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Steuerung von hydraulisch angetriebenen Bagger- und
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Auslegerkranen Die Erfindung betrifft ölhydraulisch angetriebene
auf Bädern oder Raupen verfahrbare Bagger und Auslegerkrane iit einen zentralen
Bedienungastand am Gerät oder in der Nähe davon für die Eingab der elektrischen
Befehls- und Steuersignale zum Auslösen und Steuern der einzelnen Arbeitsbewegungen
und iit von dort über elektrische Steuerleitungen elektrisch bzw. elektro-hydraulisch
fernbetätigte Ventile, Steuer-, Regel- und Betätigungsorgane für die ansteuerung
von Pumpen, Motoren und Zylindern sowie für das Einlegen und Freigeben von Bremsen,
Kupplungen u.dgl., mit einer oder mehreren Arbeitspumpen und einer oder mehreren
Steuerpumpen bzv.
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einem oder mehreren vom Arbeitsöl abgezweigten Steuerölkreisen.
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Es ist bekannt, hydraulisch angetriebene, auf Rädern oder Raupen verfahrbare
Bagger und Auslegerkrane von einem zentralen Bedienungsutand as Gerät oder in der
Nähe davon durch elektrische Signale zu steuern, indem die in dem Steuerstand eingegebenen
Signale über elektrische Steuerleitungen den eloktrisch- bzw. elektro-hydraulischen
fernbetätigten Ventilen, Steuer- und Regelorganen zugeleitet werden.
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Es ist notwendig daB die Steuerdrücke dor hydraulisch angestouerten
Funktionen in einem definierten Abhängigkeitsverhältnis zu den am Steuerstand singogebenen
elektrischen Signalen stehen.
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Hierfür wurde eine Lösung mit der anmeldung P 23 31 424.1-13 und der
Zusatzanmeldung P 24 404.4 offengelegt.
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Bei den bisher ausgeführten hydraulisch oder mechanisch angetriebenen/auf
Rädern oder Raupenfahrwerken verfahrbaren Baggern und Auslegerkranen ist von Nachteil,
daß bei Auslösung von Arbeitsbewegungen nicht nur diese angesteuert werden müssen,
sondern gleichzeitig auch Einrichtungen, beispielsweise für das Öffnen der Bremsen
oder Einlagen der Kupplungen. Es ist zwar möglich, Brensen und Kupplungen auch ohne
zusätzliche Handbetätigung, z.B.
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über einen aufgebauten Arbeitsdruck zu schalten; hierbei treten aber
steuertechnische Probleme auf, deren bekannte Lösung bis heute nicht befriedigen.
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Zs werden also bei einer Hydraulikanlage, wie sie für den Antrieb
von Baggern, Kranen oder ähnlichen Geräten üblich ist, bei Ansteuerung einer Antriebsfunktion
in der Regel mehrere Einzelfunktionen (z.B. Pumpensteuerung, Ventilsteuerung, Bremsensteuerung,
Kupplungssteuerung usw.) gleichzeitig oder in zeitlicher Abstufung geschaltet. Bei
der Überlagerung mehrerer Arbeitsfunktionen (z.B. Windenbetätigung, Schwenken, Fahren
usw.) wird es erforderlich, ein Vielfaches an Einzelfunktionen gleichzeitig abhängig
oder unabhängig voneinander zu gehalten. Hierbei kout es häufig zu Leistungsüberschneidungen
und gegenseitiger Beeinflussung der Steuersignale bzw.
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der Arbeitsbewegungen.
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Ziel der Erfindung ist, daß die Zahl der Bedienungshebel für das Eingeben
der Befehls- und Steuersignale weitermöglichst eingeschränkt, die Zahl der bei optiialer
Bedienung der Geräte doroh den Geräteführer zu kontrollierenden Funktionen weitmöglichst
begrenzt wird, sowie daß die Gruppe der Jeweils ausgelösten Befehlssignale in Abstimmung
lit der Zahl der gleichzeitig oder hintereinander möglichen oder nötigen Arbeitsbewegungen
auf die vorhandenen Puppen verteilt wird. Dabei sollen die Auslösungs-, Vorsteuer-
und Betätigungsorgane in der richtigen Reihenfolge und zeitgerecht so angesteuert
werden, daß die einzelnen Arbeitsbewegungen gegenseitig koordiniert und kontrolliert
ablaufen und die Pumpen bzw. die Pumpenleistungen sinnvoll den jeweils angesteuerten
Motoren und Arbeitszylindern zugeordnet bzw. aufgeteilt werden und auch die vorhandene
Gesamtleistung der Kraftmaschine weitmöglichst ausgenutzt wird.
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Die wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die elektrische Ansteuerung
der elektrisch bzw. elektro-hydraulisch betätigten Steuer-und Betätigungsorgane
aufgrund der eingegebenen elektrischen Befehls-und Steuersignale ZU Auslösen und
Steuern der einzelnen Irbeitsbewegungen über eine Kette von parallel und in Reihe
geschalteten elektronischen, digital arbeitenden Bausteinen, insbesondere auch NAND-Gliedern,
zur Begrenzung der Anzahl der weiterzuleitenden Steuersignale, einschl. der erforderlichen
Verzögerungsglieder erfolgt, die Arbeitsgeschwindigkeiten analog gesteuert und/oder
geregelt werden und durch gegenseitige Bindung der Verriegelung der einzelnen
Steuerketten
die Zulässigkeit der eingegebenen und der deraus folgenden Signale überwacht, kontrolliert
und geregelt und gleichzeitig die Zuordnung und Aufteilung, ggf. über Leistungsverzweigung
der vorhandenen Pumpen bzw. Pumpenleistungen, zu den angesteuerten Motoren und Zylindern
bewirkt wird.
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Der Vorteil dieser Steuerung gegenüber bisher bekannten Steuerungssystemen
liegt 1. in den praktisch leistungsfreien und verschleißlosen Arbeiten des gesamten
elektronischen Steuerungsteiles; 2. in der relativ einfachen Veränderung, Ergänzung
und Erweiterung bezüglich der Signalführung und Überwachung, für den zusätzlichen
Einbau von Sicherheits- und Abschalteinrichtungen o.1., sowie für den Betrieb und
die Kontrolle zusätzlicher Arbeitsfunktionen am Grundgerät, z.B. Bohrgeräte, Rammen
u.dgl.; 3. in der Entlastung des Geräteführers von Nebenkontrollfunktionen; d.h.
seine Konzentration wird auf wenige Hauptfunktionen begrenzt und damit ein frühzeitiges
Absinken seiner Konzentrationsfähigkeit verhindert; 4. in der Reduzierung der physischen
Beanspruchung auf ein Mindestmaß; 5. in der Möglichkeit, die vorhandenen Pumpen
bzw. Pumpenleistungen dem Verbraucher optimal zuzuordnen bzw. zuzuleiten und die
Maschinenleistung weitmöglichst zu nutzen.
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Der gesandte Umfang der Steuerung läßt sich in drei Bereiche aufteilen:
1. Elektrische Befehlsgeräte für die Ausgabe von Digital-u. Analog-Signalen.
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2. Elektronischer Steuerteil fdir die Verarbeitung (logische Verknüpfung
und Verriegelung) der mittels der Befehlsgeräte einer gebenen elektrischen Befehls-
und Steuersignale.
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3. Elektromagnetbetätigte Schalt- und Proportionalhydraulikventile
für die Umsetzung der vom Elektronikteil ausgegebenen Signale in hydraulische Verstell-
und Steuergrößen.
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Ein Beispiel eines typischen Signalverlaufes bei der Ansteuerung von
nur einer Arbeitsfunktion ist in Fig. 1 vereinfacht, aber den Erfindungsgedanken
nicht einschränkend, aufgezeigt.
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In Fig. 2 ist die Möglichkeit von z.B. sieben Befehlseingängen und
deren Verknüpfung und Verriegelung gezeigt.
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Fig. 3 zeigt das Schema der gesanten Steuerung in der Auswirkung auf
die Leistungsverzweigung bei verschiedenen Arbeitseinrichtungen sowie die Betätigung
von Hilfseinrichtungen z.B. Bremsen, Kupplungen, usw.
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Nachstehend ist der Funktionsablauf an Beispiel eines Krangerätes,
welches u.a. mit mehreren Seilwinden bestückt ist, in einzelnen erläutert. Der betrachtete
Signalverlauf in Fig. 1 betrifft die Einzelfunktion: Winde "aufwärte". Das auslösende
Signal wird bei sanueher Betätigung eines Befehlsgerätes (B 1) freigegeben. Dieses
Signal trifft auf der Eingabeseite des elektronischen Steuerteiles nach Vorbereitung
durch eine Verkettung von Sper-UND-Funktionen (u 1.1 bis 1.3) auf einen der Eingänge
der übrigen NAND-Funktionen Fig. 2 (FN 2 bis FN 7). Die Aufgabe dieser NAND-Funktionen
(FN 1 bis FN 7) besteht im wesentlichen darin, die Eingänge von Steuersignalen in
den Elektronikteil der Steuerung auf eine Zahl zu beschränken, welche sowohl durch
die Bauart des Gerätes selbst, als auch durch die von einer Bedienungsperson gleichzeitig
steuerbaren Arbeitsfunktionen gegeben ist. Wird z.B. die Zahl der gleichzeitig und
unabhängig steurbaren Funktionen mit "n" bezeichnet, so sind in der Eingabe seite
der Steuerung verwendeten NAND-Funktionen nit Jeweils n-freien Logikeingängen bestückt.
In Fig. 1 und 2 sind die NAND-Funktionen (FN 1 bis FN 7) mit drei freien Logikeingängen
ausgestattet, d.h., es sind bei einer beliebigen Erweiterung der Anzahl parallelgeschalteter
NAND-Funktionen bis zu max. drei Eingangssignale in der Auswirkung auf die Ausgänge
A1 bis A7 auf die Ansteuerung von bis zu drei getrennten und unabhängigen Arbeitsfunktionen
möglich.
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Der Schaltplan Fig. 1 zeigt den Signalverlauf der vorher genannten
Einzelfunktion. Das Eingabesignal wird von der NAND-Funktion (FN 1)
durchgeschaltet.
Das Signal steht an Ausgang dieser Funktion zur Verfügung und wird in einer ersten
Verzweigung an den Logikeingängen der Sperr- UND-Funktionen (FS 1, FS 2 und FS 3)
und über die Zeitfunktion (FZ 1) an (FS 7) wirksam.
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Die invertierenden Eingänge der Sperr- UND-Funktionen (F8 1 bis F8
7) haben Null-Signale, womit an deren Ausgänge L-Signale anliegen.
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Das Eingangssignal der Funktion (FS 3) wird nun in einer weiteren
Verzweigung an Logikeingang der Sperr- UND-Funktion (PS 6) und über eine Zeitfunktion
(FZ 2) an den Eingängen der Funktion (fS 5 u. FS 6) wirksam.
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Die Ausgangssignale der Funktion (FS 1 bis FS 7) werden verwendet,
ui die Ansteuerung der Verstärkerfunktionen (FV 1 bis FV 10) zu rmöglichen. Diese
Ansteuerung hat zur Folge, daß erst hierdurch die Verstärker ihre Funktionen, näalich
die Weiterleitung der verstärkten Digital- und Analog-Signale zu den Elektromagneten,
übernahmen.
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Die Einleitung der Arbeitsbewegung sowie die Einstellung der gewünschten
Arbeitsgeschwindigkeit der vorher genannten Arbeitsfunktionen "Winde aufwärte" erfolgt
nunmehr durch die von den Elektromagneten verstellten bzw. gesteuerten Hydraulikventile,
Die im Schema dargestellten Knotenpunkte nit einer Reihe von freien Auschlüssen
sowie sämtliche invertierenden Eingänge bieten die Möglichkeit, Verknüpfung und/oder
Verriegelung mit einer beliebigen Anzahl weiterer Funktionen, z.B. Zuordnung und
Zuteilung der vorhandenen Pumpen bzw. Pumpenleistungen zu den Jeweils angesteuerten
Verbrauchern und weitmöglichste Ausnutzung der vorhandenen Maschinenleistung.
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Das Schema der Steuerung und der möglichen Leistungsverzweigung der
Arbeitshydraulik zeigt Fig. 3. Die in Steuerstand der Maschine (1) manuell eingegebenen
Befehle durch Geber bzw. bei Vorwahl eines bestimmten Programmes durch Wahlschalter
werden als Digital- oder Analog-Signale dem elektronischen Steuerteil (2) zugeführt.
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Je nach Bauart der Maschine und sonstigen Erfordernissen können zusätzliche
Signale aus Regeleinrichtungen (3.1), Sicherheitseinrichtungen (3.2) usw. dem Elektronikteil
(2) zugeführt und dort verarbeitet werden. Die elektrischen Ausgangssignale von
Elektronikteil bewirken eine digitale bzw. analoge Verstellung der magnetbetätigten
Hydraulik-Vorsteuerventile (4.1 bis 4.4) s.B. Wegeventile oder Proportionalventile.
In vorliegenden Falle sind die Vorsteuerventile ftr die Hauptpumpenverstellung mit
(4.1), für die Steuerung der hydraulischen Weichen (Cartridge) mit (4.2), der Bremsensteuerung
mit (4.3) und der Kupplungssteuerung mit (4.4) bezeichnet. Die Zuordnung der Haeptpunpen
(5) zu den Umformern (7) an den Arbeitsmaschinen (8.1 bis 8.5) z.B. Windenantriebe,
Schwenkantrieb, Fahrantrieb usw. erfolgt über die hydraulischen Weichen (6).
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L e e r s e i t e