DE19646444B4

DE19646444B4 - Elektrohydraulisches System

Info

Publication number: DE19646444B4
Application number: DE19646444A
Authority: DE
Inventors: Winfried RÜB
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1996-11-11
Filing date: 1996-11-11
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2016-11-12
Also published as: DE19646444A1

Abstract

Elektrohydraulisches System für mobile Arbeitsmaschinen mit:
zumindest zwei scheibenförmig ausgebildeten hydraulischen Komponenten (2a, 2b, 2c; 3) zur Ansteuerung der mobilen Arbeitsmaschine, die über ihre Stirnflächen zu einem Steuerblock (200) zusammengefaßt sind,
einer elektronischen Steuereinheit (1) zur Ansteuerung von Betätigungselementen für die hydraulischen Komponenten (2a, 2b, 2c; 3),
wobei die elektronische Steuereinheit (1) in Scheibenform ausgebildet ist und ein metallisches Gehäuse aufweist, eine Stirnfläche der elektronischen Steuereinheit (1) an eine Stirnfläche der hydraulischen Komponenten (2a, 2b, 2c; 3) angeflanscht ist, die Stirnflächen der hydraulischen Komponenten (2a, 2b, 2c; 3) und der elektronischen Steuereinheit (1) gleiche Außenabmessungen haben und eine Masseverbindung über die Gehäuse der Steuereinheit (1) und der hydraulischen Komponenten (2a, 2b, 2c; 3) gebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrohydraulisches System für mobile Arbeitsmaschinen.
In den letzten Jahren hat der Einsatz der Hydraulik bei beweglichen Maschinen zugenommen. Das trifft vor allem für Erdbaumaschinen, Flurförderfahrzeuge, Ackerschlepper und selbstfahrende Erntemaschinen zu. Da hydrostatische Fahrantriebe zwar eine Geschwindigkeitsregulierung ohne Schalten gestatten, jedoch einen geringen Wirkungsgrad haben, erfolgt eine Anwendung dieser Antriebe in erster Linie bei Fahrzeugen, bei denen die Vorwärtsbewegung nur einen geringen Anteil bei den Arbeitsaufgaben hat. Das Haupteinsatzgebiet hydraulischer Antriebe ist daher in der Betätigung von Arbeitsorganen zu sehen. Zur Umsetzung dieser Betätigung werden hydraulische Drehwinkelerzeuger und hydraulische Huberzeuger verwendet.
Hydraulische Antriebe in der Mobilhydraulik werden vorwiegend elektrisch angesteuert. Diese Ansteuerungsvariante gestattet bei kleinem Gerätevolumen eine optimale Führung des Arbeitsablaufs und einen verringerten Energieverlust bei häufig wechselnden Betriebszuständen. In elektrohydraulischen Systemen können hydraulische Ventile durch Schaltmagnete geöffnet und geschlossen werden oder werden Stetigventile gesteuert oder entsprechend verarbeiteten Meßwerten geregelt. Es zeichnet sich die Tendenz ab, daß in naher Zukunft der Preis hydraulisch-mechanischer Lösungen über dem von elektrohydraulischen Systemen liegen wird. Daher werden elektrische Lösungen in Zukunft für den Anwender noch interessanter werden.
Herkömmliche elektrohydraulische Systeme in beweglichen Maschinen sind derart strukturiert, daß elektrische Betätigungsmodule an jeder gesteuerten Ventilsektion befestigt sind. Das Zusammenwirken der Ventilsektionen wird über eine weitere elektrische Steuerungsvorrichtung koordiniert. Diese Struktur gestattet die modulare Anordnung ähnlicher Komponenten nebeneinander, wobei jedoch der Verdrahtungsaufwand relativ hoch ist und ein hoher Aufwand bei der Kabelverlegung erforderlich ist.
Aus dem stationären Maschinenbau ist bekannt, Ventilbaugruppen in Sandwichbauweise in geringem Abstand zu einem Steuerungssystem, jedoch getrennt von diesem vorzusehen. In der Mobilhydraulik würden die Kabel zwischen Steuerungseinrichtung und Ventil bei einer solchen Bauweise hohen Belastungen ausgesetzt werden, was Funktionsfehler begünstigen würde.

Dokument DE 34 27 906 C2 offenbart einen Steuerblock für die Modulation des Bremsdrucks in einer Blockierschutz-Einrichtung von Kraftfahrzeugen, bei dem Drucksteuerventil-Bausteine und ein Elektronik-Baustein zu einem Steuerblock zusammenstellbar sind. Dabei sind entsprechend die Stirnflächen des Elektronik-Bausteins größer als die Stirnflächen der Drucksteuerventil-Bausteine. Die Steckverbindungen verlaufen außen, so dass jeder Baustein für sich allein in einer Blockierschutz-Einrichtung verwendbar ist.

In Dokument DE 3312730 bezieht sich auf eine Ventilstation, bei der die Stirnflächen der Steuereinheit und der hydraulischen Komponenten unterschiedliche Außenabmessungen haben und es mehrere elektrische Steckverbindungen je Baustein gibt.

Die vorliegende Aufgabe wird durch ein elektrohydraulisches System nach Anspruch 1 gelöst.

Bei diesem System ist die elektronische Steuereinheit mit den hydraulischen Komponenten körperlich verbunden und kann diesen über kurze Kabellitzen bzw. elektrische Leitungen elektrische Signale zuführen. Dadurch wird der Kabelverlegungsaufwand verringert und werden Verdrahtungsfehler minimiert. Ferner kann die Steuereinheit mit den hydraulischen Komponenten als ein Block vorgesehen werden und als Block schon beim Baugruppenhersteller getestet werden. Auch die Fehlersuche in einem Gesamtsystem wird erleichtert.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 2, bei der die Außenabmessungen der hydraulischen Komponenten im wesentlichen gleich gestaltet sind, wird die modulare Struktur durch Kombination der Steuereinheit mit hydraulischen Komponenten verschiedenster Funktionen unterstützt. Der Baugruppenhersteller kann auch durch die Änderung der Anzahl der hydraulischen Komponenten den Kundenwünschen durch Anpassung an die spezielle Anwendung Rechnung tragen.

Das Gehäuse um die elektronische Steuereinheit nach Anspruch 3 stellt sicher, daß keine Beeinträchtigung der elektrischen Bauteile der Steuereinheit erfolgt. Metall ist dabei aufgrund der guten Abschirmwirkung zu bevorzugen.

Mit der Weiterbildung nach Anspruch 4, bei der das metallische Gehäuse der Hydraulikkomponente und der elektronischen Steuereinheit als Masseleiter dienen, ist es möglich, den Verdrahtungaufwand zu halbieren ohne die Funktion zu beeinträchtigen. Eine solche Gestaltung ist beim Stand der Technik nicht möglich, da die Steuereinheit und die hydraulischen Komponenten räumlich getrennt sind und aufgrund von Leitfähigkeitsproblemen an den Befestigungseinrichtungen der Steuereinheit und der hydraulischen Komponenten ein gemeinsamer Masseanschluß am Gehäuse nicht sinnvoll ist. Ferner wird die Größe auftretender elektromagnetischer Störfelder verkleinert und somit das elektromagnetische Verhalten des Gesamtsystems verbessert.

Durch die Weiterbildung gemäß Anspruch 5 ist die Durchführung der elektrischen Verbindungseinrichtung durch das metallische Gehäuse der Steuereinheit gegen Strahlwasser geschützt. Dadurch tritt keine Beeinträchtigung der elektronischen Bauteile durch eindringendes Fluid auf.

Bedingt durch die Gestaltung des elektrohydraulischen Systems in Blockform und durch die Funktionsintegration, ist nur noch eine geringe Zahl an Signalleitungen zur Ansteuerung des Systems erforderlich. Diese Leitungen können in einem Kabelbaum mit einer einzigen gemeinsamen Kopplungseinrichtung zusammengefaßt werden, wie es in Anspruch 6 dargelegt ist. Eine falsche Verkabelung der Anschlüsse des Systems, z.B. irrtümlicherweise mit den Sensoranschlüssen statt mit der Kopplungseinrichtung für die Steuereinheit, kann weitestgehend ausgeschlossen werden. Somit nimmt die Funktionssicherheit zu.

Die Kopplungseinrichtungen zur Bereitstellung von Sensorsignalen aus Anspruch 7 gestatten eine Systemüberwachung und eine anschließende Regelung bestimmter Parameter von außen. Dieses Merkmal verbessert ebenfalls die Funktionsfähigkeit des Systems.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen erläutert.
1 zeigt eine Vorderansicht eines elektrohydraulischen Systems,
2 zeigt eine Draufsicht des elektrohydraulischen Systems von 1 und
3 zeigt eine Seitenansicht von links des in 1 gezeigten elektrohydraulischen Systems.
3 zeigt ein elektrohydraulisches System für ein Nutzfahrzeug bzw. einen Ackerschlepper, das eine elektronische Steuereinheit 1 und hydraulische Kompenenten 2a, 2b, 2c, 3 aufweist, über die Aggregate des Ackerschleppers bzw. Kraftheber ansteuerbar sind. Die hydraulischen Komponenten 2a, 2b, 2c, 3 sind in Komponentengehäusen 20a, 20b, 20c, 30 in Scheibenbauweise aufgenommen und zu einem Steuerblock zusammengefügt
Die hydraulischen Komponenten können die Richtung und die Größe des Volumenstroms oder den Druck im Hydrosystem beeinflussen. D.h. sie können Druck-, Strom- oder Wegeventilanordnungen beinhalten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden für die Ventilanordnungen allgemein die Bezugszeichen 2a, 2b, 2c und 3 verwendet.
Die in Scheibenform ausgebildeten Ventilanordnungen 2a, 2b, 2c, 3 haben außer in Dickerichtung D (siehe 2) im wesentlichen die gleichen Außenabmessungen A, B (siehe 1), damit diese modular zusammengesetzt werden können. Hydraulische Anschlüsse 31a–31d, d.h. Druckanschluß, Steueranschluß, Ablaufanschluß und Leckanschluß, können über eine entsprechende Gestaltung der Anschlußbilder zwischen den Ventilen innerhalb der Ventilbaugruppe vorgesehen werden und münden in den Außenflächen der Ventilscheiben. Arbeitsanschlüsse 21, 22 sind gemäß 1 an der oberen Seitenfläche der Ventilscheibe ausgebildet und dienen der Herstellung der hydraulischen Verbindung mit den Verbrauchern. Diese können über Schlauchkupplungen angeschlossen werden, die über Hebel betätigbar sind. Diese Befestigungshebel sind so angeordnet, daß keine Kollision mit den Kabel auftritt. Somit wird einer Kabelübermüdung durch Kontakt mit den Hebeln vorgebeugt.
Wie es im unteren Abschnitt von 1 gezeigt ist, befinden sich an den Ventilscheiben Elektromagnete, die bei Betrachtung von 1 im unteren Abschnitt nebeneinander (23 und 24) oder an den seitlichen Abschnitten entgegengesetzt zueinander (33 und 34) ausgebildet sind und über Ventile der in den Ventilscheiben aufgenommenen Ventilanordnungen betätigbar sind. Diese Elektromagneten 33, 34 bzw. 23, 24 werden jeweils über eine Ader der Kabellitze 11 bestromt.
Die Ventilscheibe 3 der zumindest zwei Ventilscheiben bildet eine Stirnseite des Steuerblocks. Über die Steuerfunktion hinaus dient diese zur hydraulischen Ankopplung des elektrohydraulischen Systems an die gesamte hydraulische Anlage. Zu diesem Zweck weist die Ventilscheibe hydraulische Anschlüsse 31a bis 31d auf, die die Funktion haben, die hydraulische Verbindung mit dem Druckanschluß, Steueranschluß, Ablaufanschluß bzw. Leckanschluß der Ventile 2a, 2b, 2c gesteuert herzustellen. Diese Anschlüsse 31 sind in der Stirnwand 35 der Ventilscheibe 3 ausgebildet.
Ferner sind Sensoranschlüsse 32a, 32b und 32c an der Oberseite und der Unterseite dieser hydraulischen Komponente 3 ausgebildet, wie es in den 2 und 3 gezeigt ist. An diesen Sensoranschlüsse liegt das Ausgangssignal von Sensoren zur Erfassung von Parametern im elektrohydraulischen System an. Diese Signale können aus dem elektrohydraulischen System herausgeführt werden und weiterverarbeitet werden. Vorzugsweise liegen die Sensoranschlüsse 32a und 32b an der zu den anderen elektrischen Anschlüssen entgegengesetzten Seite, um die gegenseitige Beeinflussung von Kabeln zur Stromversorung der Magnete und von Kabeln, die Sensorsignal führen, zu vermeiden.
Die Kabellitze 11 der Elektromagneten 23, 24 und 33, 34 der Ventilscheiben 2 und 3 laufen in einer elektronischen Steuereinheit 1 zusammen. Diese Steuereinheit 1 befindet sich an der zur Ventilscheibe 3 entgegengesetzten Stirnfläche des Steuerblocks und steuert die Betätigung der Elektromagnete 23, 24 und 33, 34 und damit die der Ventile 2a, 2b, 2c und 3. Die Steuereinheit 1 kann über eine einzige Steckverbindungseinrichtung mit einem Kabelbaum verbunden werden, der den Kontakt mit den Bedienelementen, z.B. dem Sollwertgeber, der Programmiereinrichtung, der Fehlersucheinrichtung u.a., herstellt. Dieser Kabelbaum kann Teil eines Bussystems sein, das die Verbindung zu einem Leitsystem sicherstellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Elektromagnete nur mit je einer Ader der Kabellitze 11 mit der Steuereinheit 1 verbunden. Die Masse wird dabei durch den Ventilblock gebildet, der wiederum mit der Masse der Steuereinheit 1 und der Masse des Elektromagneten 23, 24 und 33, 34 verbunden ist. Dadurch wird der Verdrahtungsaufwand halbiert.
Auch durch die Anordnung der Magnete 23, 24 bzw. 33, 34 an den Ventilscheiben 2a, 2b, 2c, 3 kann die Litzenlänge beeinflußt werden. Wenn sich sowohl der Kabelanschluß für die Steuereinheit 1 als auch der für die Magnete an der gleichen Fläche des elektrohydraulischen Systems befindet, ist nur ein minimaler Verkabelungsaufwand erforderlich. Dabei ist es zu bevorzugen, daß die paarweise angeordneten Magnete 23, 24 bzw. 33, 34 an der gleichen Seitenfläche oder zu mindest an zwei benachbarten Seitenflächen vorgesehen werden.
Die Abmessungen A und B können gleich groß sein, um zu ermöglichen, daß die Steuereinheit 1 in Abhängigkeit von der Anordnung der Magnete 23, 24 bzw. 33, 34 um 90° gedreht vorgesehen werden kann und trotzdem die Blockanordnung möglich ist. Es ist zu bevorzugen, daß die Kabel der Steuereinheit 1 an der Seite aus dem Gehäuse 12 der Steuereinheit 1 herausführen, an der die größte Anzahl an Magnetanschlüssen der Ventilscheiben 2a, 2b, 2c, 3 vorgesehen ist.
Um das Eindringen von Strahlwasser in die Steuereinheit 1 zu vermeiden, weist diese ein metallisches Schutzgehäuse 12 auf, das dicht ausgeführt ist. Somit kann die Steuereinheit nahe an den Ventilen 2a, 2b, 2c vorgesehen werden und gleichzeitig eine sichere Funktion garantiert werden.
Wie es in 3 gezeigt ist, können die Kabel der Kabellitze 11 durch einen Deckel 13 aus der Steuereinheit 1 herausgeführt werden. Dadurch braucht nur der Deckel 13, in dem die Kabel abgedichtet vorgesehen sind, gegenüber dem Gehäuse 12 gegen das Eindringen von Fluid dicht gestaltet werden.
Mit diesem elektrohydraulischen System wird eine einbaufertige Vorrichtung geschaffen, die an beliebige Anwendungsfälle anpaßbar ist und eine kundenorientierte Zusammenstellung von Einzelfunktionen gestattet. Es wird modular gearbeitet und gleichzeitig der Verdrahtungsaufwand und der Umfang der Ansteuerelektronik minimiert. Ferner trägt die vorliegende Erfindung dem Kompaktheitsgebot in der Mobilhydraulik Rechnung.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf ein elektrohydraulisches System für mobile Arbeitsmaschinen, bei dem hydraulische Komponenten zur Beeinflussung eines Fluidstroms durch eine elektronische Steuereinheit angesteuert werden, die sich körperlich an diesen hydraulischen Komponenten befindet. Durch diese Anordnung verringert sich der Verdrahtungsaufwand und erhöht sich die Funktionsdichte der hydraulischen Baugruppe.
Bei im wesentlichen gleichen Außenabmessungen können durch den Einsatz verschiedener Hydraulikmodule Lösungen speziell auf einen Kunden zugeschnitten werden.
Ferner kann durch die Verwendung der metallischen Bauteile als Masse der Verdrahtungsaufwand weiter gesenkt werden.

Claims

Elektrohydraulisches System für mobile Arbeitsmaschinen mit: zumindest zwei scheibenförmig ausgebildeten hydraulischen Komponenten (2a, 2b, 2c; 3) zur Ansteuerung der mobilen Arbeitsmaschine, die über ihre Stirnflächen zu einem Steuerblock (200) zusammengefaßt sind, einer elektronischen Steuereinheit (1) zur Ansteuerung von Betätigungselementen für die hydraulischen Komponenten (2a, 2b, 2c; 3), wobei die elektronische Steuereinheit (1) in Scheibenform ausgebildet ist und ein metallisches Gehäuse aufweist, eine Stirnfläche der elektronischen Steuereinheit (1) an eine Stirnfläche der hydraulischen Komponenten (2a, 2b, 2c; 3) angeflanscht ist, die Stirnflächen der hydraulischen Komponenten (2a, 2b, 2c; 3) und der elektronischen Steuereinheit (1) gleiche Außenabmessungen haben und eine Masseverbindung über die Gehäuse der Steuereinheit (1) und der hydraulischen Komponenten (2a, 2b, 2c; 3) gebildet wird.
Elektrohydraulisches System nach Anspruch 1, bei dem das metallische Gehäuse der elektronischen Steuereinheit (1) dicht ist.
Elektrohydraulisches System nach Anspruch 2, bei dem die Durchführung der elektrischen Verbindungseinrichtung (11), die die elektronische Steuereinheit (1) und die Hydraulikkomponenten (2a, 2b, 2c; 3) miteinander verbindet, durch das metallische Gehäuse bezüglich Strahlwasser dicht ist.