt 68 durch, bei dem festgestellt wird, ob die Be­ triebsgeschwindigkeit V_i des Antriebselementes gleich oder grö­ ßer einer Rückkehrgeschwindigkeit, z. B. 3/4 der minimalen Be­ triebsgeschwindigkeit V_min des Antriebselementes ist. Ist die Betriebsgeschwindigkeit V_i des Antriebselementes kleiner als 3/4 der minimalen Betriebsgeschwindigkeit V_min bedeutet dies, daß das Antriebselement nicht zurückgefahren werden kann. Da­ her stoppt der Controller 24 das Verfahren. Erreicht oder überschreitet die Betriebsgeschwindigkeit V_i des Antriebsele­ mentes 3/4 der minimalen Betriebsgeschwindigkeit V_min führt der Controller 24 einen Schritt 69 durch, bei dem ein elektri­ sches Steuersignal an die Taumelwinkel-Steuerventile 19a und 19b ausgegeben wird, um die Menge an Hydraulikflüssigkeit Q_i entsprechend den Betätigungswerten R_i der Steuerhebel/-pedale 21 durch die Haupthydraulikpumpen 3 und 4 zu fördern. An­ schließend beendet der Controller 24 das Steuerverfahren.

Wie beschrieben, liefert das Steuersystem der vorliegenden Er­ findung ein Verfahren zur automatischen Steuerung der Menge an Hydraulikflüssigkeit, mit der der Schwenkmotor beim Schwenkbe­ trieb versorgt wird, um den oberen Rahmen zum unteren Rahmen des Baggers zu schwenken, wobei die erste Haupthydraulikpumpe automatisch durch den Controller so gesteuert wird, daß die Förderung der Hydraulikflüssigkeit zeitlich zum Beginn der tatsächlichen Schwenkbewegung des Schwenkmotors optimiert wird. Das Steuersystem der vorliegenden Erfindung weist den Vorteil auf, daß die Verluste an Hydraulikflüssigkeit bei Schwenkbetrieb so weit wie möglich reduziert werden, und eine sanfte und schnelle Schwenkbewegung durch einfaches Betätigen des Schwenkmotorhebels ohne Auftreten von mechanischen Schlä­ gen auf die Pumpe durchgeführt werden kann.

Ferner liefert das Steuersystem der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Haupthydraulikpumpen, um eine mi­ nimale Menge an Hydraulikflüssigkeit Q_min auszugeben, falls ei­ ne anormale Betriebsgeschwindigkeit z. B. unterhalb der Hälfte der minimalen Betriebsgeschwindigkeit V_min des Antriebselemen­ tes auftritt, wobei diese minimale Betriebsgeschwindigkeit V_min auftritt, wenn das Antriebselement mit einer Minimalmenge an Hydraulikflüssigkeit Q_min von der Haupthydraulikpumpe versorgt wird, falls das Antriebselement überlastet ist, jedoch Förde­ rung einer normalen Menge an Hydraulikflüssigkeit Q_i, um die Antriebselemente normal zu betätigen, falls eine Rückfahrge­ schwindigkeit, z. B. oberhalb von 3/4 der minimalen Betriebs­ geschwindigkeit V_min, auftritt. Dadurch liefert das Steuer­ system nach der vorliegenden Erfindung den Vorzug, daß ein Verlust an Antriebsleistung des Motors bei Auftreten einer Überlast auf die Antriebselemente wirksam vermieden wird.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Menge an Hy­ draulikflüssigkeit in einem Bagger, der eine Vielzahl von Antriebselementen aufweist, die wenigstens gebildet wird von einem Auslegerzylinder zur Betätigung eines Auslegers, einem Stielzylinder zur Betätigung eines Löf­ felstieles, einem Schaufelzylinder zur Betätigung einer Schaufel, einem Schwenkmotor zum Schwenken eines oberen Rahmens des Baggers gegenüber einem unteren und Fahrmo­ toren zur Fortbewegung des Baggers, mit einem elektroni­ schen Controller zur Steuerung des Betriebes der An­ triebselemente Haupthydraulikpumpen zur Versorgung der Antriebselemente mit Hydraulikflüssigkeit, einer hydrau­ lischen Hilfspumpe zur Bereitstellung von hydraulischer Steuerflüssigkeit, einer Vielzahl von Wegeventilen, die jeweils mit den Haupthydraulikpumpen und dem elektro­ nischen Controller zur Steuerung der Bewegungsrichtung der Antriebselemente und der Menge an Hydraulikflüssig­ keit verbunden sind, Steuerventilblöcken zur Steuerung der Bewegung von Steuerelementen der Wegeventile ent­ sprechend elektrischer Steuersignale vom Controller, Taumelwinkel-Steuerventilen zur Steuerung der Taumelwin­ kel der Haupthydraulikpumpen, die zwischen dem Control­ ler und den Haupthydraulikpumpen angeordnet sind, um die von diesen abgegebene Menge an Hydraulikflüssigkeit zu steuern, Lagesensoren an den jeweiligen Antriebselemen­ ten zur Erfassung der Lageänderungswerte der Antriebs­ elemente, Steuerhebeln/-pedalen zur Ausgabe von elektrischen Signalen an den Controller, die den Betäti­ gungswerten entsprechen, und einer Vielzahl von Verstär­ kern, die zwischen dem Controller, den Steuerventilblök­ ken und den Taumelwinkelsteuerventilen angeordnet sind, um die vom Controller ausgegebenen elektrischen Signale für die Steuerventilblöcke und die Taumelwinkelsteuer­ ventile zu verstärken, wobei der elektronische Control­ ler umfaßt:
eine CPU zur Verarbeitung von analogen Eingangssignalen zur Abgabe von Steuersignalen;
einen A/D-Wandler zur Umsetzung von analogen Eingangssi­ gnalen, die den Betätigungswerten der Steuerhebel/-peda­ le entsprechen, in digitale Signale;
einen A/D-Wandler und Zähler zur Umsetzung und Zählung eines Eingangssignales von einem Lagesensor des Schwenk­ motors, das einen Schwenkpositionswert des Schwenkmotors entspricht;
einen ersten und einen zweiten D/A-Wandler zur Umsetzung von digitalen Steuersignalen der CPU in analoge Signale zur Steuerung der Steuerelemente der Wegeventile der An­ triebselemente entsprechend den Betätigungswerten der Steuerhebel/-pedale;
einen dritten D/A-Wandler zur Umsetzung von digitalen Signalen der CPU in analoge Steuersignale zur zusätzli­ chen Ausgabe einer Menge an Hydraulikflüssigkeit und ei­ ner Sollmenge an Hydraulikflüssigkeit; und
Signalverstärkern, die jeweils mit den D/A-Wandlern elektrisch verbunden sind.

2. Steuerverfahren zur automatischen Steuerung eines Steu­ ergerätes, das einen elektronischen Controller zur Steuerung des Betriebes von Antriebselementen enthält, zur Steuerung der Mengen an Hydraulikflüssigkeiten eines Baggers, der die Antriebselemente wie einen Auslegerzy­ linder zur Betätigung eines Auslegers, einen Stielzylin­ der zur Betätigung eines Löffelstieles, einen Schaufel­ zylinder zur Betätigung einer Schaufel, einen Schwenkmo­ tor zum Schwenken eines oberen Rahmens eines Baggers ge­ genüber einem unteren und Fahrmotoren zur Fortbewegung des Baggers sowie Haupthydraulikpumpen zur Versorgung der Antriebselemente mit Hydraulikflüssigkeit, eine hy­ draulische Hilfspumpe zur Bereitstellung von hydrau­ lischer Steuerflüssigkeit, eine Vielzahl von Wegeventi­ len, die jeweils mit den Haupthydraulikpumpen und dem elektronischen Controller zur Steuerung der Bewegungs­ richtung der Antriebselemente und der Menge an Hydrau­ likflüssigkeit verbunden sind, Steuerventilblöcke zur Steuerung der Bewegung von Steuerelementen der Wegeven­ tile entsprechend elektrischer Steuersignale vom Con­ troller, Taumelwinkel-Steuerventile zur Steuerung der Taumelwinkel der Haupthydraulikpumpen, die zwischen dem Controller und den Haupthydraulikpumpen angeordnet sind, um die von diesen abgegebene Menge an Hydraulikflüssig­ keit zu steuern, Lagesensoren an den jeweiligen An­ triebselementen zur Erfassung der Lageänderungswerte der Antriebselemente, Steuerhebel/-pedale zur Ausgabe von elektrischen Signalen an den Controller, die den Betäti­ gungswerten entsprechen, und eine Vielzahl von Verstär­ kern enthält, die zwischen dem Controller, den Steuer­ ventilblöcken und den Taumelwinkelsteuerventilen ange­ ordnet sind, um die vom Controller ausgegebenen elektri­ schen Signale für die Steuerventilblöcke und die Taumel­ winkelsteuerventile zu verstärken, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
bei Erhalt eines Betätigungswertes der Steuerhebel/-pe­ dale feststellen, ob der Betätigungswert nur für den Schwenkmotor zur Durchführung eines Schwenkbetriebes be­ stimmt ist;
bei Erhalt eines Schwenkpositionswertes des Schwenkmo­ tors von dem Lagesensor des Schwenkmotors Berechnen ei­ ner Sollmenge an Hydraulikflüssigkeit, die von der Haupthydraulikpumpe entsprechend dem Betätigungswert des Schwenkmotorhebels zu liefern ist, und einer tatsächli­ chen Menge an Hydraulikflüssigkeit anhand des Schwenkpo­ sitionswertes, die von der Haupthydraulikpumpe geliefert wird, anschließend Vergleich der Sollmenge mit der tat­ sächlichen Menge an Hydraulikflüssigkeit zur Berechnung der Differenz dazwischen; und
bei die Feststellung, daß die Differenz ungleich Null ist, Berechnen einer zusätzlich zur tatsächlichen Menge zu liefernden Menge an Hydraulikflüssigkeit und einer zusätzlichen Sollmenge, um den gewüschten Schwenkbetrieb entsprechend den Betätigungswerten des Schwenkmotorhe­ bels zu erreichen, anschließende Ausgabe eines elektri­ schen Steuersignales an das Taumelwinkel-Steuerventil der Haupthydraulikpumpe, das der zusätzlich zu liefern­ den Sollmenge an Hydraulikflüssigkeit entspricht.

Steuerverfahren zur automatischen Steuerung eines Steu­ ergerätes, das einen elektronischen Controller zur Steuerung des Betriebes von Antriebselementen enthält, zur Steuerung der Mengen an Hydraulikflüssigkeiten eines Baggers, der die Antriebselemente wie einen Auslegerzy­ linder zur Betätigung eines Auslegers, einen Stielzylin­ der zur Betätigung eines Löffelstieles, einen Schaufel­ zylinder zur Betätigung einer Schaufel, einen Schwenkmo­ tor zum Schwenken eines oberen Rahmens eines Baggers ge­ genüber einem unteren und Fahrmotoren zur Fortbewegung des Baggers sowie Haupthydraulikpumpen zur Versorgung der Antriebselemente mit Hydraulikflüssigkeit, eine hy­ draulische Hilfspumpe zur Bereitstellung von hydrau­ lischer Steuerflüssigkeit, eine Vielzahl von Wegeventi­ len, die jeweils mit den Haupthydraulikpumpen und dem elektronischen Controller zur Steuerung der Bewegungs­ richtung der Antriebselemente und der Menge an Hydrau­ likflüssigkeit verbunden sind, Steuerventilblöcke zur Steuerung der Bewegung von Steuerelementen der Wegeven­ tile entsprechend elektrischer Steuersignale vom Con­ troller, Taumelwinkel-Steuerventile zur Steuerung der Taumelwinkel der Haupthydraulikpumpen, die zwischen dem Controller und den Haupthydraulikpumpen angeordnet sind, um die von diesen abgegebene Menge an Hydraulikflüssig­ keit zu steuern, Lagesensoren an den jeweiligen An­ triebselementen zur Erfassung der Lageänderungswerte der Antriebselemente, Steuerhebel/-pedale zur Ausgabe von elektrischen Signalen an den Controller, die den Betäti­ gungswerten entsprechen, und eine Vielzahl von Verstär­ kern enthält, die zwischen dem Controller und den Steu­ erventilblöcken und den Taumelwinkelsteuerventilen ange­ ordnet sind, um die vom Controller ausgegebenen elektri­ schen Signale für die Steuerventilblöcke und die Taumel­ winkelsteuerventile zu verstärken, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
bei Erhalt einer Betriebsgeschwindigkeit eines An­ triebselementes durch dessen Lagesensor feststellen, ob das Antriebselement normal betrieben wird;
wird das Antriebselement nicht normal betrieben, Fest­ stellen, ob die Betriebsgeschwindigkeit des Antriebsele­ mentes die Hälfte einer minimalen Betriebsgeschwindig­ keit des Antriebselementes nicht überschreitet, die dann auftritt, wenn das Antriebselement mit einer Minimalmen­ ge an Hydraulikflüssigkeit von der Haupthydraulikpumpe versorgt wird;
Ausgabe einer minimalen Stromwertes an das Taumelwinkel- Steuerventil, um den Taumelwinkel der Haupthydraulikpum­ pe zu minimieren und dadurch die Menge an Hydraulikflüs­ sigkeit zu minimieren, mit der die Haupthydraulikpumpe das Antriebselement versorgt, falls die Betriebsge­ schwindigkeit des Antriebselementes die Hälfte der mini­ malen Betriebsgeschwindigkeit nicht überschreitet;
wird das Antriebselement normal betrieben, Feststellen, ob die Betriebsgeschwindigkeit des Antriebselementes größer oder gleich 3/4 der minimalen Betriebsgeschwin­ digkeit des Antriebselementes ist; und
Ausgabe eines elektrischen Signales an die Taumelwinkel- Steuerventile, um den Haupthydraulikpumpen die Ausgabe von Mengen an Hydraulikflüssigkeit entsprechend den Be­ tätigungswerten der Steuerhebel/-pedale zu erlauben, falls die Betriebsgeschwindigkeit größer oder gleich 3/4 der minimalen Betriebsgeschwindigkeit ist.