DE4132597A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines baggers - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines baggersInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Betätigungssystem
für Bagger, einer Art Baumaschine, insbesondere auf ein automati
sches Betätigungssystem für Antriebselemente wie Auslegerzylinder,
Stielzylinder, Schaufelzylinder, Schwenkmotor und einem Paar Fahr
motoren des Baggers, das in der Lage ist, die Wirkungsweise der
Antriebselemente zu verbessern und die Kontrolle der Antriebsele
mente zu erleichtern.
Bagger sind üblicherweise mit einer Mehrzahl von Antriebselementen
ausgestattet, die hydraulisch betätigt werden und eine Antriebs
einheit aufweisen, einen Schwenkmotor zum Schwenken des mit einer
Kabine versehenen oberen Rahmens in Bezug zu dem mit Vortriebs
einrichtungen, wie Gleisketten, und den Fahrmotoren zur Fortbewe
gung des Baggers versehenen Fahrgestells, und einer Betätigungs
zylindereinheit, die den Stielzylinder zur Betätigung eines Löf
felstiels, den Auslegerzylinder zur Betätigung des Auslegers und
den Schaufelzylinder zur Betätigung der Schaufel aufweist. Die
Antriebselemente werden durch Steuerhebel/Steuerpedale betätigt,
die in der Kabine angeordnet sind und durch den Bediener betätigt
werden, um wirkungsvoll verschiedene Arbeitsweisen des Baggers,
wie Baggern, Oberflächenbearbeitung, Ladetätigkeiten u. ä. auszu
führen. Bekannte Bagger haben die im folgenden beschriebenen Nach
teile, die eine Erschöpfung des Bedieners und das Auftreten von
Unfällen während des Betriebes verursachen.
Erstens ist es nachteilig, daß die Schaufel des Baggers z. B.
durch einen schweren Fels, eine große Menge Erde o. ä. überlastet
wird. In diesem Fall betätigen die Bediener die Steuerhebel/-peda
le üblicherweise so, daß die Antriebszylinder betätigt werden, um
die überlastete Schaufel entgegen der Baggerrichtung zu bewegen,
damit die überlastete Schaufel von der Überlast befreit wird. Ein
ungeübter Bediener fühlt durch das Rütteln des Baggeraufbaus, das
durch die auf diesen durch die überlastete Schaufel hervorgerufene
Erschütterung herrührt, Unbehagen, so daß er oft die Antriebsele
mente in einem größeren Maß als nötig betätigt, dabei den Wir
kungsgrad des Baggers erheblich beeinträchtigt, während ein geüb
ter Bediener die Betätigungszylinder so effizient handhaben kann,
daß die überlastete Schaufel so betätigt wird, daß sie sich eine
gewünschte Entfernung nach hinten und dann auf eine gewünschte
Höhe bewegt, und dann die Schaufel so betätigt, daß sie sich in
Baggerrichtung bewegt, um das Baggern unter gewünschten Bedingun
gen ohne Überlast fortzusetzen.
Zweitens werden die Steuerhebel/-pedale während des Betriebs des
Baggers gleichzeitig von den Händen und Füßen des Bedieners betä
tigt, so daß eine geübte Handhabung und erhöhte Aufmerksamkeit des
Bedieners vonnöten ist. Besonders bei Baggerarbeiten müssen Dinge,
wie ausgebaggertes Erdreich und ähnliches, die in der Schaufel
enthalten sind, bewegt werden, ohne daß davon etwas herunterfällt,
um sie auf einen LKW zu laden oder an einem anderen Ort aufzu
schütten. Der Bediener achtet sorgfältig darauf, daß bei der
gleichzeitigen Handhabung des Steuerhebels für den Schaufelzylin
der und der Handhabung von anderen Hebeln/Pedalen, wie z. B. für
den Stielzylinder, den Auslegerzylinder, den Schwenkmotor oder der
Fahrmotoren der offene obere Teil der Schaufel parallel oder in
einem Winkel zur absoluten Horizontalen gehalten wird. Bekannte
Bagger haben den Nachteil, daß ernstliche Erschöpfung des Bedie
ners bei wiederholten Baggerarbeiten auftritt, so daß diese Arbei
ten nicht für einen langen Zeitraum fortgeführt werden können, und
weiterhin im Falle eines ungeübten Bedieners der Wirkungsgrad we
gen ungeübter Handhabung der verschiedenen Steuerhebel/-pedale zur
Baggerrichtung in die entgegengesetzte Richtung zu ermöglichen,
wobei der Steuervorgang folgende Schritte aufweist:
Ansteuerung des Schaufelzylinders zur Bewegung in die entgegengesetzte Richtung durch Änderung der Flußrichtung der Haupthydraulikflüssigkeit, mit der dieser versorgt wird, um die Schaufel in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen, um sie von der Überlast zu befreien;
Ansteuerung des Stielzylinders und des Auslegerzylinders zur Bewegung in die entgegengesetzte Richtung durch Änderung der Flußrichtung der Haupthydraulikflüssigkeit, mit der diese versorgt werden, um den Löffelstiel und den Ausleger anzuheben, und dadurch die Schaufel anzuheben; und
Fortsetzung des gewünschten Betriebs des Baggers durch Betätigen der Steuerhebel/-pedale, wenn festgestellt ist, daß die Schaufel nicht überlastet ist, wobei das Verfahren erneut durchgeführt wird, wenn festgestellt wird, daß die Schaufel erneut überlastet ist;
dadurch wird die Schaufel, die überlastet ist, automatisch ge steuert, um sie von der Überlast zu befreien.
Ansteuerung des Schaufelzylinders zur Bewegung in die entgegengesetzte Richtung durch Änderung der Flußrichtung der Haupthydraulikflüssigkeit, mit der dieser versorgt wird, um die Schaufel in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen, um sie von der Überlast zu befreien;
Ansteuerung des Stielzylinders und des Auslegerzylinders zur Bewegung in die entgegengesetzte Richtung durch Änderung der Flußrichtung der Haupthydraulikflüssigkeit, mit der diese versorgt werden, um den Löffelstiel und den Ausleger anzuheben, und dadurch die Schaufel anzuheben; und
Fortsetzung des gewünschten Betriebs des Baggers durch Betätigen der Steuerhebel/-pedale, wenn festgestellt ist, daß die Schaufel nicht überlastet ist, wobei das Verfahren erneut durchgeführt wird, wenn festgestellt wird, daß die Schaufel erneut überlastet ist;
dadurch wird die Schaufel, die überlastet ist, automatisch ge steuert, um sie von der Überlast zu befreien.
Des weiteren liefert die Erfindung ein Verfahren zur automatischen
Steuerung eines Gerätes zur Betätigung von Antriebselementen eines
Baggers, das Steuerventilblöcke zur Steuerung der Bewegung von
Steuerelementen von Wegeventilen zur Steuerung von Volumenströmen
einer Hydraulikflüssigkeit zur Versorgung der Antriebselemente des
Baggers enthält, wobei diese einen Auslegerzylinder für einen
Ausleger, einen Stielzylinder für einen Löffelstiel, einen
Schaufelzylinder für eine Schaufel, einen Schwenkmotor zum
Schwenken eines oberen Rahmens des Baggers gegenüber einem unteren
Rahmen des Baggers und Fahrmotoren zur Fortbewegung des Baggers
umfassen, sowie Taumelwinkel-Steuerventile zur Ansteuerung von
Taumelwinkel-Steuereinrichtungen zur Steuerung der von Haupt
hydraulikpumpen geförderten Volumenströme, Lageänderungssensoren,
die an den jeweiligen Antriebselementen angebracht sind und die
die Werte der Lageänderung von diesen erfassen, und einen
elektronischen Controller, der mit den Bedienhebeln/-pedalen zur
Betätigung der entsprechenden Antriebselemente elektrisch ver
bunden ist, wobei das Verfahren ferner folgende Schritte umfaßt:
Einstellung einer anfänglichen Winkelstellung der Schaufel zur absoluten Horizontalen der Bodenoberfläche durch den elektronischen Controller, um die anfängliche Winkelstellung im Controller zu speichern, wenn sich der Schaufelsteuerhebel der Steuerhebel/-pedale in der Neutralstellung befindet, beim Empfang von Lageänderungssignalen der Lageänderungssensoren der entsprechenden Antriebselemente einem Signal, das dem Winkel eines Aufbaus zur absoluten Horizontalen entspricht, das durch eine Einrichtung zur Bestimmung des Weigungswinkels des Aufbaus ausgegeben wird, und einem Signal von einem Auswahlschalter entsprechend dem ein- oder ausgeschalteten Zustand des Schalters, wobei diese Einrichtungen und der Auswahlschalter elektrisch mit dem Controller verbunden sind;
Berechnung des tatsächlichen Winkels der Schaufel zur Horizontalen, der sich in Abhängigkeit der Bewegungen der Antriebselemente mit Ausnahme des Schaufelzylinders ändern kann, zur Berechnung der Differenz zwischen der anfänglichen Winkelstellung und dem tatsächlichen Winkel der Schaufel, und
Steuerung des Wegeventils des Schaufelzylinders, um die Schaufel ohne Änderung zu halten, falls die Differenz Null ist, jedoch einen Steuerungswert in Abhängigkeit von der Differenz zu bilden, falls diese ungleich Null ist, um die Schaufel so zu steuern, daß sie in einem gewünschten Winkel zur Horizontalen gehalten wird;
dadurch wird die Schaufel automatisch so gesteuert, daß sie einen Winkel zur absoluten Horizontalen beibehält, um den Schau felinhalt vor dem Herabfallen zu schützen.
Einstellung einer anfänglichen Winkelstellung der Schaufel zur absoluten Horizontalen der Bodenoberfläche durch den elektronischen Controller, um die anfängliche Winkelstellung im Controller zu speichern, wenn sich der Schaufelsteuerhebel der Steuerhebel/-pedale in der Neutralstellung befindet, beim Empfang von Lageänderungssignalen der Lageänderungssensoren der entsprechenden Antriebselemente einem Signal, das dem Winkel eines Aufbaus zur absoluten Horizontalen entspricht, das durch eine Einrichtung zur Bestimmung des Weigungswinkels des Aufbaus ausgegeben wird, und einem Signal von einem Auswahlschalter entsprechend dem ein- oder ausgeschalteten Zustand des Schalters, wobei diese Einrichtungen und der Auswahlschalter elektrisch mit dem Controller verbunden sind;
Berechnung des tatsächlichen Winkels der Schaufel zur Horizontalen, der sich in Abhängigkeit der Bewegungen der Antriebselemente mit Ausnahme des Schaufelzylinders ändern kann, zur Berechnung der Differenz zwischen der anfänglichen Winkelstellung und dem tatsächlichen Winkel der Schaufel, und
Steuerung des Wegeventils des Schaufelzylinders, um die Schaufel ohne Änderung zu halten, falls die Differenz Null ist, jedoch einen Steuerungswert in Abhängigkeit von der Differenz zu bilden, falls diese ungleich Null ist, um die Schaufel so zu steuern, daß sie in einem gewünschten Winkel zur Horizontalen gehalten wird;
dadurch wird die Schaufel automatisch so gesteuert, daß sie einen Winkel zur absoluten Horizontalen beibehält, um den Schau felinhalt vor dem Herabfallen zu schützen.
Ferner liefert die Erfindung ein Verfahren zur automatischen
Steuerung eines Gerätes zur Betätigung von Antriebselementen eines
Baggers, das Steuerventilblöcke zur Steuerung der Bewegung von
Steuerelementen von Wegeventilen zur Steuerung von Volumenströmen
an Hydraulikflüssigkeit zur Versorgung der Antriebselemente des
Baggers enthält, wobei diese einen Auslegerzylinder für einen
Ausleger, einen Stielzylinder für einen Löffelstiel, einen
Schaufelzylinder für eine Schaufel, einen Schwenkmotor zum
Schwenken eines oberen Rahmens des Baggers gegenüber einem unteren
Rahmen des Baggers und Fahrmotoren zur Fortbewegung des Baggers
umfassen, sowie Taumelwinkel-Steuerventile zur Ansteuerung von
Taumelwinkel-Steuereinrichtungen zur Steuerung der von Haupt
hydraulikpumpen geförderten Volumenströme, Lageänderungssensoren,
die an den jeweiligen Antriebselementen angebracht sind und die
die Werte der Lageänderung von diesen erfassen, und einen
elektronischen Controller, der mit den Bedienhebeln/-pedalen zur
Betätigung der entsprechenden Antriebselemente elektrisch ver
bunden ist, wobei das Verfahren ferner folgende Schritte umfaßt:
Empfangen von Positionswerten der betreffenden Antriebselemente, eines Weigungswinkels des Aufbaus des Baggers und eines Neigungswinkels der zu bearbeitenden Bodenfläche;
die Verarbeitung des Weigungswinkels der Bodenfläche, um einen Weigungswinkel zwischen der Bodenfläche und dem Aufbau zu erhalten;
Berechnung von kompensierten Betätigungswerten für den Schaufelzylinder und den Auslegerzylinder in Zusammenhang mit den Betätigungswerten des Löffelstiels und des Schwenkmotors, um die Vorderkante oder Unterseite der Schaufel so zu steuern, daß diese die Bodenfläche ständig berührt, unabhängig von der Bewegung des Baggers; und
Ausgabe des kompensierten Betätigungswertes an den Schaufelzylinder und den Auslegerzylinder;
dadurch wird der Schaufelzylinder und der Auslegerzylinder au tomatisch so gesteuert, daß die erwünschte Oberflächenend bearbeitung durch Bedienung des Stielzylinders durchgeführt wird.
Empfangen von Positionswerten der betreffenden Antriebselemente, eines Weigungswinkels des Aufbaus des Baggers und eines Neigungswinkels der zu bearbeitenden Bodenfläche;
die Verarbeitung des Weigungswinkels der Bodenfläche, um einen Weigungswinkel zwischen der Bodenfläche und dem Aufbau zu erhalten;
Berechnung von kompensierten Betätigungswerten für den Schaufelzylinder und den Auslegerzylinder in Zusammenhang mit den Betätigungswerten des Löffelstiels und des Schwenkmotors, um die Vorderkante oder Unterseite der Schaufel so zu steuern, daß diese die Bodenfläche ständig berührt, unabhängig von der Bewegung des Baggers; und
Ausgabe des kompensierten Betätigungswertes an den Schaufelzylinder und den Auslegerzylinder;
dadurch wird der Schaufelzylinder und der Auslegerzylinder au tomatisch so gesteuert, daß die erwünschte Oberflächenend bearbeitung durch Bedienung des Stielzylinders durchgeführt wird.
Außerdem liefert die vorliegende Erfindung ein Gerät zur
automatischen Betätigung von Antriebselementen eines Baggers, das
Steuerventilblöcke zur Steuerung der Bewegung von Steuerelementen
von Wegeventilen zur Steuerung von Volumenströmen einer
Hydraulikflüssigkeit zur Versorgung der Antriebselemente des
Baggers enthält, wobei diese einen Auslegerzylinder für einen
Ausleger, einen Stielzylinder für einen Löffelstiel, einen
Schaufelzylinder für eine Schaufel, einen Schwenkmotor zum
Schwenken eines oberen Rahmens des Baggers gegenüber einem unteren
Rahmen des Baggers und Fahrmotoren zur Fortbewegung des Baggers
umfassen, sowie Taumelwinkel-Steuerventile zur Ansteuerung von
Taumelwinkel-Steuereinrichtungen zur Steuerung der von Haupt
hydraulikpumpen geförderten Volumenströme, Lageänderungssensoren,
die an den jeweiligen Antriebselementen angebracht sind und die
die Werte der Lageänderung von diesen erfassen, und einen
elektronischen Controller, der mit den Bedienhebeln/-pedalen zur
Betätigung der entsprechenden Antriebselemente elektrisch
verbunden ist, daß ferner umfaßt:
eine Funktionswahl-Schalttafel, die mit Wahltastern zur Auswahl der Betriebsbereicher des Baggers, z. B. einer Arbeitsebene, einer oberen Grenzhöhe, einer unteren Grenzhöhe, eines maximalen rechten und linken Schwenkwinkels sowie eines Betriebsradius, einer Anzahl Zifferntasten, einem Sensor zur Bestimmung eines Nei gungswinkels des Aufbaus und einem manuellen Wahlschalter zum Ein- und Ausschalten der Funktionen ausgestattet ist, die durch die Funktionswahl-Schalttafel ausgeführt werden, wobei diese Schalter und der Sensor elektrisch mit dem Controller verbunden ist;
dadurch wird der Betriebsbereich der Antriebelemente des Baggers automatisch begrenzt.
eine Funktionswahl-Schalttafel, die mit Wahltastern zur Auswahl der Betriebsbereicher des Baggers, z. B. einer Arbeitsebene, einer oberen Grenzhöhe, einer unteren Grenzhöhe, eines maximalen rechten und linken Schwenkwinkels sowie eines Betriebsradius, einer Anzahl Zifferntasten, einem Sensor zur Bestimmung eines Nei gungswinkels des Aufbaus und einem manuellen Wahlschalter zum Ein- und Ausschalten der Funktionen ausgestattet ist, die durch die Funktionswahl-Schalttafel ausgeführt werden, wobei diese Schalter und der Sensor elektrisch mit dem Controller verbunden ist;
dadurch wird der Betriebsbereich der Antriebelemente des Baggers automatisch begrenzt.
Die vorliegende Erfindung liefert außerdem ein Verfahren zur
automatischen Steuerung eines Gerätes zur Betätigung von
Antriebselementen eines Baggers, das Steuerventilblöcke zur
Steuerung der Bewegung von Steuerelementen von Wegeventilen zur
Steuerung von Volumenströmen an Hydraulikflüssigkeit zur
Versorgung der Antriebselemente des Baggers enthält, wobei diese
einen Auslegerzylinder für einen Ausleger, einen Stielzylinder für
einen Löffelstiel, einen Schaufelzylinder für eine Schaufel, ei
nen Schwenkmotor zum Schwenken eines oberen Rahmens des Baggers
gegenüber einem unteren Rahmen des Baggers und Fahrmotoren zur
Fortbewegung des Baggers umfassen, sowie Taumelwinkel-
Steuerventile zur Ansteuerung von Taumelwinkel-Steuereinrichtungen
zur Steuerung der von Haupthydraulikpumpen geförderten
Volumenströme, Lageänderungssensoren, die an den jeweiligen
Antriebselementen angebracht sind und die die Werte der Lageände
rung von diesen erfassen, und einen elektronischen Controller, der
mit den Bedienhebeln/-pedalen zur Betätigung der entsprechenden
Antriebselemente elektrisch verbunden ist und eine Funktionswahl-
Schalttafel vorgesehen ist, die mit Wahltastern zur Auswahl des
Betriebsbereiches des Baggers, z. B. einer Bezugsebene, einer obe
ren Grenzhöhe, einer unteren Grenzhöhe, einem maximalen rechten
und linken Schwenkwinkel sowie eines Betriebsradius, ferner einer
Anzahl Zifferntasten, einem Sensor zur Bestimmung eines Nei
gungswinkels des Aufbaus und einem manuellen Wahlschalter zum Ein-
und Ausschalten der Funktionen ausgestattet ist, die durch die
Funktionswahl-Schalttafel ausgeführt werden, wobei diese Schalter
und der Sensor elektrisch mit dem Controller verbunden ist, wobei
das Verfahren ferner folgende Schritte umfaßt:
Ermittlung der Arbeitsebene aus der absoluten Horizontalen und einer tatsächlichen Positionslinie durch einen Auswahltaster zur Bestimmung der Arbeitsebene, der einer der genannten Wahltaster ist;
Festlegen des Bewegungsbereiches der betreffenden An triebselemente durch die Funktionswahltaster und die Zifferntaster der Funktionswahl-Schalttafel;
Ausschalten des manuellen Wahlschalters, um die Bewegungsbereiche neu festzulegen, falls die Bewegung der Antriebselemente außerhalb des durch die Funktionswahltaster und die Zifferntaster festgelegten Bewegungsbereiches erforderlich ist;
Einschalten des manuellen Wahlschalters zur Einstellung der neu gewählten Bewegungsbereiche und einer Bewegung der Antriebselemente aus dem vorher durch die betreffenden Funktionswahltaster und Zifferntaster festgelegten Bereich heraus;
dadurch werden die Betriebsbereiche der Antriebselemente des Bag gers automatisch begrenzt.
Ermittlung der Arbeitsebene aus der absoluten Horizontalen und einer tatsächlichen Positionslinie durch einen Auswahltaster zur Bestimmung der Arbeitsebene, der einer der genannten Wahltaster ist;
Festlegen des Bewegungsbereiches der betreffenden An triebselemente durch die Funktionswahltaster und die Zifferntaster der Funktionswahl-Schalttafel;
Ausschalten des manuellen Wahlschalters, um die Bewegungsbereiche neu festzulegen, falls die Bewegung der Antriebselemente außerhalb des durch die Funktionswahltaster und die Zifferntaster festgelegten Bewegungsbereiches erforderlich ist;
Einschalten des manuellen Wahlschalters zur Einstellung der neu gewählten Bewegungsbereiche und einer Bewegung der Antriebselemente aus dem vorher durch die betreffenden Funktionswahltaster und Zifferntaster festgelegten Bereich heraus;
dadurch werden die Betriebsbereiche der Antriebselemente des Bag gers automatisch begrenzt.
Die vorliegende Erfindung liefert außerdem ein Verfahren zur
automatischen Steuerung eines Gerätes zur Betätigung von
Antriebselementen eines Baggers, das Steuerventilblöcke zur
Steuerung der Bewegung von Steuerelementen von Wegeventilen zur
Steuerung von Volumenströmen einer Hydraulikflüssigkeit zur
Versorgung der Antriebselemente des Baggers enthält, wobei diese
einen Auslegerzylinder für einen Ausleger, einen Stielzylinder für
einen Löffelstiel, einen Schaufelzylinder für eine Schaufel, ei
nen Schwenkmotor zum Schwenken eines oberen Rahmens des Baggers
gegenüber einem unteren Rahmen des Baggers und Fahrmotoren zur
Fortbewegung des Baggers umfassen, sowie Taumelwinkel-
Steuerventile zur Ansteuerung von Taumelwinkel-Steuereinrichtungen
zur Steuerung der von Haupthydraulikpumpen geförderten
Volumenströme, Lageänderungssensoren, die an den jeweiligen
Antriebselementen angebracht sind und die die Werte der Lageände
rung von diesen erfassen, und einen elektronischen Controller, der
mit den Bedienhebeln/-pedalen zur Betätigung der entsprechenden
Antriebselemente elektrisch verbunden ist, wobei das Verfahren
ferner folgende Schritte umfaßt:
Festlegen der Betätigungswerte der Steuerhebel/-pedale, beim Empfang eines elektrischen Signals, das die Betätigungswinkel der Steuerhebel/-pedale darstellt, von den Steuerhebel/-pedalen;
Berechnung der erforderlichen Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebselemente entsprechend den festgelegten Betätigungswerten der Steuerhebel/-pedale und der tatsächlichen Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebselemente, die beim Empfang von elektrischen Signalen, die die tatsächlichen Lageänderungswerte darstellen und von den Lageänderungssensoren stammen, berechnet wird;
Festlegen, ob ein Antriebselement tatsächlich überlastet ist, durch Vergleich der erforderlichen Bewegungsgeschwindigkeit mit der tatsächlichen Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebselemente;
Festlegung, ob mindestens zwei Antriebselemente gleichzeitig unter Benutzung beider Hauptpumpen betätigt werden und Feststellung, ob ein Steuerverfahren zur Beseitigung einer Überlast des Antriebselementes im vorherigen Vorgang durchgeführt wurde;
Ausgabe eines Signales entsprechend der gesteuerten Be wegungsgeschwindigkeit des Antriebselementes über Verstärker an die Steuerventilblöcke, wobei die Verstärker elektrisch mit dem Controller und den Steuerventilblöcken verbunden sind, sobald festgestellt wird, daß die tatsächlichen Bewegungs geschwindigkeiten der Antriebselemente gleich den gesteuerten Bewegungsgeschwindigkeiten sind, die während des vorherigen Vorganges im Controller gespeichert wurden, jedoch Berechnung eines erforderlichen Volumenstromes an Hydraulikflüssigkeit für jedes Antriebselement in Abhängigkeit der Last auf jedem Antriebselement, sobald festgestellt wird, daß die tatsächlichen Bewegungsgeschwindigkeiten der Antriebselemente ungleich der gesteuerten Bewegungsgeschwindigkeiten der Antriebselemente sind; und
Ausgabe von Steuersignalen zur Steuerung der Wegeventile in Abhängigkeit von dem erforderlichen Volumenstrom für die Antriebselemente, der im vorherigen Schritt berechnet wurde, wobei die Steuersignale vom Controller über Verstärker an die Steuerventilblöcke ausgegeben werden;
dadurch werden optimale Volumenströme an Hydraulikflüssigkeit von den Haupthydraulikpumpen an die entsprechenden Antriebselemente automatisch gesteuert.
Festlegen der Betätigungswerte der Steuerhebel/-pedale, beim Empfang eines elektrischen Signals, das die Betätigungswinkel der Steuerhebel/-pedale darstellt, von den Steuerhebel/-pedalen;
Berechnung der erforderlichen Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebselemente entsprechend den festgelegten Betätigungswerten der Steuerhebel/-pedale und der tatsächlichen Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebselemente, die beim Empfang von elektrischen Signalen, die die tatsächlichen Lageänderungswerte darstellen und von den Lageänderungssensoren stammen, berechnet wird;
Festlegen, ob ein Antriebselement tatsächlich überlastet ist, durch Vergleich der erforderlichen Bewegungsgeschwindigkeit mit der tatsächlichen Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebselemente;
Festlegung, ob mindestens zwei Antriebselemente gleichzeitig unter Benutzung beider Hauptpumpen betätigt werden und Feststellung, ob ein Steuerverfahren zur Beseitigung einer Überlast des Antriebselementes im vorherigen Vorgang durchgeführt wurde;
Ausgabe eines Signales entsprechend der gesteuerten Be wegungsgeschwindigkeit des Antriebselementes über Verstärker an die Steuerventilblöcke, wobei die Verstärker elektrisch mit dem Controller und den Steuerventilblöcken verbunden sind, sobald festgestellt wird, daß die tatsächlichen Bewegungs geschwindigkeiten der Antriebselemente gleich den gesteuerten Bewegungsgeschwindigkeiten sind, die während des vorherigen Vorganges im Controller gespeichert wurden, jedoch Berechnung eines erforderlichen Volumenstromes an Hydraulikflüssigkeit für jedes Antriebselement in Abhängigkeit der Last auf jedem Antriebselement, sobald festgestellt wird, daß die tatsächlichen Bewegungsgeschwindigkeiten der Antriebselemente ungleich der gesteuerten Bewegungsgeschwindigkeiten der Antriebselemente sind; und
Ausgabe von Steuersignalen zur Steuerung der Wegeventile in Abhängigkeit von dem erforderlichen Volumenstrom für die Antriebselemente, der im vorherigen Schritt berechnet wurde, wobei die Steuersignale vom Controller über Verstärker an die Steuerventilblöcke ausgegeben werden;
dadurch werden optimale Volumenströme an Hydraulikflüssigkeit von den Haupthydraulikpumpen an die entsprechenden Antriebselemente automatisch gesteuert.
Ferner liefert die vorliegende Erfindung ein Gerät zur
automatischen Steuerung der Funktion von Antriebselementen eines
Baggers, enthaltend elektromagnetische Wegeventilblöcke zur
gesteuerten Bewegung von Steuerelementen von Steuerventilen zur
Steuerung des Flusses von Hydraulikflüssigkeit zur Versorgung der
Antriebselemente des Baggers, Taumelwinkel-Steuerventile zur
Ansteuerung von Taumelwinkel-Steuereinrichtungen zur Steuerung der
von Haupthydraulikpumpen geförderten Volumenströme, La
geänderungssensoren, die an den jeweiligen Antriebselementen
angebracht sind und die Werte der Lageänderung von diesen
erfassen, und einen elektronischen Controller, der mit den
Bedienhebeln/-pedalen zur Betätigung der entsprechenden
Antriebselemente elektrisch verbunden ist, das ferner umfaßt:
eine Vorlaufsteuerungseinrichtung, zur automatischen Ausführung des Vorlaufbetriebes von entsprechenden Antriebselementen;
Steuerungseinrichtungen zur Steuerung der elektromagnetischen Wegeventilblöcke entsprechend einem Befehl der Vorlaufsteuerungseinrichtung und zur Ausführung des Vor laufbetriebes der Antriebselemente;
eine erste Speichereinrichtung zur Speicherung eines Be triebsprogrammes für die Steuerungseinrichtungen;
eine zweite Speichereinrichtung zur Speicherung von verschiedenen Daten zur Verwendung durch die Steuerungseinrichtungen; und
eine Warneinrichtung, zur Warnung vor Fehlern, die bei entsprechenden Antriebseinrichtungen aufgetreten sind, und zur Anzeige ihrer Fehlertoleranzen.
eine Vorlaufsteuerungseinrichtung, zur automatischen Ausführung des Vorlaufbetriebes von entsprechenden Antriebselementen;
Steuerungseinrichtungen zur Steuerung der elektromagnetischen Wegeventilblöcke entsprechend einem Befehl der Vorlaufsteuerungseinrichtung und zur Ausführung des Vor laufbetriebes der Antriebselemente;
eine erste Speichereinrichtung zur Speicherung eines Be triebsprogrammes für die Steuerungseinrichtungen;
eine zweite Speichereinrichtung zur Speicherung von verschiedenen Daten zur Verwendung durch die Steuerungseinrichtungen; und
eine Warneinrichtung, zur Warnung vor Fehlern, die bei entsprechenden Antriebseinrichtungen aufgetreten sind, und zur Anzeige ihrer Fehlertoleranzen.
Die Erfindung soll im folgenden anhand der in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es
zeigen:
Fig. 1 einen Schaltplan einer hydraulischen Grundschaltung
eines automatischen Betätigungssystems für
Antriebselemente eines Baggers;
Fig. 2 eine Steuereinheit zur Steuerung der Schaufel, ent
haltend einen Auswahlschalter und einen Aufbau-Nei
gungssensor, die mit dem Controller in Fig. 1 elek
trisch verbunden sind, in einem teilweise vergrößer
ten Blockschaltbild;
Fig. 3 ein Flußdiagramm einer automatischen Steuerung für
eine überlastete Schaufel durch die Steuereinheit in
Fig. 2, die elektrisch verbunden ist mit der hy
draulischen Schaltung in Fig. 1;
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht eines Baggers dessen
überlastete Schaufel automatisch so betätigt wird, daß
die Überlastung wegfällt;
Fig. 5 ein Flußdiagramm einer automatischen Steuerung, um die
Schaufel parallel oder in einem bestimmten Winkel zur
Horizontalen durch die Steuereinheit in Fig. 2 zu
halten, die elektrisch mit der hydraulischen Schaltung
in Fig. 1 verbunden ist;
Fig. 6a und 6b Seitenansichten der Schaufeln, in denen bestimmte Win
kel der Schaufel zur Horizontalen dargestellt sind;
Fig. 7 eine schematische Seitenansicht eines Baggers, bei dem
die Schaufel automatisch so gesteuert wird, daß ihr
offener Teil parallel zur Horizontalen gehalten
wird, unabhängig von einer Lageänderung der Schaufel;
Fig. 8 eine Steuereinheit zur Steuerung einer Schaufel,
enthaltend einen Auswahlschalter und eine Ziffernta
statur, elektrisch mit dem Controller in Fig. 1
verbunden, in einem teilweise vergrößerten Block
schaltbild;
Fig. 9 ein Flußdiagramm einer automatischen Steuerung zur
Oberflächenbearbeitung durch die elektrisch mit der
Hydraulikschaltung in Fig. 1 verbundene Steuerein
heit in Fig. 8;
Fig. 10 eine schematische Seitenansicht eines Baggers, in der
die Lage der Betriebsteile im Verhältnis zur Boden
oberfläche bei automatischer Steuerung der Oberflä
chenbearbeitung dargestellt ist;
Fig. 11 ein teilweise vergrößertes Blockschaltbild einer
Steuereinheit zur automatischen Begrenzung des Ar
beitsbereiches der Antriebselemente, enthaltend einen
Sensor für den Weigungswinkel des Rahmens, eine Funk
tionswahl-Schalttafel, ein Funktionswahlschalter und
einen manuellen Schalter, elektrisch verbunden mit dem
Controller in Fig. 1;
Fig. 12 eine schematische Seitenansicht eines Baggers, der
während des Baggerns durch eine Steuereinheit nach
Fig. 11 gesteuert wird, die elektrisch mit der hy
draulischen Schaltung in Fig. 1 verbunden ist;
Fig. 13 eine schematische Draufsicht auf einen Bagger zur Dar
stellung der Begrenzung eines rechten und linken
Schwenkwinkels;
Fig. 14 ein Flußdiagramm einer automatischen Steuerung zur
Begrenzung des Arbeitsbereiches des Baggers durch eine
Steuereinheit nach Fig. 11, die elektrisch mit der
hydraulischen Schaltung in Fig. 1 verbunden ist;
Fig. 15 ein Flußdiagramm einer automatischen Steuerung zur
automatischen Betätigung der Antriebselemente nach
Begrenzung des Bewegungsbereiches des Baggers durch
die Steuereinheit nach Fig. 11, die elektrisch mit
der hydraulischen Schaltung in Fig. 1 verbunden ist;
Fig. 16 ein Flußdiagramm einer automatischen Steuerung zur
Ansteuerung der Haupthydraulikpumpen, so daß der Vo
lumenstrom, der von Haupthydraulikpumpen gefördert
wird, automatisch und optimal gesteuert wird;
Fig. 17 ein Flußdiagramm einer automatischen Steuerung zur
Ansteuerung der Schieber der Schieberventile, um den
von den Hauptpumpen abgegebenen Volumenstrom ent
sprechend den überlasteten Antriebselementen zu
steuern;
Fig. 18 ein Diagramm mit der charakteristischen Kurve der Ver
änderung des Volumenstromes, der von einer
Haupthydraulikpumpe entsprechend des Betätigungswin
kels der Steuerhebel/-pedale im Falle einer einfachen
Betriebsweise geliefert wird;
Fig. 19a u. 19b Diagramme der charakteristischen Kurven der Änderung
des Volumenstromes, der von den Haupthydraulikpumpen
in Abhängigkeit des Betätigungswinkels der Steuerhe
bel/-pedale geliefert wird;
Fig. 20 ein Diagramm, das die charakteristische Kurve der Än
derung des maximalen Volumenstromes darstellt, der von
den Haupthydraulikpumpen in Abhängigkeit der Lastände
rung geliefert wird;
Fig. 21 ein Blockschaltbild von Steuerteilen, mit denen der
Controller aus Fig. 1 ausgestattet ist, zur Ausfüh
rung eines automatischen Vorlaufbetriebes der An
triebselemente;
Fig. 22 ein Funktions-Blockschaltbild der CPU aus Fig. 21;
Fig. 23 ein Diagramm, das die durch die Steuerungseinheit aus
Fig. 22 gesteuerte Kolbenbewegung darstellt;
Fig. 24 eine schematische Darstellung der Anordnung des Kol
bens und des Magnetsensors aus Fig. 23;
Fig. 25 eine schematische Darstellung der Fehlersteuerung
durch die Betriebssteuerungseinheit aus Fig. 22;
Fig. 26 ein Flußdiagramm des Vorlaufbetriebes, der durch die
Steuereinrichtung in Fig. 21 durchgeführt wird.
In Fig. 1, in der ein Hydraulik-Schaltplan einer hydraulischen
Grundschaltung eines automatischen Betätigungssystems für An
triebselemente eines Baggers entsprechend der vorliegenden Er
findung dargestellt ist, ist die hydraulische Grundschaltung
ausgestattet mit einem Motor 1 zur Erzeugung der Antriebsleistung
für den Bagger, einem Paar Haupthydraulikpumpen, bestehend aus
einer ersten und einer zweiten Hydraulikpumpe 3 und 4, die nach
einander direkt mit der Abtriebswelle 2 des Motors 1 verbunden
sind, und die jeweils aus einer Taumelscheibenpumpe bestehen. Die
zweite Pumpe 4 ist direkt mit einer Hilfs- oder dritten Pumpe 5
verbunden, die eine kleinere Förderleistung als die erste und
zweite Hauptpumpe 3 und 4 aufweist und zur Speisung eines hydrau
lischen Steuerkreises angeschlossen ist.
Wie in der Zeichnung dargestellt, ist die erste Hauptpumpe 3 di
rekt mit einer ersten Gruppe von Wegeventilen verbunden, z. B. ei
nem ersten Schieberventil 7 zur Steuerung der Bewegungsrichtung
eines linken Fahrmotors 6, der zum Antrieb der linken Gleiskette
des Baggers eingebaut ist, einem zweiten Schieberventil 9 zur
Steuerung der Bewegungsrichtung des Stielzylinders 8 zum Antrieb
eines Löffelstiels, und ein drittes Schieberventil 11 zur Steue
rung der Richtung eines Schwenkmotors 10 zum Schwenken des oberen
Rahmens, der die Kabine trägt, zum unteren Rahmen mit den Gleis
ketten.
Desgleichen ist die zweite Hauptpumpe 4 direkt mit einer zweiten
Gruppe von Schieberventilen verbunden, z. B. einem vierten Schie
berventil 13 zur Steuerung der Bewegungsrichtung des rechten
Fahrmotors 12 zum Antrieb der rechten Gleiskette des Baggers, ein
fünftes Schieberventil 15 zur Steuerung der Bewegungsrichtung ei
nes Schaufelzylinders 14 zum Antrieb einer Schaufel, ein sechstes
Schieberventil 17 zur Steuerung der Bewegungsrichtung eines Ausle
gerzylinders 16 zum Antrieb eines Auslegers, und ein vorsorglich
vorgesehenes Schieberventil 18 zur Steuerung der Bewegungsrichtung
eines Hilfsantriebs (nicht dargestellt), mit dem der Bagger auf
Wunsch des Kunden ausgestattet werden kann.
Auf der anderen Seite wird das geförderte Öl der dritten Hydrau
likpumpe 5, die eine kleinere Förderkapazität besitzt als die er
ste und zweite Hauptpumpe 3 und 4, zur Steuerung der Taumel
scheiben 3a und 4a der ersten und zweiten Hauptpumpe 3 und 4, so
wie von Steuerelementen, hier der Schieber der Schieberventile 7,
9, 11, 13, 15, 17 und 18 verwendet. Der Steuerhydraulikkreis, der
von der dritten Pumpe 5 versorgt wird, ist mit einem Paar Taumel
winkel-Steuereinrichtungen 20a und 20b verbunden, die den Taumel
winkel der Taumelscheiben 3a und 4a der Hauptpumpen 3 und 4 über
ein Paar Taumelwinkel-Steuerventile 19a und 19b, die jeweils ein
Proportionalventil mit einer Magnetspule 19′a und 19′b enthalten,
steuern. Ferner ist der hydraulische Steuerkreis, der von der
dritten Pumpe 5 versorgt wird, verbunden mit den Schiebern der
Schieberventile 7, 9, 11, 13, 15, 17 und 18, und zwar über ein
Paar elektronisch gesteuerter Proportionalventilblöcke 22a und
22b, die jeweils mit den Schieberventilen 7, 9, 11, 13, 15, 17 und
18 sowie mit dem Controller 24 über eine Steuerleitung 22′ verbun
den sind und durch den Controller 24 in Abhängigkeit der Steuerhe
bel 21a und Steuerpedale 21b, die sich in der Kabine befinden, ge
steuert wird.
Desweiteren bestehen die Kontrollhebel 21a und -pedale 21b aus
derselben Anzahl an Hebeln und Pedalen wie Schieberventile 7, 9,
11, 13, 15, 17 und 18, entsprechend der Anzahl der Antriebsele
mente 6, 8, 10, 12, 14 und 16, vorhanden sind. Ebenso enthalten
die Proportionalventilblöcke 22a und 22b jeweils die gleiche An
zahl an Proportionalventilen (nicht dargestellt), die jeweils eine
der Gruppen von Schieberventilen 7, 9 und 11 oder 13, 15, 17 und
18, die jeweils mit dem dazugehörenden Ventilblock 22a und 22b
verbunden sind, ansteuern.
Wenn ein Steuerhebel bzw. -pedal 21a bzw. 21b, der einem An
triebselement zugeordnet ist, betätigt wird, wird proportional
dazu ein Proportionalventil in dem Ventilblock 22a oder 22b be
tätigt, welches dem betätigten Kontrollhebel bzw. -pedal 21a bzw.
21b zugeordnet ist, so daß das dem zu betätigenden Antriebselement
zugeordnete Schieberventil 7, 9, 11, 13, 15, 17 oder 18 mit dem
Steuerdruck der dritten Pumpe 5 beaufschlagt wird. Durch die Be
aufschlagung des Schieberventils 7, 9, 11, 13, 15, 17 oder 18 mit
dem Steuerdruck der dritten Pumpe 5 wird der Schieber des Ventils
nach rechts oder links bewegt, so daß ein Betriebsteil, wie die
Schaufel, der Löffelstiel o. ä., in der vorgesehenen Richtung be
wegt wird.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die hydraulische Schaltung zu
sätzlich mit einer Vielzahl von Sensoren 23a bis 23f ausgestat
tet, um Lageänderungen der Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und
16, durch die die Bewegung der Antriebselemente erzeugt werden, zu
erkennen.
Die Sensoren 23a bis 23f sind an den Antriebselementen ange
bracht. So gibt es die gleiche Anzahl an Sensoren wie An
triebselemente. Die Sensoren 23a bis 23f sind elektrisch so mit
dem Controller 24 verbunden, daß das jeweilige Ausgangssignal die
Lageänderung des dazugehörigen Antriebselementes darstellt.
Desweiteren ist ein Paar Verstärker 25a und 25b jeweils zwischen
den Controller 24 und die Proportionalventilblöcke 22a und 22b ,
sowie ein weiterer Verstärker 25c zwischen den Controller 24 und
die Taumelwinkel-Steuerventile 19a und 19b geschaltet.
Die Lageänderungs-Sensoren 23a bis 23f können aus bekannten Meß
wertaufnehmern verschiedener Art bestehen. Die Sensoren 23b, 23e
und 23f, die jeweils an dem Stielzylinder 8, dem Schaufelzylinder
14 und dem Auslegerzylinder 16 angebracht sind, enthalten z. B.
einen induktiven Aufnehmer und magnetisches Material, so daß ein
elektrisches Signal durch Zählen der Anzahl der magnetischen Teile
erzeugt wird. Der Sensor 23c des Schwenkmotors 10 enthält einen
Absolut-Encoder, der die Erkennung der absoluten Position zwischen
dem oberen und unteren Rahmen des Baggers erlaubt. Die Sensoren
23a und 23d, die an den Fahrmotoren 6 und 12 angebracht sind, ent
halten einen Inkremental-Encoder.
Die Verstärker 25a, 25b und 25c, die mit dem Ausgangs-Port des
Controllers 24 verbunden sind, verstärken das im Controller 24
errechnete Steuersignal und geben das verstärkte Signal an den
Proportionalventilblock 22a, 22b oder die Taumelscheiben-Steuer
ventile 19a und 19b weiter.
Mit anderen Worten: In Abhängigkeit von der Lageänderung der be
tätigten Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b wird ein elektri
scher Strom erzeugt, mit dem der Controller 24 beaufschlagt wird,
dort rechnerisch bearbeitet und in den Verstärkern 25a und 25b
verstärkt; damit werden die Proportionalventil
blöcke 22a und 22b beaufschlagt, und diese steuern den Volumen
strom der dritten Hydraulikpumpe 5 zu den Längsschiebern der
Schieberventile 7, 9, 11, 13, 15, 17 und 18. Die Sensoren 23a bis
23f liefern jeweils ein der Lageänderung des jeweiligen Antrieb
selementes 6, 8, 10, 12, 14 oder 16 entsprechendes Signal an den
Controller 24, dieser berechnet aus der Lageänderung der Antriebs
elemente und der jeweiligen Last den erforderlichen Volumenstrom
für das jeweilige Antriebselement durch entsprechende Ansteuerung
der ersten und zweiten Hauptpumpe 3 und 4, und ermöglicht dabei
der ersten und zweiten Hauptpumpe 3 und 4, die Belastung im Falle
einer Überlast auszugleichen.
Der in Fig. 1 in der hydraulischen Grundschaltung gezeigte Con
troller 24 ist ferner ausgestattet mit weiteren Steuerelementen,
um eine automatische und effiziente Ansteuerung für jedes An
triebselement des Baggers auszuführen, wie im folgenden be
schrieben.
Fig. 2 zeigt eine Steuereinheit, enthaltend den Controller 24,
der elektrisch mit einem Auswahlschalter 30 und einem Aufbau-
Neigungssensor 31 verbunden ist, um eine überlastete Schaufel au
tomatisch so zu steuern, daß die Überlastung entfällt. Der Aus
wahlschalter 30 ist so geschaltet, daß gewählt werden kann, ob die
Beseitigung einer Überlast der Schaufel manuell oder automatisch
durchgeführt wird. Der Sensor 31 ist zur Bestimmung des Neigungs
winkels des Aufbaus des Baggers auf der Basis absoluter Koordina
ten bestimmt.
Die Steuereinheit in Fig. 2 befreit die überlastete Schaufel von
der Überlast in Zusammenwirken mit der hydraulischen Schaltung aus
Fig. 1.
Nach dem Einschalten des Motors 1 werden die erste und zweite
Hauptpumpe 3 und 4 und die dritte Hydraulikpumpe 5 angetrieben.
Der Bediener in der Kabine des Baggers betätigt den Auswahl
schalter, um festzulegen, ob die Beseitigung einer Überlast von
der überlasteten Schaufel manuell oder automatisch erfolgen soll.
Anschließend betätigt er die Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b
wie erforderlich und verursacht damit ein elektrisches Ausgangssi
gnal des Controllers 24 zu den Verstärkern 25a bis 25c.
Zur gleichen Zeit verstärkt der dritte Verstärker 25c die Signale
vom Controller 24, um die mit diesem verbundene Elektromagnete
19′a und 19′b der Taumelwinkel-Steuerventile 19a und 19b anzusteu
ern. Dadurch werden die Förderleistungen der Hauptpumpen 3 und 4
durch Veränderung des Taumelwinkels der Taumelscheiben 20a und 20b
gesteuert, indem ein Fluß des Hydrauliköls von der dritten Pumpe 5
zu den Taumelscheiben-Kontrollsteuerventilen 19a und 19b ermög
licht wird.
Zur gleichen Zeit verstärken der erste und zweite Verstärker 25a
und 25b die vom Controller 24 ausgegebenen elektrischen Signale
und steuern damit die Proportionalventilblöcke 22a und 22b. Dies
ermöglicht eine Versorgung der Schieber der Schieberventile 7, 9,
11, 13, 15, 17 und 18 mit Hydrauliköl von der dritten Pumpe 5 zur
Steuerung der Schieberventile 7, 9, 11, 13, 15, 17 und 18.
Letztlich wird der erwünschte Betrieb des Baggers durch die Be
aufschlagung der Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 durch
Hydrauliköl von der ersten und zweiten Haupthydraulikpumpe 3 und 4
über die Schieberventile 7, 9, 11, 13, 15, 17 und 18 erzielt.
Trifft die Schaufel beim Betrieb während ihres Gebrauchs,
speziell bei Baggerarbeiten, auf hartes Material, wie einen Fels,
wird die Schaufel überlastet und verursacht ein Schütteln des Auf
baues. In diesem Falle wird die überlastete Schaufel von der Über
last auf manuellem oder automatischem Wege befreit, so daß die
gewünschten Arbeiten weitergeführt werden können. Die Steuerung
der überlasteten Baggerschaufel zur Beseitigung der Überlastung
erfolgt manuell, wenn der Auswahlschalter 30 ausgeschaltet ist,
automatisch, wenn der Auswahlschalter 30 eingeschaltet ist.
Das Flußdiagramm in Fig. 3 zeigt eine automatische Steuerung für
die überlastete Schaufel, die von der Steuereinheit in Fig. 2
zusammen mit der hydraulischen Schaltung aus Fig. 1 durchgeführt
wird. Zuerst empfängt der Controller 24 ein elektrisches Signal
von einem Kontrollhebel 21a, wenn dieser betätigt wird (Schritt
32). Im folgenden Abfrageschritt 33 wird entschieden, ob die
Schaufel 28 und der Löffelstiel 29 betätigt sind. Falls ja, führt
der Controller 24 einen Schritt 34 durch, falls nein, wird die
Routine beendet.
Im Schritt 34 zählt der Controller 24 die Anzahl der Impulse von
den Sensoren 23b, 23e und 23f des Stielzylinders 8, des Schau
felzylinders 14 und des Auslegerzylinders 16 und verarbeitet die
Anzahl der Impulse zur Berechnung der augenblicklichen Position
der Schaufel 28.
Im nächsten Schritt 35 teilt der Controller 24 das Ergebnis des
Positionswertes der Schaufel 28, ermittelt im Schritt 34, durch
die benötigte Zeit, um die Bewegungsgeschwindigkeit der Schaufel
28 zu errechnen. Im folgenden Abfrageschritt 36 wird auf der Ba
sis der Geschwindigkeit der Schaufel festgestellt, ob die Schau
fel 28 überlastet ist. Dies erfolgt durch die Entscheidung, ob die
Geschwindigkeit der Schaufel 28 innerhalb des vorbestimmten Berei
ches von 0,5 cm/Sek. bis 2 cm/Sek. ist. Ist die Bewegungsgeschwin
digkeit der Schaufel 28 innerhalb des vorbestimmten Bereiches,
wird mit dem Schritt 37 fortgefahren. Falls die Geschwindigkeit
der Schaufel größer ist, als in dem vorbestimmten Geschwindig
keitsbereich, wird die Bewegung der Schaufel als unter normalen
Bedingungen stattfindend angesehen, so daß die Routine beendet
wird.
Im Schritt 37 wird entschieden, ob der Überlastungszustand länger
als 3 Sekunden (in der Zeichnung als "Ts" bezeichnet) anhält.
Falls ja, wird die Schaufel als überlastet angesehen, so daß der
Controller mit dem nächsten Schritt 38 fortfährt, in dem die
Schaufel automatisch so gesteuert wird, daß sie sich zurückbewegt.
Falls nein, wird die Schaufel 28 als im Betrieb kurzfristig über
lastet angesehen, so daß die Routine endet und die Fortsetzung der
Baggerarbeiten ermöglicht wird.
In Schritt 38 wird die überlastete Schaufel 28, deren Geschwin
digkeit innerhalb des Geschwindigkeitsbereiches von 0,5 cm/Sek.
bis 2 cm/Sek. für länger als 3 Sekunden (Ts) liegt, automatisch so
gesteuert, daß sie sich entgegen der Grabrichtung rückwärts um
einen Winkel (α in Fig. 4) bewegt und anschließend angehoben
wird.
Mit anderen Worten: In Schritt 38 wird die erforderliche Zeit er
rechnet, die zur Ansteuerung des Schieberventils 15 des Schau
felzylinders 14 zur Änderung der Bewegungsrichtung des Schieber
ventils 15 erforderlich ist, um die Schaufel um einen Winkel α,
z. B. 4°-8°, entgegen der Grabrichtung zurückzudrehen. Im Schritt
38 wird ebenfalls die benötigte Zeit berechnet, die erforderlich
ist, um das Schieberventil 17 des Auslegerzylinders 16 zur Um
kehrung der Bewegungsrichtung des Schieberventils 17 anzusteuern,
um den Ausleger um einen Winkel β, z. B. 1°-3°, entgegen der Grab
richtung zu bewegen.
Ferner berechnet der Controller 24 im Schritt 38 die erforder
liche Zeit zur Ansteuerung des Schieberventils 9 des Stielzylin
ders 8, die erforderlich ist, um die Bewegungsrichtung des
Schieberventils 9 umzukehren, um den Stiel um einen Winkel γ, z. B.
2°-5°, entgegen der Grabrichtung zurückzubewegen.
Anschließend werden im Schritt 39 die im Schritt 38 berechneten
Werte in Form elektrischer Signale an den ersten und zweiten
Verstärker 25a und 25b ausgegeben, um die Proportionalventil
blöcke 22a und 22b anzusteuern. Dies erlaubt, die Schieberventile
9, 5 und 17, die die Zylinder 8, 14 und 16 betätigen, über die
hydraulische Steuerleitung 22′ mit Hydrauliköl von der dritten
Hydraulikpumpe 5 zu versorgen, um die Lage des Auslegers 26, der
Schaufel 28 und des Stiels 29 automatisch, wie erforderlich, zu
verändern.
Zum Schluß werden in Schritt 40 die Kontrollhebel 21a manuell
durch den Bediener betätigt, so daß der Ausleger 26, die Schaufel
28 und der Stiel 29 entsprechend den erwünschten Bewegungen des
Baggers ohne Überlast fortgeführt wird.
Das Flußdiagramm in Fig. 3 stellt nur einen Zyklus der automa
tischen Steuerung für eine überlastete Schaufel während des Bag
gerns dar, der Zyklus wird erneut durchlaufen, wenn die Schaufel
28, nachdem sie von der Überlast befreit wurde, erneut überlastet
wird.
Die oben beschriebenen Rückdrehwinkel α, β und γ für die Schaufel
28, den Ausleger 26 und den Stiel 29 sind in spezifizierten Berei
chen, z. B. 4°-8°, 1°-3° und 2°-5° im Controller 24 abgelegt.
Der Bereich der Rückdrehwinkel α, β und γ kann in Abhängigkeit
der Arbeitsbedingungen der Baggerarbeiten geändert und im Control
ler 24 abgelegt werden.
Die Steuereinheit, die in Fig. 2 gezeigt ist und den Controller
24, den damit verbundenen Auswahlschalter 30 und den Aufbau-Nei
gungssensor 31 enthält, steuert ferner die beladene Schaufel 28
so, daß diese immer automatisch in einem vorbestimmten Winkel zur
Horizontalen gehalten wird, bei dem die Ladung in der Schaufel vor
dem Herabfallen geschützt ist, unabhängig von den Bewegungen der
Antriebselemente 6, 8, 10, 12 und 16, mit Ausnahme des
Schaufelzylinders 14.
Das Steuerungsverfahren zum Halten des Winkels der beladenen
Schaufel zur Horizontalen unabhängig von der Bewegung des Baggers
soll im folgenden anhand der Fig. 5 bis 7 näher beschrieben
werden.
Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm des Steuerprozesses zum Halten der
beladenen Schaufel in einem bestimmten Winkel zur Horizontalen,
der von der Steuereinheit in Fig. 2 in Zusammenhang mit der hy
draulischen Schaltung in Fig. 1 durchgeführt wird; die Fig. 6a
und 6b zeigen verschiedene Winkel der Schaufel 28 während eines
solchen Betriebes. Wie in den Zeichnungen dargestellt, beginnt das
Steuerverfahren zum Halten der Winkelposition der beladenen Schau
fel 28 mit einem Startschritt und fährt mit einem
Initialisierungs-Schritt 41 fort, bei dem der Controller 24
Betriebswerte Ri der jeweiligen Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14
und 16 von den Steuerhebeln bzw. -pedalen 21a bzw. 21b erhält. Im
folgenden Schritt 42 erhält der Controller 24 die zugehörigen Po
sitionierungswerte Si der Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16
von den entsprechenden Sensoren 23a-23f, ferner den Neigungswin
kel RBDi des Fahrgestells bezogen auf die bebaggerte Bodenfläche
über den Fahrgestell-Neigungssensor 31 zum Speichern.
Anschließend erfolgt ein Abfrageschritt 43, bei dem entschieden
wird, ob sich der Schaufelhebel der Steuerhebel 21a in seiner Neu
tralposition befindet. Wenn sich der Schaufelhebel nicht in seiner
Neutralposition befindet, muß die Schaufel 28 bewegt werden, indem
in Schritt 44 der Controller 24 ein Steuersignal für den Schaufel
zylinder 14 ausgibt, damit dieser in Abhängigkeit von dem Be
triebswert RBLi des Schaufelhebels betätigt wird; das Verfahren
fährt dann mit Schritt 59 fort. Befindet sich der Schaufelhebel in
seiner Neutralposition, führt das Verfahren nacheinander die
Schritte 45-59 aus, um die automatische Steuerung der beladenen
Schaufel 28 zu ermöglichen, so daß der vorgesehene Winkel der
Schaufel 28 zur Horizontalen eingehalten wird.
Im Schritt 45 wird ein Grundwert für den Winkel RBi der Schaufel 28
zur Horizontalen berechnet, indem die jeweiligen Positionswerte Si
der Antriebselemente 6, 8, 10, 12 und 16 mit Ausnahme des Positi
onswertes Si des Schaufelzylinders 14, sowie dem Neigungswinkel RBDi
des Fahrgestells zur Erdöberfläche verwendet werden.
Hier bezeichnet der Grundwert des Winkels RBi der Schaufel 28 einen
Neigungswinkel der Schaufel 28 im Verhältnis zur Horizontalen,
wenn der Schaufelhebel sich während des Betriebs des Baggers in
seiner Neutralposition befindet, um eine Bewegung der Schaufel 28
zu unterbinden.
Der Grundwert für den Winkel RBi der Schaufel 28 wird im Zusammen
hang mit den Fig. 6 und 7 näher beschrieben, welche eine sche
matische Seitenansicht eines Baggers zeigt, dessen Schaufel so
automatisch gesteuert wird, daß sich die offene Seite davon paral
lel zur Horizontalen AL unabhängig von der Lageänderung gehalten
wird.
Beim Baggern, wie es in Fig. 6a dargestellt ist, betätigt der
Bediener innerhalb der Kabine den Schaufelhebel, um den Schau
felzylinder 14 zu steuern, um mit der Schaufel 28 Erde zu baggern
und anschließend die ausgebaggerte Erde darin aufzubewahren, wobei
die Schaufel einen Neigungswinkel, z. B. 0°-5°, zur Horizontalen
aufweist. Anschließend bringt der Bediener den Schaufelhebel in
seine Neutralstellung. Nun berechnet der Controller 24 einen
Grundwert für den Winkel RBi der Schaufel 28 zur Horizontalen, wel
cher den Neigungswinkel der Schaufel zur Horizontalen darstellt,
indem die jeweiligen Positionswerte Si der Antriebselemente 6, 8,
10, 12 und 16 mit Ausnahme des Positionswertes Si des Schaufelzy
linders 14, sowie der Neigungswinkel RBDi des Fahrgestells des
Baggers zur Erdoberfläche verwendet werden.
Im Falle der Wiederherstellung von Bodenflächen, wie in Fig. 6b
dargestellt, betätigt der Bediener den Schaufelhebel so, daß die
Unterseite der Schaufel 28 auf der Bodenfläche GS aufliegt, und
bringt dann den Schaufelhebel in dessen Neutralstellung, um die
Bewegung der Schaufel 28 zu stoppen. Nun kann der Grundwert für
den Winkel RBi der Schaufel 28 zur Erdoberfläche berechnet werden,
so daß der Winkel des offenen Teils der Schaufel 28 zur Bodenflä
che etwa 135° beträgt, indem die jeweiligen Positionswerte Si der
Betriebselemente 6, 8, 10, 12 und 16 mit Ausnahme des Positions
wertes Si des Schaufelzylinders 14, sowie der Neigungswinkel RBDi
des Fahrgestells des Baggers zur Erdoberfläche verwendet werden.
Zurück zum Flußdiagramm in Fig. 5: Im Anschluß an Schritt 45
fährt das Verfahren mit Schritt 46 fort, bei dem der Controller 24
Betriebswerte R0 von den Steuerhebeln bzw. -pedalen 21a und 21b für
die Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 erhält. Anschließend
fährt das Verfahren mit dem Schritt 47 fort, bei dem der Control
ler 24 die jeweiligen Positionswerte S0 der Antriebselemente 6, 8,
10, 12, 14 und 16 von den Sensoren 23a bis 23d und 23f, sowie den
Neigungswinkel RBD0 des Fahrgestells zur Erdoberfläche, der prakti
scherweise dem Aufbau-Neigungssensor 31 entnommen wird, erhält.
Im folgenden Schritt 48 werden die Antriebselemente 6, 8, 10, 12
und 16 mit Ausnahme des Schaufelzylinders 14 entsprechend den Be
triebswerten R0 angesteuert, anschließend fährt das Verfahren mit
einem Abfrageschritt 49 fort, bei dem entschieden wird, ob der
Schaufelhebel sich in der Neutralstellung befindet. Wenn sich der
Schaufelhebel nicht in der Weutralstellung befindet, bedeutet
dies, daß die Schaufel bewegt werden soll und das Verfahren fährt
mit einem Schritt 50 fort, in dem der Schaufelzylinder 14 entspre
chend dem Betriebswert RB0 für den Schaufelzylinder 14 aus Schritt
46 angesteuert wird. Befindet sich der Schaufelhebel in seiner
Neutralstellung, fährt das Verfahren mit einem Schritt 51 fort, in
dem der anfängliche Wert durch den Winkel RBi0 der Schaufel 28 er
setzt wird, der mit den jeweiligen Positionswerten S0 der Antrieb
selemente 6, 8, 10, 12 und 16 mit Ausnahme des Positionswertes S0
des Schaufelzylinders 14, sowie mit dem Neigungswinkel RBD0 des
Fahrgestells des Baggers zur Erdoberfläche, berechnet wurde.
Der Grund dafür ist, daß der Grundwert des Winkels RBi, berechnet
bei Schritt 45, bei einem Schritt nach Schritt 45 durch eine Bewe
gung der Schaufel 28 geändert wurde. Wurde die Schaufel 28 nicht
bewegt, ist der Winkel RBi der Schaufel 28 gleich dem Grundwert
des Winkels RBi, wie er im Schritt 45 berechnet wurde.
Im folgenden Schritt 52 wird ein tatsächlicher Winkel RBK der
Schaufel 28 zur Horizontalen berechnet, der in Abhängigkeit von
der Bewegung des Baggers, verursacht durch Bewegung der Antrieb
selemente 6, 8, 10, 12 und 16, variiert werden kann. Der tatsäch
liche Winkel RBK der Schaufel 28 zur Horizontalen kann auf die
gleiche Weise berechnet werden wie im Schritt 45, nämlich durch
Verwendung der jeweiligen Positionswerte S0 der Antriebselemente 6,
8, 10, 12 und 16 mit Ausnahme des Positionswertes S0 des
Schaufelzylinders 14, sowie mit dem Neigungswinkel RBD0 des
Fahrgestells des Baggers zur Erdoberfläche.
Im folgenden Schritt 53 wird die Differenz ΔR zwischen dem Winkel
RBi0 der Schaufel 28, berechnet im Schritt 51, und dem tatsächlichen
Winkel RBK der Schaufel 28, berechnet im Schritt 52, gebildet.
Anschließend wird im nächsten Abfrageschritt 54 entschieden, ob
die Differenz ΔR Null ist, d. h. der Winkel RBi0 der Schaufel 28,
berechnet im Schritt 51, gleich dem tatsächlichen Winkel RBK der
Schaufel 28, berechnet im Schritt 52, ist.
Mit anderen Worten: der Bediener betätigt die Steuerhebel bzw.
-pedale 21a bzw. 21b so, daß die Schaufel den Boden aushebt und die
ausgebaggerte Erde enthält, und bringt anschließend den
Schaufelhebel in seine Neutralstellung, um die Bewegung der Schau
fel 28 zu beenden. Anschließend betätigt er die Steuerhebel bzw.
-pedale 21a bzw. 21b zur Betätigung des Auslegers 26 oder des Löf
felstiels 29, ohne die Schaufel 28 zu betätigen. Gleichzeitig kann
sich der tatsächliche Winkel der Schaufel zur Horizontalen verän
dern, hervorgerufen durch die Bewegungen der Antriebsein
richtungen, wie dem Ausleger 26, dem Löffelstiel 29, den Fahran
trieben u.ä.
Ist die Differenz ΔR gleich Null, d. h., der tasächliche Winkel RBK
der Schaufel 28 ist gleich dem Winkel RBi0 der Schaufel 28, fährt
das Verfahren mit einem nächsten Schritt 55 fort, in dem die
Schaufel 28 so gesteuert wird, daß sie ihre derzeitige Position
beibehält, anschließend wird mit dem Schritt 59 fortgefahren. Ist
die Differenz R ungleich Null, d. h., der tasächliche Winkel RBK
der Schaufel 28 ist ungleich dem Winkel RBi0 der Schaufel 28, be
deutet dies, daß der Winkel der Schaufel 28 durch die Bewegung der
Antriebselemente mit Ausnahme der Schaufel 28 verändert wurde, das
Verfahren fährt dann mit der Abfrage 56 bis 59 fort, wobei die
Schaufel 28 so gesteuert wird, daß der tasächliche Winkel RBK der
Schaufel 28 gleich dem Winkel RBi0 der Schaufel 28 wird.
Im Schritt 56 wird entschieden, ob sich die Schaufel 28 am An
schlag befindet. Befindet sich die Schaufel 28 am Anschlag, be
deutet dies, daß sie nicht gesteuert wird und daß das Verfahren
mit dem Schritt 55 fortfährt. Befindet sich die Schaufel 28 nicht
am Anschlag, fährt das Verfahren mit dem nächsten Schritt 57 fort,
bei dem ein Kontrollwert Q für die Schaufel 28 in Abhängigkeit mit
der Differenz R berechnet wird. Im folgenden Schritt 58 wird der
Kontrollwert Q an den Schaufelzylinder 14 ausgegeben, um den ta
sächlichen Winkel RBK der Schaufel 28 an den Winkel RBi0 der
Schaufel 28 anzugleichen. Im Schritt 59 wird entschieden, ob der
Schalter 30 der Steuereinheit eingeschaltet ist, oder nicht. Falls
der Schalter 30 eingeschaltet ist, kehrt das Verfahren zum Schritt
46 zurück, ist er ausgeschaltet, kehrt das Verfahren zum Anfangs
schritt zurück.
Das Antriebssystem nach dieser Erfindung kann die Oberflächenbe
arbeitung durch den Bagger automatisch steuern. Dazu ist der
Controller 24 der hydraulischen Schaltung nach Fig. 1 elektrisch
mit dem Auswahlschalter 30 und einem Drehschalter oder einer Zif
ferntastatur 60, wie in Fig. 8, verbunden.
Das System in Fig. 8 führt ein Steuerverfahren zur Oberflächen
bearbeitung durch, wie im Flußdiagramm in Fig. 9 beschrieben.
Fig. 9 zeigt ein Flußdiagramm einer automatischen Steuerung zur
Oberflächenbearbeitung, Fig. 10 zeigt eine schematische Seiten
ansicht des Baggers mit den Positionen der Betriebsteile zur
Oberfläche. Entsprechend dem Flußdiagramm in Fig. 9 werden die
Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 so gesteuert, daß sich
die Vorderkante oder die Unterseite der Schaufel 28 in Kontakt mit
der Bodenfläche befindet, die durch den Bagger bearbeitet werden
soll, wie in Fig. 10 gezeigt, und dabei die Festlegung von Lage
und Richtung der zu bearbeitenden Oberfläche bewerkstelligt. An
schließend erhält der Controller 24 im Schritt 62 einen Neigungs
winkel zur Horizontalen RBD des Fahrgestells des Baggers und die
Positionswerte der Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16, unter
der Bedingung, daß die Vorderkante oder die Unterseite der Schau
fel 28 die zu bearbeitende Bodenfläche GS berührt, wie in Fig. 10
dargestellt. Im folgenden Schritt 63 erhält der Controller 24 ei
nen Neigungswinkel zur Horizontalen RW
der Bodenfläche GS, die durch den Bediener über die Ziffern
tastatur 60 eingegeben wurde. Anschließend wird im Schritt 64 ein
Neigungswinkel R′W zwischen der Bodenfläche und dem Fahrgestell des
Baggers berechnet. In diesem Moment ist der Winkel R′W
gleich der Differenz zwischen dem Neigungswinkel RW zwischen der
Bodenfläche GS und der Horizontalen einerseits, und dem Nei
gungswinkel RBD des Baggers und der Horizontalen andererseits, d. h.
R′W=RW-RBD.
Anschließend fährt das Verfahren mit einem Schritt 65 fort, bei
dem der Controller 24 Betriebswerte Ri der Steuerhebel bzw. -pedale
21a bzw. 21b für die Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 er
hält. Im folgenden Abfrageschritt 66 wird entschieden, ob der Be
triebswert RDS für den Stielzylinder 8 gleich Null ist. Ist der
Betriebswert RDS des Stielzylinders 8 gleich Null, bedeutet dies,
daß der Stielzylinder 8 nicht bewegt werden soll, so daß das
Verfahren mit dem Schritt 67 fortfährt, bei dem die Betriebswerte
RI der Antriebselemente 6, 10, 12, 14 und 16, die im Schritt 65
eingelesen wurden, durch den Controller 24 über die Proportio
nalventilblöcke 22a und 22b an die Schieberventile 7, 11, 13, 15
und 17 ausgegeben werden, um die Antriebselemente 6, 10, 12, 14
und 16 entsprechend zu bewegen.
Ist der Betriebswert RDS des Stielzylinders 8 ungleich Null, fährt
das Verfahren mit einem Schritt 68 fort, in dem entschieden wird,
ob der Stielzylinder 8 seinen Maximalhub erreicht hat. Hat der
Stielzylinder 8 seinen Maximalhub erreicht, fährt das Verfahren
mit einem Schritt 67 fort, bei dem die Betriebswerte für die An
triebselemente 6, 10, 12, 14 und 16 aus Schritt 65 von dem Con
troller 24 über die Proportionalventilblöcke 22a und 22b an die
Schieberventile 7, 11, 13, 15 und 17 ausgegeben werden, um die
Antriebselemente 6, 10, 12, 14 und 16 entsprechend zu bewegen.
Erreicht der Stielzylinder 8 seinen Maximalhub nicht, fährt das
Verfahren mit einem Schritt 69 fort.
Im Schritt 69 wird entschieden, ob der Schaufelzylinder 14 seinen
Maximalhub erreicht hat. Hat der Schaufelzylinder 14 seinen Maxi
malhub nicht erreicht, fährt das Verfahren mit einem Schritt 70
fort, bei dem ein kompensierter Betriebswert RBK0 für den Schaufel
zylinder 14 als Funktion der Betriebswerte RDS und RSW des
Stielzylinders und des Schwenkmotors 10 berechnet wird. Wenn der
Stielzylinder 8 oder der Schwenkmotor 10 bewegt wird, während die
Vorderkante oder die Unterseite der Schaufel 28 die Bodenfläche
berührt, die, wie in Fig. 10 dargestellt, bearbeitet werden soll,
wird die Vorderkante oder die Unterseite der Schaufel 28 teilweise
von der Bodenfläche abheben, so daß ein kompensierter Betriebswert
RBK0 für den Schaufelzylinder 14 berechnet werden muß. Der kompen
sierte Betriebswert RBK0 für den Schaufelzylinder 14 kann als Funk
tion der Betriebswerte RDS und RSW für den Schaufelzylinder 8 und
den Schwenkmotor 10 berechnet werden, d. h. RBK0=f(RDS, RSW).
Anschließend fährt das Verfahren mit Schritt 73 fort.
Erreicht der Schaufelzylinder 14 seinen maximalen Hub, fährt das
Verfahren mit einem Abfrageschritt 71 fort, bei dem entschieden
wird, ob der Auslegerzylinder 16 seinen Maximalhub erreicht hat.
Erreicht der Auslegerzylinder 16 seinen Maximalhub nicht, fährt
das Verfahren mit einem Schritt 72 fort, bei dem ein kompensierter
Betriebswert RBM0 für den Auslegerzylinder 16 als Funktion der Be
triebswerte RDS und RSW für den Stielzylinder 8 und den Schwenkmotor
10 berechnet wird. Wird der Stielzylinder 8 oder der Schwenkmotor
10 bewegt, während der Ausleger 26 so gesteuert wird, daß die Vor
derkante oder die Unterseite der Schaufel 28 die Bodenfläche, die
bearbeitet werden soll, berührt, verändert der Ausleger 26 seine
Lage und verursacht dadurch, daß die Vorderkante oder die Unter
seite der Schaufel 28 teilweise von der Bodenfläche abhebt. Daher
ist es erforderlich, den kompensierten Betriebswert RBM0 für den
Auslegerzylinder 16 zu berechnen.
Der kompensierte Betriebswert RBM0 für den Auslegerzylinder 16 kann
als Funktion der Betriebswerte RDS und RSW für den Stielzylinder 8
und den Schwenkmotor 10 berechnet werden,
d. h. RBM0 = fF(RDS, RSW). Anschließend fährt das Verfahren mit
Schritt 73 fort.
Erreicht der Auslegerzylinder 16 seinen maximalen Hub, fährt das
Verfahren zugleich mit Schritt 73 fort.
Im Schritt 73 werden die Betriebswerte RDS und RSW für den Stiel
zylinder 8 und den Schwenkmotor 10 gleichzeitig mit den kompen
sierten Betriebswerten RBK0 und RBM0 für den Schaufelzylinder 14 und
den Auslegerzylinder 16 an die Zylinder 8 und 10 ausgegeben. Da
durch wird die Schaufel 28 so gesteuert, daß das Abheben der Vor
derkante oder der Unterseite der Schaufel von der Bodenfläche ver
hindert wird, wenn sich der Stielzylinder 8 und der Schwenkmotor
10 bewegen. Anschließend fährt das Verfahren mit dem Schritt 74
fort, bei dem die Betriebswerte RSP für den linken und rechten
Fahrmotor 6 und 12 an die Motoren ausgegeben werden, um diese so
zu bewegen, daß sich der Bagger wie gewünscht fortbewegt.
Im Schritt 75 wird entschieden, ob sich der Neigungswinkel RBD des
Fahrgestells des Baggers zur Horizontalen verändert, während sich
die Fahrmotoren 6 und 12 bewegen. Verändert sich der Nei
gungswinkel RBD des Fahrgestells, kehrt das Verfahren zum Schritt
64 zurück, wo der Winkel R′W zwischen der Bodenfläche und dem Fahr
gestell in Abhängigkeit der Veränderung des Neigungswinkels RBD des
Fahrgestells neu gesetzt wird.
Verändert sich der Neigungswinkel RBD des Fahrgestells nicht, fährt
das Verfahren mit einem Abfrageschritt 76 fort, in dem entschieden
wird, ob der Auswahlschalter 30 eingeschaltet ist, oder nicht.
Ist der Schalter eingeschaltet, kehrt das Verfahren zum Schritt 65
zurück, wobei der Schaufelzylinder 14 und der Auslegerzylinder 16
so gesteuert werden, daß die automatische Bodenbearbeitung durch
Betätigung des Stielzylinders 8 oder des Schwenkmotors 10 entspre
chend dem oben beschriebenen Steuerverfahren zur Oberflä
chenbearbeitung durchgeführt wird.
Ist der Schalter ausgeschaltet, springt das Verfahren zum End
schritt und beendet damit das Steuerverfahren.
Wie in den Fig. 11 bis 15 näher dargestellt, kann das automa
tische Ansteuersystem dieser Erfindung die Antriebselemente 6, 8,
10, 12, 14 und 16 in ihrem Bewegungsbereich beschränken und damit
den Betriebsbereich der Betriebsteile, z. B. des Auslegers 26, der
Schaufel 28, des Löffelstiels 29, des Schwenkteils u.ä. begrenzen,
um einem Unfall wirkungsvoll vorzubeugen.
Die in Fig. 11, die eine teilweise vergrößerte schematische
Darstellung eines Steuerschaltkreises einer Steuereinheit zur
Durchführung des Steuerprozesses zur Begrenzung des Bewegungsbe
reiches der Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 des Baggers
ist, wobei die Steuereinheit den Controller 24 aus Fig. 1 umfaßt,
der elektrisch mit dem Sensor 31 zur Erfassung des Wei
gungswinkels des Fahrgestells, einer Funktionswahl-Schalttafel 78,
einem Funktionswahlschalter 79 und einem manuellen Schalter 80
verbunden ist. Die Funktionswahl-Schalttafel 78 dient zur Auswahl
der Bewegungsbereiche der Antriebselemente, um den Be
triebsbereich der Betriebsteile zu begrenzen, z. B. einer oberen,
unteren, linken und rechten Grenze der Betriebsteile. Der Funk
tionswahlschalter 79 dient zum Ein- oder Ausschalten der Auswahl
der Funktionen der Funktionswahl-Schalttafel 78, der manuelle
Schalter 80 dient zum Einschalten der Funktionsauswahl.
Fig. 12 ist eine schematische Seitenansicht des Baggers zur
Darstellung der oberen und unteren Begrenzungen der Betriebstei
le, Fig. 13 ist eine schematische Draufsicht auf den Bagger zur
Darstellung der Begrenzung des rechten und linken Grenzwinkels der
Schwenkeinrichtung.
Wie in den Fig. 11 bis 13 dargestellt, ist die Funktionswahl-
Schalttafel 78 mit einem Paar Bezugsebenenwahltaster 78a ausge
stattet, die zur Auswahl der Bezugsebene dienen, wobei zwischen
der Horizontalen AL und der tatsächlichen Ebene RL des Fahr
gestells des Baggers ausgewählt werden kann, ferner ein Paar
Schwenkwinkelwahltaster 78b zur Auswahl des größtmöglichen linken
Schwenkwinkels LR und des größtmöglichen rechten Schwenkwinkels RR
des Schwenkmotors 10, sowie ein Paar Höhenwahltaster 78c zur Ein
stellung der oberen Betriebsgrenze UL und der unteren Betriebs
grenze LL der Betriebsteile, wie z. B. dem Ausleger 26, der Schau
fel 28 und dem Löffelstiel 29. Die Funktionswahl-Schalttafel 78
ist ferner ausgestattet mit einem Radiuswahltaster 78d, mit dem
der Betriebsradius R der Betriebsteile eingestellt wird, sowie
mehreren Zifferntasten 78e, die zur Eingabe eines erwünschten Zah
lenwertes zusammen mit den Wahltastern 78a-78d verwendet werden.
Das Verfahren zum Festlegen des Bewegungsbereiches der Antrieb
selemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 ist in zwei Teile geteilt. Im
ersten Teil legt der Bediener die Bewegungsbereiche der An
triebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 fest, indem er die Wahl
taster 78a-78d sowie die Zifferntasten 78e der Funktionswahl-
Schalttafel 78 verwendet, um die Bewegungsbereiche der Betrieb
steile zu begrenzen, und betätigt anschließend die Antriebs
elemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16, um die Teile 26, 28 und 29 in
nerhalb des begrenzten Betriebsbereiches zu bewegen. Im anderen
Teil betätigt der Bediener wie üblich die Antriebselemente 6, 8,
10, 12, 14 und 16, um die Teile 26, 28 und 29 an gewünschte Po
sitionen zu bringen, und legt dann die Positionswerte der
tatsächlichen Position der Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und
16 als Bewegungsbereich der Antriebselemente fest.
Das durch die oben beschriebene Steuereinheit abgearbeitete
Steuerverfahren wird in Bezug auf das Flußdiagramm in Fig. 14 be
schrieben.
Zuerst wird der Funktionswahlschalter 79 eingeschaltet, um die
Steuereinheit zur Begrenzung des Bewegungsbereiches der An
triebselemente zu aktivieren und dadurch den Betriebsbereich der
Betriebsteile zu begrenzen. Anschließend wird durch den Bezugs
ebenenwahltaster 78a die Bezugsebene festgelegt. In einem Abfra
geschritt 84 wird entschieden, ob die absolute Horizontale als
Bezugsebene gewählt ist, d. h., ob der A-Taster gedrückt ist, um
den A-Modus zu wählen. Wurde die Horizontale als Bezugsebene ge
wählt, fährt das Verfahren mit Schritt 85 fort, bei dem die abso
lute Horizontale AL als Bezugsebene festgelegt wird.
Falls die absolute Horizontale nicht als Bezugsebene ausgewählt
wurde fährt das Verfahren mit einem weiteren Abfrageschritt 86
fort, in dem entschieden wird, ob die tatsächliche Ebene RL des
Fahrgestells des Baggers als Bezugsebene gewählt ist, d. h., ob der
G-Taster gedrückt ist, um den G-Modus zu wählen. Falls die
tatsächliche Ebene RL des Fahrgestells des Baggers als Bezugsebene
ausgewählt wurde, fährt das Verfahren mit einem Schritt 87 fort,
bei dem die tatsächliche Ebene RL des Fahrgestells als Bezugsebene
festgelegt wird. Falls die tatsächliche Ebene RL des Fahrgestells
nicht als Bezugsebene gewählt wurde, fährt das Verfahren mit einem
Schritt 85 fort.
Die obere Betriebsgrenze UL, die untere Betriebsgrenze LL und der
Betriebsradius des Baggers werden in Abhängigkeit der ausgewählten
Bezugsebene geändert, wie in Fig. 12 dargestellt. Wach Durchfüh
rung der Auswahl der Betriebsebene, wie oben beschrieben, sind die
Bewegungsbereiche der Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16
begrenzt.
Im Anschluß daran wird in einem Schritt 88 abgefragt, ob die Be
wegungsbereiche der Antriebselemente durch Betätigung der Aus
wahltaster 78a-78d und der Zifferntasten 78e erfolgt ist. Ent
sprechend der Entscheidung in Schritt 88 fährt das Verfahren zur
Festlegung des Bewegungsbereiches der Antriebselemente in zwei
Teilen fort, d. h. in einem Verfahren, in dem die Bewegungsbereiche
der Antriebselemente durch Verwendung der Auswahltaster 78a - 78d
und der Zifferntasten 78e festgelegt wird (Schritte 96-98), und
einem anderen Verfahren, in dem der Bediener die Steuerhebel
bzw. -pedale 21a bzw. 21b so betätigt, daß die Antriebselemente
die Betriebsteile in die entsprechenden kritischen Be
triebspositionen bringen und legt dann die Werte der tatsächli
chen Position durch Verwendung der Auswahltaster der Funktions
wahl-Schalttafel 78 fest (Schritte 89-93).
Wenn die Bewegungsbereiche der Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14
und 16 nicht durch die Auswahltaster 78a-78d und die Ziffern
tasten 78e der Funktionswahl-Schalttafel 78 festgelegt wurden,
fährt das Verfahren mit dem Schritt 89 fort, bei dem der Bediener
die Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b betätigt. Anschließend
werden im Schritt 90 diejenigen Auswahltaster in der Funktions
wahl-Schalttafel 78 betätigt, die zu demjenigen Antriebselement
gehören, dessen Bewegungsbereich begrenzt werden soll, d. h., das
betreffende Antriebselement wird so betätigt, daß das dazugehö
rige Betriebsteil die kritische Betriebsposition erreicht. Er
reicht das Betriebsteil die kritische Betriebsposition, liefern
die Sensoren 23a, 23b, 23c, 23d, 23e und 23f im Schritt 91 einen
Lageänderungswert S0 des betreffenden Antriebselementes. Im fol
genden Abfrageschritt 92 wird festgestellt, ob der manuelle
Schalter 80 eingeschaltet ist. Ist der manuelle Schalter 80 ein
geschaltet, fährt das Verfahren mit dem folgenden Schritt 93 fort,
bei dem der Lageänderungswert S0 des betreffenden Antriebselemen
tes, der im Schritt 91 ermittelt wurde, als erwünschter Bewe
gungsbereich des betreffenden Antriebselementes festgelegt wird.
Ist der manuelle Schalter 80 ausgeschaltet, springt das Verfahren
zum Schritt 89 zurück, um erneut einen Lageänderungswert des An
triebselementes durch die Sensoren 23a-23f zu ermitteln. Betä
tigt der Bediener den manuellen Schalter 80, wenn das Betriebs
teil die erwünschte kritische Betriebsposition erreicht, werden
die Schritte 93, 94 und 95 der Reihe nach abgearbeitet, so daß der
Lageänderungswert S0 des betreffenden Antriebselementes, im Schritt
91 durch die Sensoren ermittelt, als erwünschter Bewegungsbereich
SAR des betreffenden Antriebselementes festgelegt wird. Nun endet
das Steuerungsverfahren zur Festlegung 69699 00070 552 001000280000000200012000285916958800040 0002004132597 00004 69580der Be
wegungsgrenzen der Antriebselemente.
Im anderen Fall, wenn die Bewegungsbereiche der Antriebselemente
6, 8, 10, 12, 14 und 16 durch die Auswahltaster 78a-78d und die
Zifferntasten 78e der Funktionswahl-Schalttafel 78 festgelegt wer
den sollen, fährt das Verfahren mit den Schritten 96-98 fort. In
der Reihenfolge der Schritte 96-98 werden die Bewegungsbereiche
SAR der Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 durch den Bediener
unter Verwendung der Auswahltaster 78a-78d und der Zifferntasten
78e der Funktionswahl-Schalttafel 78 festgelegt, ohne die Steuer
hebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b zur Betätigung der Antriebselemen
te 6, 8, 10, 12, 14 und 16 zu verwenden. Nun betätigt der Bediener
zuerst die Auswahltaster 78a und 78d und gibt anschließend den
erwünschten Zahlenwert durch Betätigen der Zifferntasten 78e ein.
Ist die erwünschte obere Betriebsgrenze der Betriebsteile, wie
Ausleger 26, Schaufel 28 und Löffelstiel 29, zehn Meter, betätigt
der Bediener zuerst den oberen Höhenwahltaster UL der
Höhenwahltaster 78c der Funktionswahl-Schalttafel 78, anschlie
ßend gibt er den Zahlenwert für zehn Meter durch Drücken der
Zifferntasten 78e der Schalttafel 78 ein. Im Schritt 97 wird ab
gefragt, ob die tatsächlichen Positionen der Antriebselemente un
gleich der eingegebenen Bewegungsbereiche sind, d. h., es wird ent
schieden, ob die Verschiebungswerte der Antriebselemente 6, 8, 10,
12, 14 und 16 der Sensoren 23a-23f größer sind als die festge
legten Bewegungsbereiche der Antriebselemente.
Sind die tatsächlichen Positionen der Antriebselemente gleich ih
ren festgelegten Bewegungsgrenzen, fährt das Verfahren mit Schritt
94 fort, bei dem die Bewegungsbereiche der Antriebselemente 6, 8,
10, 12, 14 und 16 im Controller 24 gespeichert werden. Sind die
tatsächlichen Positionen der Antriebselemente ungleich ihrer fest
gelegten Bewegungsbereichen, werden die Festlegungen der
Bewegungsbereiche der Antriebselemente als fehlerhaft angesehen.
In diesem Falle fährt das Verfahren mit dem Schritt 98 fort, bei
dem ein Signal ausgegeben wird, das bedeutet, daß die gewählten
Bewegungsbereiche der Antriebselemente fehlerhaft sind und neue
Bereiche gewählt werden müssen. Anschließend springt das Verfahren
zum Schritt 88 zurück.
Wird während des oben beschriebenen Festlegungsprozesses für die
kritischen Bewegungsbereiche der Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14
und 16 des Baggers eine Bezugsebene durch Drücken der Bezugsebe
nenwahltaste 78a nicht ausgewählt, wird der A-Modus als festgeleg
ter Modus für die Bezugsebenen angesehen, d. h. die absolute Hori
zontale AL wird als Bezugsebene ausgewählt.
Ferner arbeitet in dem Festlegungsverfahren, in dem die Bewegungs
bereiche der Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 festgelegt
werden, in dem die tatsächlichen Positionen der Antriebselemente
ohne Verwendung der Auswahltaster 78a-78d und der Zifferntasten
78e der Funktionswahl-Schalttafel 78 ausgewählt werden, der ma
nuelle Schalter 80, der zur Festlegung der kritischen Betriebs
grenzen der Betriebsteile 26, 28 und 29 durch die Lageänderungs
werte der Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 eingerichtet
ist, als Funktionswahlschalter zur Festlegung der Bewegungsbe
reiche der Antriebselemente.
Desweiteren gibt es zwei Typen von Prozessen zur Festlegung des
Schwenkwinkels des Schwenkmotors 10, nämlich den A-Modus und den
G-Modus in Abhängigkeit der gewählten Schwenk-Mittellinie des
Schwenkmotors 10.
Im A-Modus wird die absolute Schwenkbezugslinie AD durch die
Mittellinie der Betriebsteile, das sind der Ausleger 26, die
Schaufel 28 und der Löffelstiel 29, wenn sie sich parallel zu den
Gleisketten 82 des Baggers befinden, wie mit den durchgehenden
Linien in Fig. 13 gezeigt, als Schwenkmittellinie des
Schwenkmotors 10 ausgewählt.
Im G-Modus wird die relative Schwenkbezugslinie RD, die Mittel
linie der Betriebsteile 26, 28 und 29, wenn sich diese in einer
Position befinden, bei dem sie einen Schwenkwinkel zur absoluten
Schwenkbezugslinie AD aufweisen, wie mit den strichpunktierten
Linien in Fig. 13 dargestellt, als Schwenkmittellinie des
Schwenkmotors 10 ausgewählt.
Zuerst wird ein Bezugsebenenwahltaster 78a zur Auswahl der Be
zugslinie betätigt, um zu entscheiden, ob der A-Modus oder der G-
Modus gewählt wird, anschließend wird der gewünschte Schwenkwinkel
des Schwenkmotors 10 durch Betätigen der Zifferntasten 78e einge
geben, wodurch der äußerste linke und der äußerste rechte Schwenk
winkel des Schwenkmotors 10 im Verhältnis zur absoluten Schwenkbe
zugslinie AD oder der relativen Schwenkbezugslinie RD festgelegt
wird. Hat der Bediener keinen Modus ausgewählt, wird der G-Modus
als ausgewählt angesehen, so daß die relative Schwenkbezugslinie
RD automatisch als Schwenkmittellinie des Schwenkmotors 10 ausge
wählt wird.
Zur Begrenzung der Bewegungsbereiche werden die Werte der Bewe
gungsbereiche durch Konvertierung der Lageänderungswerte der An
triebselemente 8, 14 und 16, die durch die Sensoren 23b, 23e und
23f ermittelt wurden, in Winkel umgerechnet, die zwischen den ent
sprechenden Betriebsteilen 26, 28 und 29 auftreten, die miteinan
der durch Verbindungsbolzen 83 verbunden sind, d. h. jeweils der
Winkel zwischen Ausleger 26 und Löffelstiel 29 sowie zwischen
Schaufel 28 und Löffelstiel 29 sowie die geometrische Berechnung
der Winkel zwischen den entsprechenden Betriebsteilen 26, 28 und
29 sowie der bekannten Längen der Betriebsteile 26, 28 und 29,
wodurch die obere Betriebsgrenze der entsprechenden Betriebsteile
26, 28 und 29 im Verhältnis zur absoluten Horizontalen AL oder der
tatsächlichen Linie RL des Fahrgestells. Auf der anderen Seite
wird als unterste Grabtiefe des Baggers diejenige Tiefe festge
legt, die die Vorderkante der Schaufel 28 erreicht.
Um die Festlegung der Bewegungsbereiche der Antriebselemente des
Baggers wie oben beschrieben zu bewerkstelligen, wird der Bagger
wie im Flußdiagramm in Fig. 15 beschrieben, betrieben.
Wie in Fig. 15 dargestellt, beginnt das Betriebsverfahren für den
Bagger, dessen Betriebsbereich der Antriebselemente vorher fest
gelegt wurde, mit einem Startschritt. Im folgenden Schritt 99 wer
den die Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b betätigt, um ein
elektrisches Signal an den Controller 24 zu senden, das einen Be
tätigungswert Ri darstellt. Entsprechend der Entscheidung im
Schritt 100, bei dem entschieden wird, ob der manuelle Schalter 80
eingeschaltet ist, fährt das Verfahren zur Behandlung dieses Si
gnals auf zwei Wegen fort.
Nachdem die Werte des Bewegungsbereiches der Antriebselemente 6,
8, 10, 12, 14 und 16 festgelegt wurden, arbeitet der manuelle
Schalter 80 als Auswahlschalter zur Festlegung, ob die festge
legten Werte durchgehend gehalten werden oder verändert werden,
während er bei der Festlegung der Bewegungsbereiche der An
triebselemente zum Festlegen der Werte der Bewegungsbereiche
diente.
Ist der manuelle Schalter eingeschaltet, fährt das Verfahren mit
einem Schritt 103 fort, bei dem die Antriebselemente 6, 8, 10, 12,
14 und 16 entsprechend der Betätigungswerte Ri der Steuerhebel bzw.
-pedale 21a bzw. 21b, die im Schritt 99 vom Controller 24 empfan
gen wurden, sowie der Lageänderungswerte S0 der Antriebselemente,
die durch die Sensoren 23a bis 23f ermittelt wurden, um entspre
chende Ausgangssignale, die die Lageänderungswerte S0 der Antrieb
selemente darstellen, an den Controller 24 auszugeben.
Im folgenden Schritt 104 berechnet der Controller 24 die Bewe
gungswerte S0i der Antriebselemente, wie die oberste und unterste
Grenze UL und LL, den äußerten linken und rechten Schwenkwinkel LR
und RR sowie den Betriebsradius R der Betriebsteile. Im Schritt
105 wird entschieden, ob die berechneten Bewegungswerte S0i der
Antriebselemente gleich der gefährlichen Ausladung SDR ist. Sind
die berechneten Bewegungswerte ungleich der gefährlichen Ausla
dung, werden die Antriebselemente entsprechend der Betätigungswer
te Ri der Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b betätigt, und an
schließend kehrt das Verfahren zum Startschritt zurück. Sind die
berechneten Bewegungswerte gleich der gefährlichen Ausladung,
fährt das Verfahren mit einem folgenden Abfrageschritt 106 fort,
bei dem entschieden wird, ob die berechneten Bewegungswerte S0i der
Antriebselemente gleich der kritischen Ausladung SCT sind.
Sind die berechneten Bewegungswerte der Antriebselemente ungleich
der kritischen Ausladung, fährt das Verfahren mit einem Schritt
107 fort, bei dem der Controller 24 ein erstes Alarmsignal
ausgibt, das dem Bediener anzeigt, daß eine Betriebsgefahr vorlie
gen kann. Sind die berechneten Bewegungswerte der Antriebselemente
gleich der kritischen Ausladung, fährt das Verfahren mit einem
folgenden Schritt 109 fort, bei dem der Controller 24 ein Steuer
signal an die Taumelwinkelsteuerventile 19a und 19b und die Pro
portionalventilblöcke 22a und 22b ausgibt, um die
Taumelwinkelsteuereinrichtungen 20a und 20b anzusteuern. Dadurch
wird die Fördermenge des Hydrauliköls der ersten und zweiten
Haupthydraulikpumpe 3 und 4 wesentlich verringert oder zurückge
halten, oder die Schieber der Schieberventile 7, 9, 11, 13, 15 und
17 der entsprechenden Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16
werden so gesteuert, daß das Hydrauliköl von den Antriebselementen
zurückgehalten wird, wodurch die Betriebsteile veranlaßt werden,
die Betriebsgrenzen nicht zu überschreiten.
Wurde im Schritt 100 festgestellt, daß der manuelle Schalter 80
ausgeschaltet ist, fährt das Verfahren mit einem Schritt 101
fort, bei dem die Antriebselemente entsprechend der Betätigungs
werte Ri der Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b betätigt werden.
Der manuelle Schalter 80 wird durch den Bediener häufiger ausge
schaltet, um den Antriebselementen die Betätigung der Betriebs
teile während der Beseitigung eines benachbarten Hindernisses zu
ermöglichen, oder wenn es erforderlich ist, die Betriebsteile in
einer Entfernung außerhalb der Betriebsbereiche zu benutzen.
Im folgenden Abfrageschritt 102 wird abgefragt, ob der manuelle
Schalter 80 eingeschaltet ist. Ist der manuelle Schalter 80 aus
geschaltet, fährt das Verfahren zum Schritt 99 zurück. Ist der ma
nuelle Schalter 80 eingeschaltet, fährt das Verfahren mit einem
Schritt 110 fort, bei dem die Sensoren 23a-23f der entspre
chenden Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 die Lageände
rungswerte S0 der Antriebselemente ermitteln und den Lageände
rungswerten entsprechende Signale an den Controller 24 ausgeben.
Im folgenden Schritt 111 berechnet der Controller 24 Bewegungs
werte S0i der Antriebselemente, z. B. die oberste und untere Grenze
UL und LL, den äußersten linken und rechten Schwenkwinkel LR und
RR sowie den Betriebsradius R der Betriebsteile.
Anschließend wird im Schritt 112 die Differenz ΔS0i zwischen den
berechneten Bewegungswerten S0i der Antriebselemente und den vorher
festgelegten Bewegungsbereichen SAR der Antriebselemente berechnet,
wie z. B. die Differenz zwischen der oberen und unteren Grenze,
oder der Differenz zwischen dem äußersten rechten und linken
Schwenkwinkel. Anschließend fährt das Verfahren mit einem weiteren
Abfrageschritt 113 fort, in dem entschieden wird, ob die tatsäch
lichen Betriebspositionen der Betriebsteile 26, 28 und 29 die
festgelegten Betriebsbereiche überschreiten. Überschreiten die
tatsächlichen Betriebspositionen der Betriebsteile 26, 28 und 29
die vorher festgelegten Betriebsbereiche nicht, d. h. sind die tat
sächlichen Positionen der Teile innerhalb der festgelegten Be
triebsbereiche, fährt das Verfahren mit einem Schritt 114 fort,
bei dem die vorher festgelegten Betriebsbereiche SAR als verfügbar
angesehen werden, so daß die Betriebswerte weiter verwendet wer
den.
Liegen die tatsächlichen Positionen der Betriebsteile 26, 28 und
29 außerhalb der vorher festgesetzten Betriebsbereiche, d. h. liegt
die tatsächliche Position eines Teiles außerhalb des festgelegten
Betriebsbereiches, fährt das Verfahren mit einem Schritt 115 fort,
bei dem die tatsächlichen Positionswerte S0i der Antriebselemente
als neue Betriebsgrenzen der Antriebselemente anstelle der vorher
gehenden festgelegt werden.
Ist z. B. in Schritt 100 der manuelle Schalter 80 ausgeschaltet,
wobei die obere Grenze vorher auf zehn Meter festgesetzt und die
tatsächliche maximale Höhe der Betriebsteile mit elf Metern ge
messen, wird im Schritt 115 die tatsächliche maximale Höhe von elf
Metern als neue obere Grenze anstelle der vorhergehenden von zehn
Metern festgelegt, wenn der manuelle Schalter 80 im Schritt 102
erneut eingeschaltet wird.
Ferner steuert das automatische Betätigungssystem, das in Fig. 1
dargestellt ist, die erste und zweite Haupthydraulikpumpe 3 und 4,
um deren Fördermenge automatisch zu optimieren und in Abhängigkeit
der Lasten durch die entsprechenden Antriebselemente 6, 8, 10, 12,
14 und 16 durch gleichzeitige automatische Steuerung der Volumen
ströme zu den entsprechenden Antriebselementen zu steuern.
Das Betätigungssystem zur Erzielung des optimalen Volumenstroms
der Hauptpumpen 3 und 4 wird im folgenden beschrieben.
Zuerst werden die Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b betätigt,
um ein elektrisches Signal entsprechend den Betätigungswerten an
den Controller 24 auszugeben. Der Controller 24 bearbeitet die
Betätigungswerte der Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b und
gibt ein entsprechendes Ausgangssignal an die Proportionalventil
blöcke 22a und 22b über die Verstärker 25a und 25b aus. Durch die
Proportionalventilblöcke 22a und 22b wird automatisch über die
entsprechenden elektromagnetisch angesteuerten Proportionalventile
Steuerdruck von der dritten Hydraulikpumpe 5 auf die Schieber der
Ventile 7, 9, 11, 13, 15 und 17 übertragen, wodurch der Fluß von
den Hauptpumpen 3 und 4 zu den Antriebselementen 8, 10, 12, 14 und
16 automatisch gesteuert wird. Nun ermitteln die Sensoren 23a-
23f die Lageänderungswerte der entsprechenden Antriebselemente und
geben den Lageänderungen entsprechende Ausgangssignale an den Con
troller 24.
Der Controller 24 verarbeitet die Lageänderungswerte der An
triebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 mit den Lasten der An
triebselemente und der erforderlichen Menge an Hydrauliköl für die
Antriebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16, um die erste und zweite
Hauptpumpe 3 und 4 optimal zu steuern.
Der Controller 24 steuert gleichzeitig die beiden Pumpen 3 und 4,
um einen Ausgleich der Last vorzunehmen, wenn eine Überlastung
eines Antriebselementes auftritt, und die Schieber der
elektromagnetischen Schieberventile für mindestens zwei An
triebselemente, die gleichzeitig durch die Pumpen 3 und 4 ver
sorgt werden, um eine gleiche Bewegungsgeschwindigkeit der An
triebselemente zu erlauben, dabei werden die Hauptpumpen 3 und 4
so angesteuert, daß eine optimale Fördermenge sowie eine Verbes
serung der Arbeitsweise der Antriebselemente erzielt wird.
Das Steuerverfahren zur Optimierung des Volumenstroms der Haupt
pumpen 3 und 4 wird im folgenden unter Bezug auf Fig. 16 und 17
im einzelnen beschrieben, dabei zeigt Fig. 16 ein Flußdiagramm
eines automatischen Steuerungsprozesses zur Steuerung der Haupt
hydraulikpumpen, bei dem der Volumenstrom der Haupthydraulikpum
pen automatisch gesteuert und optimiert wird, Fig. 17 zeigt ein
Flußdiagramm eines automatischen Steuerungsprozesses zur Steue
rung der Schieber der jeweiligen Schieberventile, um den Volu
menstrom zu den entsprechenden überlasteten Antriebselementen zu
steuern.
Im Schritt 115 werden die Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b
betätigt, um die entsprechenden Antriebselemente anzusteuern, da
durch wird ein elektrisches Signal, das die Betätigungswerte Ri der
Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b an den Controller 24 ausge
geben. Anschließend vergleicht der Controller 24 die Betätigungs
werte der Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b mit den vorher
bereits eingegebenen Werten der vorherigen Betätigung der Antrieb
selemente. Das heißt: In einem Abfrageschritt 116 wird entschie
den, ob sich die Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b in ihrer
Neutralstellung befinden. Befinden sich die Steuerhebel bzw. -pe
dale 21a bzw. 21b in ihrer Weutralstellung, fährt das Verfahren
mit einem Endschritt fort, bei dem der Controller 24 ein elektri
sches Signal entsprechend den Betätigungswerten an die Proportio
nalventilblöcke 22a und 22b über die Verstärker 25a und 25b ohne
weitere Bearbeitung ausgibt.
Befinden sich die Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b nicht in
ihrer Weutralstellung, d. h., daß die Steuerhebel bzw. -pedale 21a
bzw. 21b betätigt wurden, um das betreffende Antriebselement vor
wärts oder rückwärts zu bewegen, fährt das Verfahren mit einem
weiteren Abfrageschritt 117 fort, bei dem entschieden wird, ob die
Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b auf die gleiche Weise betä
tigt sind wie im vorhergehenden Durchgang. Werden die Hebel bzw. -
pedale 21a bzw. 21b auf die gleiche Weise wie vorher betätigt,
fährt das Verfahren mit einem Schritt 124 fort, um den vorherigen
Volumenstrom QP ohne Änderung zu halten. Sind die Hebel bzw. Pedale
21a bzw. 21b nicht wie vorher betätigt, bestimmt der Controller 24
die Betätigungswerte der Hebel bzw. Pedale 21a bzw. 21b.
Anschließend fährt das Verfahren mit einem Schritt 118 fort, bei
dem der erforderliche Volumenstrom QR, der von jeder Hauptpumpe 3
und 4 geliefert werden muß, berechnet wird, um das betroffene An
triebselement entsprechend den geforderten Bewegungswerten zu be
wegen, entsprechend einem auf den Controller 24 einwirkenden
Strom, der zu einem elektrischen Widerstand gehört, der durch den
Betätigungswert der Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b erzeugt
wird.
Der Controller 24 führt anschließend einen Schritt 119 durch, bei
dem ein erforderlicher Betätigungswert QV für ein Schieberventil 7,
9, 11, 13, 15, 17, 18 der betroffenen Antriebsteile 6, 8, 10, 12,
14, 16 ermittelt wird, wobei in Schritt 119 derjenige Wert berech
net wird, der erforderlich ist, um den Schieber des Schieberven
tils so zu bewegen, daß der geforderte Volumenstrom entsprechend
dem Betätigungswert für das jeweilige Antriebselement wirkungsvoll
von den Hauptpumpen 3 und 4 zum Antriebselement gesteuert wird.
Anschließend gibt der Controller 24 den erforderlichen Betäti
gungswert QV an das Ventil aus.
Anschließend fährt das Verfahren mit einem Schritt 121 fort, bei
dem Teilvolumenströme für die Hauptpumpen 3 und 4 berechnet wer
den. Diese entsprechenden Teilströme P1 und P2, die jeweils von
den Hauptpumpen 3 und 4, entsprechend den berechneten erforder
lichen Teilströmen der Hauptpumpen 3 und 4 zu liefern sind, wobei
jeder dieser Teilströme im Schritt 118 berechnet worden ist und
der erforderliche Betätigungswert des Schieberventils des ent
sprechenden Antriebselements im Schritt 119 berechnet wurde. An
schließend gibt der Controller 24 im Schritt 123 den Teilströmen
P1 und P2 entsprechende Signale über den dritten Verstärker 25c an
die Taumelwinkelsteuerventile 19a und 19b aus.
Ferner wird der jeweilige Teilstrom der Pumpen 3 und 4 differen
ziert in Abhängigkeit der Betätigungsart der Steuerhebel bzw.
-pedale 21a bzw. 21b gesteuert, nämlich einer einfachen Betäti
gungsart, bei der ein Antriebselement normal betätigt wird, einer
einzelnen zusammengesetzten Betätigung, bei der ein überlastetes
Antriebselement betätigt wird, und einer komplexen Betätigungswei
se, bei der mehrere Antriebselemente gleichzeitig betätigt wer
den.
Im Falle einer einfachen Betätigungsweise wird ein Steuerhebel 21a
oder ein Steuerpedal 21b betätigt, um ein bestimmtes An
triebselement 6, 8, 10, 12, 14 oder 16 zu betätigen. In diesem
Falle liefern die Hauptpumpen 3 und 4 die Hydraulikflüssigkeit an
das betreffende Antriebselement in Abhängigkeit von einem durch
den Controller 24 ausgegebenen Signal, wobei die Abhängigkeit des
geförderten Volumenstromes (Y-Achse) in Abhängigkeit des Betäti
gungswinkels (in Prozent, X-Achse) des Steuerhebels bzw. -pedals
21a bzw. 21b im Diagramm in Fig. 18 dargestellt ist. Wie darge
stellt, wird der maximale Durchfluß bei etwa 90% des Betätigungs
winkels erreicht, der minimale Durchfluß bei etwa 10% des Betäti
gungswinkels. Der von den Hauptpumpen 3 und 4 geförderte Volumen
strom steigt im Bereich von 10-90% des Betätigungswinkels ent
lang einer Funktion zweiter Ordnung.
Bei einer einfachen zusammengesetzten Betätigungsweise wird ein
Steuerhebel 21a oder ein Steuerpedal 21b betätigt, um ein über
lastetes Antriebselement zu betätigen, z. B. den Stielzylinder 18
oder den Auslegerzylinder 16. In diesem Falle reicht die Förder
leistung der mit dem betroffenen Antriebselement verbundenen
Hauptpumpe 3 oder 4 nicht aus, den betroffenen Zylinder 8 oder 16
zu betätigen, auch wenn von der Pumpe die maximale Förderleistung
bereitgestellt wird. Da die betroffene Hauptpumpe 3 oder 4 extrem
belastet wird, während die andere der Pumpen 3 oder 4 nicht in
Betrieb ist, wird in der gesamten Hydraulik des automatischen Be
tätigungssystems ein Ungleichgewicht hervorgerufen.
Zur Beseitigung des Ungleichgewichtes ermitteln die Sensoren 23b
und 23f der Antriebselemente 8 und 16 die Bewegungsgeschwindig
keit des betroffenen Antriebszylinders 8 oder 16 und gibt ein ent
sprechendes Signal an den Controller 24, der diesen Wert mit dem
von der Hauptpumpe 3 oder 4 gelieferten Volumenstrom entsprechend
dem Betätigungswinkel der Kontrollhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b
vergleicht. Wird entschieden, daß der Volumenstrom Qi, der von der
Hauptpumpe 3 oder 4 an das betreffende Antriebselement 8 oder 16
geliefert wird, nicht ausreicht, um den betreffenden Antriebszy
linder 8 oder 16 zu betätigen, steuert der Controller 24 die ande
re Hauptpumpe 3 oder 4 so, daß sie einen Volumenstrom Q2 liefert,
der mit dem Volumenstrom Q1 der Hauptpumpe 3 oder 4, die mit dem
betroffenen Antriebselement 8 oder 16 verbunden ist, zusammen
fließt, so daß die gemeinsamen Volumenströme Q1 und Q2 der Haupt
pumpen 3 und 4 gemeinsam das betroffene Antriebselement 8 oder 16
versorgen. Dadurch wird die Überlast auf dem Antriebselement 8
oder 16 gleichmäßig von der ersten und zweiten Hauptpumpe 3 und 4
getragen.
Ist die betroffene Hydraulikpumpe 3 oder 4 bereits stark betä
tigt, wenn die zweite Pumpe 3 oder 4 betätigt wird, wird das be
troffene Antriebselement 8 oder 16 kurzfristig mit dem gemeinsa
men massiven Volumenstrom der ersten und zweiten Pumpe 3 und 4
beaufschlagt, so daß ein mechanischer Schlag auf das Antriebs
element 8 oder 16 verursacht wird, der Schäden an dem Antriebs
element hervorrufen kann. Daher wird die andere Pumpe 3 oder 4 so
gesteuert, daß sie mit einer Verzögerung von einer Minute nach der
betroffenen Pumpe 3 oder 4 betätigt wird, so daß das Antriebsele
ment 8 oder 16 vor einem Schlag geschützt und seine Arbeitsweise
verbessert wird.
Der Fall einer komplexen Betätigungsweise, bei der mehrere An
triebselemente gleichzeitig betätigt werden, wird im folgenden in
vier Teilen detailliert beschrieben.
1. Wird eine Gruppe von Antriebselementen, deren Schieber
ventile 7, 9 und 11 oder 13, 15, 17 und 18 nicht querverbunden
sind, zur gleichen Zeit betätigt, und die andere Gruppe von An
triebselementen nicht betätigt, können die Volumenströme Q1 und Q2
der ersten und zweiten Hauptpumpe 3 und 4 nicht zusammenfließen.
In diesem Falle werden die Hauptpumpen 3 und 4 in der gleichen
Weise gesteuert wie in der oben erwähnten einfachen Betätigungs
weise. Diese Betätigungsweise erfordert keine Hilfssteuerung für
die Volumenströme.
Wird eine der beiden Gruppen von Antriebselementen, die jeweils
mit einer der Hauptpumpen 3 und 4 verbunden sind, als überlastet
angesehen, werden deren Schieberventile, die vorab querverbunden
sind, zwischen ihren jeweiligen Einlässen verbunden, wobei diese
Einlässe jeweils mit der Hauptpumpe 3 oder 4 verbunden sind,
während die anderen Antriebselemente, die als normal arbeitend
angesehen werden, nicht zwischen ihren Einlässen verbunden sind,
wird die Steuerung für den ersten Fall der komplexen Betäti
gungsweise durchgeführt.
Wie in der hydraulischen Schaltung in Fig. 1 dargestellt, ist
eine erste Verbindungsleitung 27a mit einem Rückschlagventil 27c
ausgestattet und verbindet die Einlaßleitung des dritten
Schieberventils 11 des Schwenkmotors 10 und die des sechsten
Schieberventils 17 des Auslegerzylinders 16. Eine zweite Verbin
dungsleitung 27b verbindet die Einlaßleitung des ersten Schieber
ventils 7 des Stielzylinders 8, sowie des vierten Schieberventils
13 des Schaufelzylinders 14. Dadurch sind die Antriebselemente 8
und 14, 10 und 16 miteinander durch die Verbindung zwischen den
Einlässen der Schieberventile 7 und 13, 11 und 17 verbunden und
durch die Verbindungsleitungen 27a und 27b mit den zusammengeführ
ten Volumenströmen Q1 und Q2 der ersten und zweiten Hauptpumpe 3
und 4 versorgt, während die anderen Antriebselemente 9, 13, 15 und
18, die nicht miteinander verbunden sind, auf die gleiche Weise
betrieben werden, wie bei der oben beschriebenen einfachen Betäti
gungsweise.
2. Falls es erwägt wird, können zwei Antriebselemente
gleichzeitig betätigt werden, indem ein Volumenstrom von einer der
Hauptpumpen 3 oder 4 verwendet wird; der Controller 24 steuert die
Hauptpumpe 3 oder 4 so, daß sie die Summe der jeweils erforderli
chen Volumenströme zur Betätigung der jeweiligen Antriebselemente
in der oben erwähnten einfachen Betätigungsweise bereitstellt.
Steuert der Bediener beispielsweise die Schaufel 28 gleichzeitig
mit dem Ausleger 26, der abwärts bewegt werden soll, ist der von
der Hydraulikpumpe 3 oder 4 geförderte Volumenstrom ausreichend,
um die Antriebselemente 26 und 28 gleichzeitig zu betätigen, da
die Last durch den Ausleger 26 relativ gering ist, da er so ge
steuert wird, daß er sich abwärts bewegt.
Ist z. B. zum Betrieb der Schaufel 28 die Hälfte des maximalen Vo
lumenstroms der zweiten Hauptpumpe 4 erforderlich und ein Viertel
des maximalen Volumenstromes zum Betrieb des Auslegers 26, der
abwärts bewegt werden soll, wird der erforderliche Volumenstrom
zum Betrieb des Auslegers 26 und der Schaufel 28 zugleich als
dreiviertel des maximalen Volumenstromes der Hauptpumpe 4 berech
net, und der Controller 24 steuert die zweite Hauptpumpe 4 so, daß
sie dreiviertel des maximalen Volumenstromes fördert.
3. Im Falle einer komplexen Betätigungsart, bei der der Be
diener den Ausleger 26 gleichzeitig mit einer Bewegung der
Schaufel 28 aufwärts steuert, reicht der maximale Volumenstrom
einer Hauptpumpe 3 oder 4 nicht aus, um den Ausleger 26 und die
Schaufel 28 gleichzeitig zu bewegen, da der Auslegerzylinder 17
zum Anheben des Auslegers 26 einen erheblich größeren Volumen
strom benötigt, als zum Absenken. In diesem Fall wird entschie
den, daß beide Hauptpumpen 3 und 4 zum Fördern der Hydraulik
flüssigkeit betrieben werden.
Dazu steuert der Controller 24 die zweite Hauptpumpe 4 so, daß sie
einen maximalen Volumenstrom fördert, so daß ein beträchtlicher
Teil des Volumenstroms der zweiten Pumpe 4 den Schaufelzylinder 14
versorgt, um den benötigten Volumenstrom zu liefern. Der andere
Teil des Volumenstroms der zweiten Pumpe 4 versorgt den Ausleger
zylinder 16, um den Ausleger 26 anzuheben, obwohl der Volumenstrom
zur Versorgung des Auslegerzylinders 16 nicht ausreicht. Zusätz
lich steuert der Controller 24 die erste Hauptpumpe 3 so an, daß
Hydraulikflüssigkeit von dieser zum Auslegerzylinder 16 über die
erste Verbindungsleitung 27a geliefert wird, um eine ausreichend
schnelle Versorgung des Auslegerzylinders 16 zum Anheben des Aus
legers 26 sicherzustellen.
Dazu erhält der Controller 24 ein elektrisches Signal entspre
chend den Betätigungswerten der Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw.
21b für den Schaufelzylinder 14 und den Auslegerzylinder 16 sowie
Signale, die den jeweiligen Geschwindigkeiten des Schau
felzylinders 14 und des Auslegerzylinders 16 entsprechen, die von
dem fünften und sechsten Sensor 23e und 23f ermittelt wurden.
Nachdem diese Signale vom Controller 24 empfangen worden sind,
werden diese von dem Controller 24 bearbeitet, um die Bewegungszu
stände der Zylinder 14 und 16 zu erkennen. Arbeitet der Schaufel
zylinder 14 normal, der Auslegerzylinder 16 jedoch nicht, so daß
die Aufwärtsgeschwindigkeit des Auslegers 26 relativ gering gegen
über der normalen Geschwindigkeit ist und so die Arbeitsweise be
einträchtigt, steuert der Controller 24 die erste Hauptpumpe 3
gleichzeitig mit einem Steuersignal an die Taumelwinkelsteuerven
tile 19a und 19b an. Nun steuern die Taumelwinkelsteuerventile 19a
und 19b die Taumelwinkelsteuereinrichtungen 20a und 20b so an,
daß die erste und zweite Hauptpumpe 3 und 4 so gesteuert werden,
daß die jeweiligen Volumenströme der Pumpen aneinander angeglichen
werden.
4. Werden die Antriebselemente so betätigt, daß die Schaufel
28 und der Löffelstiel 29 gleichzeitig mit dem Schwenkmotor 10
betrieben werden, um den oberen Rahmen des Baggers zum Fahrge
stell zu schwenken, steuert der Controller 24 die erste und zweite
Hauptpumpe 3 und 4 auf die gleiche Weise wie im Fall 3 an. Das
heißt, die erste Pumpe 3 wird zur Versorgung des Stielzylinders 8
sowie des Schwenkmotors 10 betrieben, der den oberen Rahmen zum
Fahrgestell schwenken soll, während die zweite Pumpe 4 den Ausle
gerzylinder 16 versorgt. Der Volumenstrom der ersten Hauptpumpe 3
versorgt wie im Fall 3 den Auslegerzylinder 16 über die erste Ver
bindungsleitung 27a in Abhängigkeit von den jeweiligen Lasten der
Betätigungselemente 8, 10 und 16. Die Steuerung der Hauptpumpen 3
und 4 erfolgt auf die gleiche Weise wie im Fall 3. Das heißt, der
Controller 24 erhält ein elektrisches Signal, das den Betätigungs
werten der Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b für den Stielzy
linder 8, den Schwenkmotor 10 und den Auslegerzylinder 16 ent
spricht, sowie Signale, die die jeweiligen Bewegungsgeschwindig
keiten des Stielzylinders 8, des Schwenkmotors 10 und des Ausle
gerzylinders 16 darstellen, die durch den zweiten, dritten und
sechsten Sensor 23b, 23c und 23f ermittelt werden. Nachdem der
Controller 24 die Signale erhalten hat, werden diese durch den
Controller 24 bearbeitet, um den Bewegungszustand der Antriebsele
mente 8, 10 und 16 zu ermitteln. Wird festgestellt, daß der Stiel
zylinder 8 und der Schwenkmotor 10 normal bewegt werden, der Aus
legerzylinder 16 jedoch nicht, so daß die Bewegungsgeschwindigkeit
des Auslegerzylinders 16 relativ gering gegenüber der normalen
ist, steuert der Controller 24 die erste Hauptpumpe 3 gleichzeitig
mit den Taumelwinkelsteuerventilen 19a und 19b an. Dadurch wird
der jeweilige Volumenstrom der Pumpen 3 und 4 so gesteuert, daß
sie einander angeglichen werden.
Werden ferner mindestens zwei Antriebselemente gleichzeitig be
tätigt, so daß gleichzeitig mit dem Anheben des Auslegers 26 die
Schaufel 28 durch den Bediener betätigt wird, kann der Controller
24 die Hauptpumpen 3 und 4 in der gleichen Weise, wie im Fall 3
steuern, wenn die Antriebselemente 14 und 16 normal belastet sind.
Tritt an der Schaufel 28 eine Überlast auf, z. B. wenn die Schaufel
auf ein relativ schweres Hindernis trifft, kann der normale Be
trieb der Hauptpumpen 3 und 4, wie im Fall 3 beschrieben, die er
forderliche Bewegung der Antriebselemente 14 und 16 nicht sicher
stellen. Der Grund hierfür wird durch das Diagramm in Fig. 20
gezeigt, in dem der von den Pumpen 3 und 4 gelieferte Volumenstrom
in Abhängigkeit der Last an den Antriebselementen aufgetragen ist.
Wie Fig. 20 zeigt, verringert sich der maximale Volumenstrom von
2Q1 im Falle einer normalen Last P1 auf Q2 im Falle einer anormal
erhöhten Last P2.
Bei normaler Last P1 wird jedes der Antriebselemente 14 und 16 mit
einem gleich großen Volumenstrom Q1 versorgt, um mit normaler Ge
schwindigkeit bewegt zu werden. Tritt eine anomale Last P2 an einem
Antriebselement, z. B. der Schaufel 28 auf, wird der Auslegerzylin
der 16 mit einem Volumenstrom Q1 versorgt, während der
Schaufelzylinder 14 mit dem Differenzvolumenstrom Q2-Q1 versorgt
wird, wobei der Volumenstrom zum Schaufelzylinder 14 verhält
nismäßig geringer ist als der erforderliche Volumenstrom, so daß
der Schaufelzylinder 14 die Schaufel 28 nicht normal betätigt. Nun
werden die Antriebselemente 14 und 16 mit einem gleich großen Vo
lumenstrom Q1′, dem Ergebnis der Halbierung des maximalen Volumen
stroms Q2, wodurch die Antriebselemente 14 und 16 mit einer gleich
großen reduzierten Geschwindigkeit bewegt werden können.
Fig. 17 zeigt ein Flußdiagramm eines Steuerungsprozesses zur
Steuerung des Volumenstroms, der von der ersten und zweiten
Hauptpumpe 3 und 4 geliefert wird, so daß die betreffenden An
triebselemente 6, 8, 10, 12, 14 und 16 in Abhängigkeit von der
Last optimal versorgt werden.
In einem ersten Schritt 125 werden die Steuerhebel bzw. -pedale
21a bzw. 21b betätigt, so daß ein elektrisches Signal entspre
chend den Betätigungswinkeln Ri an den Controller 24 gesendet wer
den. Der Controller 24 vergleicht nun die eingegebenen Signale mit
den vorher abgespeicherten Werten. Das heißt, im Abfrageschritt
126 wird entschieden, ob sich die Steuerhebel bzw. -pedale 21a
bzw. 21b in ihrer Neutralstellung befinden. Befinden sich die Kon
trollhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b in ihrer Neutralstellung ,
fährt das Verfahren mit einem Endschritt fort, so daß der Control
ler 24 ein elektrisches Signal entsprechend den Betätigungswerten
der Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b an die Proportionalven
tilblöcke 22a und 22b über die Verstärker 25a und 25b ausgibt.
Befinden sich die Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b nicht in
ihrer Neutralstellung, d. h., es wird festgestellt, daß die Steu
erhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b betätigt wurden,um das betref
fende Antriebselement vorwärts oder rückwärts zu bewegen, fährt
das Verfahren mit einem Schritt 127 fort, in dem die tatsächlichen
Positionswerte S0 der Antriebselemente durch die Sensoren 23a - 23f
bestimmt werden, und entsprechende Signale an den Controller 24
abgegeben werden.
Anschließend berechnet der Controller 24 im Schritt 128 die tat
sächliche Bewegungsgeschwindigkeit Vf des jeweiligen Antriebsele
mentes und berechnet im Schritt 129 die erforderliche Bewegungs
geschwindigkeit Vi des Antriebselementes entsprechend den Betäti
gungswerten der Steuerhebel bzw. -pedale 21a bzw. 21b.
In den Schritten 130 und 131 berechnet der Controller 24 die
Differenz ΔV(=Vi-Vf) zwischen der erforderlichen Bewegungsge
schwindigkeit Vi und der tatsächlichen Bewegungsgeschwindigkeit Vf
des Antriebselements (Schritt 130) und entscheidet, ob das betref
fende Antriebselement tatsächlich überlastet ist (Schritt 131).
Falls kein Antriebselement überlastet ist, springt das Verfahren
zum Endschritt.
Ist ein Antriebselement tatsächlich überlastet, fährt der Con
troller 24 mit dem folgenden Abfrageschritt 132 fort, bei dem ent
schieden wird, ob eine komplexe Bewegung ausgeführt wird, d. h. es
wird entschieden, ob mindestens zwei Antriebselemente betätigt und
deshalb beide Hauptpumpen 3 und 4 betrieben werden, und ob ein
Steuerverfahren zur Beseitigung einer Überlast eines Antriebsele
mentes durchgeführt wird.
Wird keine komplexe Bewegung ausgeführt, springt das Verfahren zum
Endschritt. Wird eine komplexe Bewegung ausgeführt, fährt der Con
troller 24 mit dem nächsten Abfrageschritt 133 fort, bei dem fest
gestellt wird, ob zuvor eine Steuerung für das überlastete An
triebselement durchgeführt wurde. Wurde eine solche Steuerung für
das überlastete Antriebselement durchgeführt, fährt der Controller
24 mit einem weiteren Abfrageschritt 134 fort, in dem entschieden
wird, ob die tatsächliche Bewegungsgeschwindigkeit Vf des Antrieb
selementes gleich der gesteuerten Bewegungsgeschwindigkeit V0 des
Antriebselementes ist, die zuvor im Controller 24 gespeichert wur
de. Ist die tatsächliche Bewegungsgeschwindigkeit Vf des Antrieb
selementes gleich der gesteuerten Bewegungsgeschwindigkeit V0 des
Antriebselementes, springt das Verfahren zum Endschritt, so daß
der Controller 24 ein der gesteuerten Bewegungsgeschwindigkeit V0
des Antriebselementes entsprechendes Ausgangssignal an die Propor
tionalventilblöcke 22a und 22b über die Verstärker 25a und 25b
ausgibt.
Ist die tatsächliche Bewegungsgeschwindigkeit Vf des Antriebsele
mentes nicht gleich der gesteuerten Bewegungsgeschwindigkeit V0 des
Antriebselementes, führt der Controller 24 einen Schritt 135
durch, bei dem der erforderliche Volumenstrom QBP für jedes An
triebselement 6, 8, 10, 12, 14, 16 in Abhängigkeit der jeweiligen
Last berechnet wird. Im Schritt 136 werden vom Controller 24 Steu
ersignale an die Proportionalventilblöcke 22a und 22b über die
Verstärker 25a und 25b ausgegeben, um die Schieberventile 7, 9,
11, 13, 15, 17 und 18 entsprechend dem erforderlichen Volu
menstrom QPP zu betätigen, der für jedes Antriebselement im Schritt
135 berechnet wurde.
Wurde im Schritt 133 festgestellt, daß eine Steuerung für ein
überlastetes Antriebselement zuvor nicht durchgeführt wurde, fährt
der Controller 24 mit dem Schritt 135 fort.
Wird ein Antriebselement überlastet, während mindestens zwei An
triebselemente gleichzeitig betätigt werden, vergleicht der Con
troller 24 die tatsächliche Bewegungsgeschwindigkeit Vf des betref
fenden Antriebselementes, gemessen durch die Sensoren, mit der
erforderlichen Bewegungsgeschwindigkeit Vi des Antriebselementes in
Abhängigkeit von den Betätigungswerten der Steuerhebel bzw. -peda
le 21a bzw. 21b. Tritt eine Differenz ΔV(=Vi-Vf) zwischen der
erforderlichen Bewegungsgeschwindigkeit Vi und der tatsächlichen
Bewegungsgeschwindigkeit Vf des Antriebselementes auf, bedeutet
dies, daß ein Antriebselement überlastet ist. Der Controller 24
teilt dann den maximalen Volumenstrom der Pumpen 3 und 4 in die
erforderlichen Volumenströme zur Versorgung der Antriebselemente
6, 8, 10, 12, 14 und 16 in Abhängigkeit der jeweiligen Last auf.
Anschließend gibt der Controller 24 ein Signal an die Proportio
nalventilblöcke 22a und 22b über die Verstärker 25a und 25b aus,
so daß jedes Antriebselement entsprechend des eingeteilten Volu
menstromes versorgt wird. Dazu steuern die Proportionalventile
entsprechend der Wirksamkeit der jeweiligen Antriebselemente den
Steuerdruck der dritten Pumpe 5 auf die Schieber der Schieberven
tile 7, 9, 11, 13, 15, 17 und 18, um deren Schieber nach rechts
oder links zu steuern.
Tritt eine Überlast P2 an einem Antriebselement auf, wodurch die
Förderung eines maximalen Volumenstromes Q2 der Hauptpumpen 3 und
4, wie in Fig. 20 dargestellt, verursacht wird, wird der maxi
male Volumenstrom Q2 in zwei Teile geteilt, wobei die Antriebsele
mente mit jeweils einem gleichen Volumenstrom Q1′=Q2/2 versorgt
wird. Dadurch ist es möglich, die Antriebselemente mit einer glei
chen Bewegungsgeschwindigkeit zu betätigen, auch wenn die Bewe
gungsgeschwindigkeit dann relativ gering gegenüber dem Fall einer
normalen Last ist, wodurch der Bagger auch im Falle einer Überlast
wirksam mit einer ausgeglichenen Geschwindigkeit betrieben werden
kann, auch wenn diese Geschwindigkeit relativ gering im Vergleich
zu einer normalen Belastung ist.
Die Fig. 21-26 zeigen ein automatisches Vorlaufsystem zum
Betrieb der Antriebselemente des Baggers in üblicher Weise. Wie in
Fig. 21 gezeigt, besteht das System aus dem Controller 24, der
den Betrieb der hydraulischen Schaltung in Fig. 1 steuert, einem
Schalter 140 zum Anlegen eines Signals für den Vorlaufbetrieb der
Antriebselemente an den Controller 24 sowie eine Warneinrichtung
141 für einen Fehleralarm, der während des automatischen Vorlauf
betriebes anfällt. Der Controller 24 enthält allgemein eine Einga
beeinheit 150, eine Ausgabeeinheit 142, eine CPU 143, einen Pro
grammspeicher 148 und ein Datenspeicher 149.
Die Eingabeeinheit 150 kann einen A/D-Konverter enthalten, der die
analogen Signale, die durch die Betätigung der Steuerhebel 21a und
der Steuerpedale 21b erzeugt werden, in digitale Daten zur Versor
gung der CPU 143 konvertiert. Die CPU 143 erhält digitale Daten
von der Eingabeeinheit 150 und speichert diese in ihrem internen
Speicher. Auf Basis der im internen Speicher gespeicherten Daten
und der Daten, die im Datenspeicher 149 gespeichert sind, z. B. im
Grey Code, erzeugt die CPU 143 über die Ausgangseinheit 142 Aus
gangssignale zur Ansteuerung der entsprechenden Antriebselemente
6, 8, 10, 12, 14 und 16.
Als Folge der Betätigung des Schalters 140 führt die CPU 143
entsprechend dem im Programmspeicher 148 abgelegten Programm den
automatischen Vorlaufbetrieb durch. Dieser automatische Vorlauf
betrieb wird im folgenden beschrieben.
Fig. 22 zeigt ein Funktionsschaltbild der CPU 143. Wie darge
stellt, enthält die CPU 143 eine Hubsteuerungseinheit 152, eine
Schwenksteuerungseinheit 155, eine Nullpunkterkennungseinheit 153,
eine Hubende-Erkennungseinheit 154, eine Schwenkwinkeler
kennungseinheit 156 sowie eine Betriebssteuereinheit 151 zur
Steuerung des Betriebes der Hubsteuerungseinheit 152 und der
Schwenksteuereinheit 155 sowie des Betriebes und der Steuerung
anhand der Signale der Nullpunkterkennungseinheit 153 und der Hu
bende-Erkennungseinheit 154.
Die Hubsteuerungseinheit 152 bewegt entsprechend der Steuerung
durch die Betriebssteuerungseinheit 151 die Kolben des Stielzy
linders 8, des Auslegerzylinders 16 und des Schaufelzylinders 14,
wie in Fig. 23 dargestellt. Das interne Hubende in Fig. 23 ist
ein Hubende, das durch die Steuerungseinheit 152 vorgesehen ist,
während das mechanische Hubende ein tatsächlicher Anschlag des
jeweiligen Kolbens ist. Die Hubsteuerungseinheit 152 verringert
die Bewegungsgeschwindigkeit eines jeden Kolbens in einem Inter
vall zwischen einem Punkt, der 100 ms vor dem internen Hubende
erreicht wird, und dem internen Hubende auf eine vorbestimmte ge
ringe Geschwindigkeit (z. B. 5% der Maximalgeschwindigkeit) im Be
reich zwischen dem internen Hubende und dem mechanischen Anschlag,
so daß der Aufschlag des Antriebselementes auf den Anschlag ver
ringert wird.
Die Nullpunkterkennungseinheit 153 und die Hubende-Erkennungs
einheit 154 ermitteln den Nullpunkt und den Hubende-Punkt, und
geben diese nacheinander an die Betriebssteuerungseinheit 151. Die
Erkennungsverfahren werden im folgenden unter Bezug auf Fig. 24
beschrieben.
In Fig. 24 ist ein Kolben 158 und ein Magnetsensor 159, der an
einem Teilstück eines Antriebselementes angebracht ist, um die
Bewegung des Kolbens 158 zu erkennen. Das Antriebselement kann der
Zylinder 8, 14 und 16 sein. Der Kolben 158 ist mit einem ma
gnetischen Film 158a beschichtet. Auf dem magnetischen Film 158a
wird eine 0,5 mm-Skalierung aus nicht magnetischem Material gebil
det. Der Magnetsensor 159 hat einen Permanentmagneten 160 und In
duktivitäten R1-R4. Dementsprechend wird die Bewegung und der
Betrag der Bewegung des Kolbens 158 über die Änderung des magneti
schen Flusses durch das magnetische Material 158 und das nicht
magnetische Material 158b detektiert. Das Teil aus magnetischem
Material 158a, das im Mittelbereich des Kolbens 158 angeordnet
ist, weist eine andere Flußdichte auf als das andere Stück magne
tischen Materials 158a, so daß der magnetische Fluß, der an dem
ersten Stück magnetischen Materials 158a erzeugt wird, sich von
dem bei dem anderen magnetischen Material 158 unterscheidet, wo
durch der Mittelpunkt, hier der Nullpunkt, erkannt werden kann.
Die Hubende-Erkennungseinheit 154 erkennt die Bewegung des Kol
bens 158 durch das Signal von dem Magnetsensor 159. Bleibt der
Kolben 158 während seiner Bewegung für mehr als zwei Sekunden ste
hen, wird der Punkt, bei dem der Kolben 158 stehengeblieben ist,
als Anschlag in der Bewegungsrichtung des Kolbens erkannt. Verän
dert der Mittelteil des Kolbens 158 das Erkennungssignal nachdem
der Magnetsensor 159 passiert wurde, erkennt die Null
punkterkennungseinheit 153 den Punkt der Erkennungssignalsverän
derung als Nullpunkt und sendet ein Erkennungssignal an die Be
triebssteuerungseinheit 151.
Die Schwenksteuerungseinheit 155 steuert die Schwenkbewegung des
Schwenkmotors 10 aus Fig. 1, während die Schwenkwinkelerken
nungseinheit 156 den Schwenkwinkel des Schwenkmotors 10 erkennt.
Die Schwenkwinkelerkennung erfolgt z. B. durch Detektion eines Si
gnals von einer Lichtquelle über ein lichtempfindliches Element,
das an einem Auswerteteil mit dem Schwenkmotor verbunden ist. Wird
z. B. als Sensor ein Absolutencoder verwendet, wird der
Schwenkwinkel als Wert im Grey Code ausgegeben an die Betriebs
steuerungseinheit 151.
Als Folge des Betriebs der Betriebssteuerungseinheit 151 basie
rend auf Daten, die im Datenspeicher 149 abgelegt wurden, gibt die
Fehler-und Warnsignalausgabeeinheit 157 Fehler- und Warnsignale an
die Warneinrichtung 141. Die Betriebssteuerungseinheit 151 erzeugt
vorbestimmte Steuersignale auf der Basis der Fehlersignale von der
Fehler- und Warnsignalausgabeeinheit 157. Diese Steuersignale der
Betriebssteuerungseinheit 151 und der Fehler- und Warnsignalausga
beeinheit 157 sind in Fig. 25 dargestellt.
Fig. 25a zeigt eine Fehlersteuerung, die während des Vorlaufbe
triebes durchgeführt wird, Fig. 25b eine Fehlersteuerung während
des automatischen Betriebes aufgrund der während des Vor
laufbetriebes ermittelten Fehlertoleranzen. Beträgt der Fehler
während des Vorlaufbetriebes mehr als ± 10%, wird der
Vorlaufbetrieb gestoppt. Gleichzeitig wird ein Alarm und eine An
zeige des Fehlers durchgeführt. Liegt der Fehler zwischen
± 10% und ± 1 mm (wobei die Millimeter-Angabe die Wegabweichung
eines Kolbens bezeichnet), wird der Vorlaufbetrieb fortgeführt und
ein Warnsignal und eine Fehlermeldung durchgeführt. Liegt der Feh
ler zwischen ± 1 mm und 0, wird der Vorlaufbetrieb weiter durchge
führt. Beträgt der Fehler während des automatischen Betriebes mehr
als ± 2 mm, wird der automatische Betrieb gestoppt. Gleichzeitig
wird ein Alarmsignal und eine Fehleranzeige durchgeführt. Liegt
der Fehler zwischen ± 2 mm und ± 1 mm, wird lediglich ein Alarmsi
gnal und eine Fehleranzeige durchgeführt (in diesem Falle kann ein
manueller Betrieb weiterhin erfolgen). Liegt der Fehler zwischen
± 1 mm und 0, wird der automatische Betrieb normal weitergeführt.
Nun wird der Vorlaufbetrieb entsprechend dem oben erwähnten
Steuersystem beschrieben.
In Fig. 26 ist der Vorlaufbetrieb für jeden Kolben dargestellt.
Der Vorlaufbetrieb erfolgt in der Reihenfolge des Kolbens des Aus
legerzylinders 16, des Kolbens des Stielzylinders 8 und des Kol
bens des Schaufelzylinders 14. Da diese Vorlaufbetriebe
grundsätzlich gleich sind, wird nur der Vorlaufbetrieb des Aus
legerzylinders 16 beschrieben.
Wird in Schritt 161 in Fig. 26a der Schalter 140 eingeschaltet,
wird die Bewegung des Kolbens des Auslegerzylinders 16 im Schritt
162 eingeleitet, wodurch der Kolben des Auslegerzylinders 16 an
sein eines Ende bewegt wird. Im Schritt 162 wird dies zum Anheben
des Auslegers durchgeführt. Bewegt sich der Kolben für länger als
zwei Sekunden nicht mehr, wird die derzeitige Position des Kolbens
als Endlage erkannt und der Betrieb gestoppt. Anschließend wird im
Schritt 163 geprüft, ob ein Fehler aufgetreten ist. Ist ein Fehler
aufgetreten, d. h. ist ein erzeugter Fehler größer als die erlaubte
Toleranz, warnt die Warneinrichtung 141 vor diesem Fehler. Gleich
zeitig wird die Fehlerüberschreitung angezeigt und die Kolbenbewe
gung gestoppt.
Wurde im Schritt 163 kein Fehler erkannt, d. h., ein aufgetretener
Fehler liegt nicht außerhalb der erlaubten Toleranz, wird der Kol
ben in die entgegengesetzte Richtung bewegt, d. h. der
Auslegerzylinder 16 wird abgesenkt. Während dieser Bewegung des
Kolbens wird der Nullpunkt geprüft. Dies erfolgt während des
Schrittes 164. Gleichzeitig vergleicht die Fehler- und Warnsig
nalausgabeeinheit 157 die Entfernung zwischen dem Kolbenende und
dem im Schritt 164 bestimmten Nullpunkt; diese Daten werden im
Datenspeicher 149 gespeichert, so daß das Auftreten eines Fehlers
geprüft werden kann. Wird festgestellt, daß ein Fehler aufgetreten
ist, erfolgt eine Warnung und eine Fehleranzeige im Schritt 169
und der Betrieb ist beendet.
Wurde im Schritt 165 kein Fehler erkannt, wird der Ausleger 26 so
bewegt, daß sich der Kolben in der Mitte befindet. Dies wird im
Schritt 166 durchgeführt. Wie im Schritt 165, wird im Schritt 167
geprüft, ob ein Fehler aufgetreten ist. Wird festgestellt, daß ein
Fehler aufgetreten ist, erfolgt in Schritt 169 eine Warnung und
eine Fehleranzeige sowie die Beendigung des Betriebes. Ist kein
Fehler aufgetreten, wird der Betrieb beendet.
Der oben erwähnte Betrieb wird identisch für den Löffelstiel 29
und die Schaufel 28 durchgeführt.
Fig. 26b zeigt eine Subroutine der Steuerschritte für die Kol
benbewegung (d. h. Schritte 162, 164 und 166). Die Betriebssteue
rungseinheit 151 entscheidet auf Basis des Erkennungssignals der
Hubende-Erkennungseinheit 154, ob der Kolben am internen Huben
depunkt angekommen ist. Dies wird im Schritt 170 durchgeführt.
Befindet sich der Kolben am internen Hubende, wird der Kolben mit
einer Geschwindigkeit entsprechend 5% der Maximalgeschwindigkeit,
wie in Fig. 23 beschrieben, bewegt (Schritt 175). Anschließend
wird im Schritt 176 unterschieden, ob der Kolben den Anschlag er
reicht hat. Dies ist der Fall, wenn der Kolben für länger als zwei
Sekunden stehengeblieben ist; im Schritt 177 wird entschieden, ob
die Entfernung zwischen dem Nullpunkt und dem Anschlag die normale
Entfernung ist. Ist die zurückgelegte Entfernung nicht die normale
Entfernung, erfolgt ein Fehlersignal. Die Entscheidung im Schritt
177 wird, wie oben erwähnt, auf der Basis der im Datenspeicher 149
gespeicherten Daten durchgeführt.
Wird im Schritt 170 nicht festgestellt, daß sich der Kolben am
internen Hubende befindet, fährt das Verfahren mit dem Schritt 171
fort, um festzustellen, ob sich der Kolben am Anschlag befindet.
Befindet sich der Kolben am mechanischen Anschlag, fährt das
Verfahren mit dem Schritt 177 fort, um zu entscheiden, ob die zwi
schen dem Nullpunkt und dem Anschlag zurückgelegte Strecke die
normale Strecke ist. Befindet sich der Kolben nicht am mechani
schen Anschlag, d. h. wenn sich der Kolben weder am internen
Hubende noch am Anschlagpunkt befindet, wird dieser zum internen
Hubendepunkt bewegt. Diese Bewegung wird im Schritt 172 durchge
führt. Während der Bewegung des Kolbens wird im Schritt 173 ent
schieden, ob der Nullpunkt festgestellt wurde. Diese Entscheidung
erfolgt aufgrund des Erkennungssignals der Nullpunkterkennungsein
heit 153. Ist im Schritt 173 festgestellt worden, daß der Null
punkt erkannt wurde, fährt das Verfahren mit dem Schritt 174 fort,
bei dem festgestellt wird, ob die Entfernung zwischen dem Null
punkt und dem Anschlag die normale Entfernung ist. Wurde der Null
punkt nicht innerhalb einer vorbestimmten Dauer aufgefunden, kehrt
das Verfahren zum Schritt 170 zurück, um die obigen Schritte zu
wiederholen.
Nach Durchführung des Vorlaufbetriebes der entsprechenden Kolben
wird der Vorlaufbetrieb der Schwenkbewegung durch den Schwenkmo
tor 10 durchgeführt. Dazu wird die Schwenksteuerungseinheit 155
durch die Betriebssteuerungseinheit 151 so gesteuert, daß der
Schwenkmotor um 45° nach rechts schwenkt. Die während dieses Be
triebes verstrichene Zeit wird durch ein Erkennungssignal der
Schwenkwinkelerkennungseinheit 156 bestimmt. Dauert diese
Schwenkbewegung z. B. länger als 2,5 Sekunden, wird der Betrieb
gestoppt und ein Alarmsignal erzeugt. Anschließend schwenkt der
Schwenkmotor 10 um 90° nach links. Auf die gleiche Weise wird be
stimmt, ob diese Schwenkbewegung normal ausgeführt wurde.
In der oben beschriebenen Ausführung der vorliegenden Erfindung
wird der Vorlaufbetrieb lediglich mit einer einmaligen Betätigung
eines Tasters bewerkstelligt, wodurch Fehler der entsprechenden
Betriebsteile automatisch geprüft werden.
Wie vorstehend beschrieben, weist das automatische Betätigungs
system für Antriebselemente eines Baggers nach dieser Erfindung
zahlreiche Vorteile auf.
Zum ersten liefert die vorliegende Erfindung ein automatisches
Betätigungssystem für Antriebselemente eines Baggers, das mit ei
ner automatischen Steuerung zur Steuerung einer überlasteten
Schaufel ausgestattet ist, die die Überlastung beseitigt. Wird die
Schaufel über eine Lastgrenze hinaus überlastet, z. B. durch das
Auftreffen auf einen Felsen oder die Beladung mit einer großen
Menge Erde darin, wird die überlastete Schaufel automatisch so
gesteuert, daß sie sich um ein gewünschtes Stück in einer Richtung
entgegen der Baggerrichtung bewegt und anschließend etwas angeho
ben wird, um von der Überlast befreit zu werden. Anschließend be
tätigt der Bediener die Steuerhebel bzw. -pedale so, daß die von
der Überlastung befreite Schaufel die erwünschten Baggerarbeiten
durchführt. So bietet dieses System den Vorteil, daß es auch die
einfache Bedienung durch einen ungelernten Bediener erlaubt, auch
wenn während Baggerarbeiten eine Überlast auf die Schaufel trifft,
dabei die überlastete Schaufel von der Überlast befreit und die
Antriebselemente und die Betriebsteile des Baggers wirksam ge
schützt werden.
Zum zweiten liefert die vorliegende Erfindung ein automatisches
Betätigungssystem für Antriebselemente eines Baggers, das eine
automatische Steuerung zum Halten der Schaufelposition während
verschiedener Betriebsarten des Baggers erlaubt, z. B. einer Bag
gerarbeit, einer Beladung o. ä. Der gewünschte Winkel zwischen der
beladenen Schaufel und der Horizontalen wird automatisch gesteu
ert, so daß er sich nicht verändert, auch wenn andere An
triebselemente außer dem Schaufelzylinder betätigt werden, sofern
die Kontrollhebel für den Schaufelzylinder sich in ihrer Neutral
stellung befinden, und dadurch der Inhalt der Schaufel vor dem
Herabfallen bewahrt. Dadurch liefert dieses System einen Vorzug
durch Beseitigen der Erschwernisse durch die Betätigung von Steu
erhebeln und -pedalen der Antriebselemente zur gleichen Zeit und
verringert dadurch die Erschöpfung des Bedieners und erhöht damit
die Arbeitsleistung des Baggers.
Zum dritten liefert die vorliegende Erfindung ein automatisches
Betätigungssystem für Antriebselemente eines Baggers, das eine
automatische Steuerung der Schaufel bei Oberflächenarbeiten er
möglicht. Der Schaufelzylinder oder der Auslegerzylinder wird
durch einfaches Betätigen der Steuerhebel bzw. -pedale des
Stielzylinders und des Schwenkmotors automatisch gesteuert, so daß
die Vorderkante oder die Unterseite der Schaufel ständig die zu
bearbeitende Bodenfläche berührt. Dieses System liefert einen Vor
teil durch Vereinfachung der Handhabung der Steuerhebel bzw. -pe
dale während der Geländewiederherstellung und vermeidet das Auf
treten von Erschöpfung beim Bediener und verbessert die Arbeits
leistung des Baggers.
Zum vierten liefert die vorliegende Erfindung ein automatisches
Betätigungssystem für Antriebselemente eines Baggers, das eine
Steuereinheit und eine automatische Steuerung zur automatischen
Begrenzung des Bewegungsbereiches der Antriebselemente liefert.
Die Betriebsteile, wie Schaufel, Ausleger, Löffelstiel u.ä. wer
den innerhalb vorher festgelegter Betriebsbereiche bewegt, so daß
die Betriebsteile während des Betriebs vor dem Berühren von Hin
dernissen, wie benachbarten Gebäuden, geschützt wird. Dadurch lie
fert dieses System einen Vorteil durch Schutz vor Unfällen durch
Kollisionen, vereinfacht die Handhabung der Steuerhebel bzw. -pe
dale und verhindert das Auftreten von Erschöpfung beim Bediener
und steigert die Arbeitsleistung des Baggers.
Zum fünften liefert die vorliegende Erfindung ein automatisches
Betätigungssystem für Antriebselemente eines Baggers, das eine
automatische Steuerung zur Steuerung des Volumenstromes der
Haupthydraulikpumpen liefert. Jede der Haupthydraulikpumpen lie
fert eine gleiche hydraulische Leistung an die entsprechenden An
triebselemente, die mit der jeweiligen Pumpe verbunden sind, in
Abhängigkeit der entsprechenden Lasten, mit denen die An
triebselemente belastet sind. Für den Fall, daß mehrere An
triebselemente gleichzeitig betätigt werden müssen, liefert jede
Hydraulikpumpe einen entsprechenden Volumenstrom zu den jeweils
direkt damit verbundenen Antriebselementen in Abhängigkeit der
entsprechenden Lasten der Antriebselemente, so daß die Antriebs
elemente mit einer gleichen Geschwindigkeit betätigt werden. Kann
im Falle einer Überlast eines Antriebselementes der erforderliche
Volumenstrom nicht geliefert werden, versorgt eine Hauptpumpe, die
mit dem Antriebselement direkt verbunden ist, das Antriebselement
mit einem Teil des erforderlichen Volumenstromes, und die andere
Hauptpumpe, die mit dem Antriebselement querverbunden ist, ver
sorgt das Antriebselement über die Querverbindungsleitung mit dem
fehlenden Teil des erforderlichen Volumenstromes. Dadurch liefert
dieses System einen Vorteil durch die Verbesserung des Abgabever
haltens der Hauptpumpen, wodurch eine Überlastung der Hydraulik
pumpen vermieden wird und ein unabhängiger Betrieb eines jeden
Antriebselementes ermöglicht wird.
Zum sechsten liefert die vorliegende Erfindung ein automatisches
Betätigungssystem für Antriebselemente eines Baggers, welches eine
Steuereinheit und eine automatische Steuerung für einen
Vorlaufbetrieb der Antriebselemente liefert. Dadurch wird ein Vor
laufbetrieb der jeweiligen Antriebselemente durch einfachste Be
dienung durchgeführt. Dadurch liefert das System einen Fort
schritt zur automatischen Überprüfung der betreffenden Antriebs
elemente und vereinfacht die Bedienung und das Arbeitsverhalten
des Baggers.
Claims (11)
1. Verfahren zur automatischen Steuerung eines Gerätes zur
Betätigung von Antriebselementen eines Baggers, das
Steuerventilblöcke zur Steuerung der Bewegung von Steu
erelementen von Wegeventilen zur Steuerung von Volumen
strömen einer Hydraulikflüssigkeit zur Versorgung der
Antriebselemente des Baggers enthält, wobei diese einen
Auslegerzylinder für einen Ausleger, einen Stielzylinder
für einen Löffelstiel, einen Schaufelzylinder für eine
Schaufel, einen Schwenkmotor zum Schwenken eines oberen
Rahmens des Baggers gegenüber einem unteren Rahmen des
Baggers und Fahrmotoren zur Fortbewegung des Baggers um
fassen, sowie Taumelwinkel-Steuerventile zur Ansteuerung
von Taumelwinkel-Steuereinrichtungen zur Steuerung der
von Haupthydraulikpumpen geförderten Volumenströme, La
geänderungssensoren, die an den jeweiligen Antriebsele
menten angebracht sind und die die Werte der Lageände
rung von diesen erfassen, und einen elektronischen Con
troller, der mit den Bedienhebeln/-pedalen zur Betäti
gung der entsprechenden Antriebselemente elektrisch ver
bunden ist, wobei das Verfahren ferner folgende Schritte
umfaßt:
Ausgabe eines elektrischen Signales vom Lageänderungs sensor des Schaufelzylinders an den elektronischen Con troller, das angibt, daß der Schaufelzylinder die Schaufel während einer vorgegebenen Zeit nicht mehr be wegt, weil die Schaufel überlastet ist;
Steuerung der Antriebselemente zur Beseitigung der Über last durch Ausgabe eines elektrischen Signals vom Con troller an die Steuerventilblöcke über Verstärker, um die hydraulische Steuerflüssigkeit von einer Hy draulik-Hilfspumpe durch Steuerleitungen zu den Wegeven tilen fließen zu lassen, so daß die Steuerventile der Wegeventile so gesteuert werden, daß sie sich entgegen einer Baggerrichtung bewegen, um die Änderung der Fluß richtung der Hydraulikflüssigkeit der Hauptpumpen von der Baggerrichtung in die entgegengesetzte Richtung zu ermöglichen, wobei der Steuervorgang folgende Schritte aufweist:
Ansteuerung des Schaufelzylinders zur Bewegung in die entgegengesetzte Richtung durch Änderung der Fluß richtung der Haupthydraulikflüssigkeit, mit der dieser versorgt wird, um die Schaufel in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen, um sie von der Überlast zu befrei en;
Ansteuerung des Stielzylinders und des Auslegerzy linders zur Bewegung in die entgegengesetzte Richtung durch Änderung der Flußrichtung der Haupthydraulikflüs sigkeit, mit der diese versorgt werden, um den Löffel stiel und den Ausleger anzuheben, und dadurch die Schau fel anzuheben; und
Fortsetzung des gewünschten Betriebs des Baggers durch Betätigen der Steuerhebel/-pedale, wenn festgestellt ist, daß die Schaufel nicht überlastet ist, wobei das Verfahren erneut durchgeführt wird, wenn festgestellt wird, daß die Schaufel erneut überlastet ist;
wobei die Schaufel, die überlastet ist, automatisch ge steuert wird, um sie von der Überlast zu befreien.
Ausgabe eines elektrischen Signales vom Lageänderungs sensor des Schaufelzylinders an den elektronischen Con troller, das angibt, daß der Schaufelzylinder die Schaufel während einer vorgegebenen Zeit nicht mehr be wegt, weil die Schaufel überlastet ist;
Steuerung der Antriebselemente zur Beseitigung der Über last durch Ausgabe eines elektrischen Signals vom Con troller an die Steuerventilblöcke über Verstärker, um die hydraulische Steuerflüssigkeit von einer Hy draulik-Hilfspumpe durch Steuerleitungen zu den Wegeven tilen fließen zu lassen, so daß die Steuerventile der Wegeventile so gesteuert werden, daß sie sich entgegen einer Baggerrichtung bewegen, um die Änderung der Fluß richtung der Hydraulikflüssigkeit der Hauptpumpen von der Baggerrichtung in die entgegengesetzte Richtung zu ermöglichen, wobei der Steuervorgang folgende Schritte aufweist:
Ansteuerung des Schaufelzylinders zur Bewegung in die entgegengesetzte Richtung durch Änderung der Fluß richtung der Haupthydraulikflüssigkeit, mit der dieser versorgt wird, um die Schaufel in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen, um sie von der Überlast zu befrei en;
Ansteuerung des Stielzylinders und des Auslegerzy linders zur Bewegung in die entgegengesetzte Richtung durch Änderung der Flußrichtung der Haupthydraulikflüs sigkeit, mit der diese versorgt werden, um den Löffel stiel und den Ausleger anzuheben, und dadurch die Schau fel anzuheben; und
Fortsetzung des gewünschten Betriebs des Baggers durch Betätigen der Steuerhebel/-pedale, wenn festgestellt ist, daß die Schaufel nicht überlastet ist, wobei das Verfahren erneut durchgeführt wird, wenn festgestellt wird, daß die Schaufel erneut überlastet ist;
wobei die Schaufel, die überlastet ist, automatisch ge steuert wird, um sie von der Überlast zu befreien.
2. Verfahren zur automatischen Steuerung eines Gerätes zur
Betätigung von Antriebselementen eines Baggers, das
Steuerventilblöcke zur Steuerung der Bewegung von Steu
erelementen von Wegeventilen zur Steuerung von Volumen
strömen einer Hydraulikflüssigkeit zur Versorgung der
Antriebselemente des Baggers enthält, wobei diese einen
Auslegerzylinder für einen Ausleger, einen Stielzylinder
für einen Löffelstiel, einen Schaufelzylinder für eine
Schaufel, einen Schwenkmotor zum Schwenken eines oberen
Rahmens des Baggers gegenüber einem unteren Rahmen des
Baggers und Fahrmotoren zur Fortbewegung des Baggers um
fassen, sowie Taumelwinkel-Steuerventile zur Ansteuerung
von Taumelwinkel-Steuereinrichtungen zur Steuerung der
von Haupthydraulikpumpen geförderten Volumenströme, La
geänderungssensoren, die an den jeweiligen Antriebsele
menten angebracht sind und die die Werte der Lageände
rung von diesen erfassen, und einen elektronischen Con
troller, der mit den Bedienhebeln/-pedalen zur Betäti
gung der entsprechenden Antriebselemente elektrisch ver
bunden ist, wobei das Verfahren ferner folgende Schritte
umfaßt:
Einstellung einer anfänglichen Winkelstellung der Schau fel zur absoluten Horizontalen der Bodenoberfläche durch den elektronischen Controller, um die anfängliche Win kelstellung im Controller zu speichern, wenn sich der Schaufelsteuerhebel der Steuerhebel/-pedale in der Neu tralstellung befindet, beim Empfang von Lageänderungs signalen der Lageänderungssensoren der entsprechenden Antriebselemente einem Signal, das dem Winkel eines Auf baus zur absoluten Horizontalen entspricht, das durch eine Einrichtung zur Bestimmung des Neigungswinkels des Aufbaus ausgegeben wird, und einem Signal von einem Aus wahlschalter entsprechend dem ein- oder ausgeschalteten Zustand des Schalters, wobei diese Einrichtungen und der Auswahlschalter elektrisch mit dem Controller verbunden sind;
Berechnung des tatsächlichen Winkels der Schaufel zur Horizontalen, der sich in Abhängigkeit der Bewegungen der Antriebselemente mit Ausnahme des Schaufelzylinders ändern kann, zur Berechnung der Differenz zwischen der anfänglichen Winkelstellung und dem tatsächlichen Winkel der Schaufel, und
Steuerung des Wegeventils des Schaufelzylinders, um die Schaufel ohne Änderung zu halten, falls die Differenz Null ist, jedoch einen Steuerungswert in Abhängigkeit von der Differenz zu bilden, falls diese ungleich Null ist, um die Schaufel so zu steuern, daß sie in einem ge wünschten Winkel zur Horizontalen gehalten wird;
wobei die Schaufel automatisch so gesteuert wird, daß sie einen Winkel zur absoluten Horizontalen beibehält, um den Schaufelinhalt vor dem Herabfallen zu schützen.
Einstellung einer anfänglichen Winkelstellung der Schau fel zur absoluten Horizontalen der Bodenoberfläche durch den elektronischen Controller, um die anfängliche Win kelstellung im Controller zu speichern, wenn sich der Schaufelsteuerhebel der Steuerhebel/-pedale in der Neu tralstellung befindet, beim Empfang von Lageänderungs signalen der Lageänderungssensoren der entsprechenden Antriebselemente einem Signal, das dem Winkel eines Auf baus zur absoluten Horizontalen entspricht, das durch eine Einrichtung zur Bestimmung des Neigungswinkels des Aufbaus ausgegeben wird, und einem Signal von einem Aus wahlschalter entsprechend dem ein- oder ausgeschalteten Zustand des Schalters, wobei diese Einrichtungen und der Auswahlschalter elektrisch mit dem Controller verbunden sind;
Berechnung des tatsächlichen Winkels der Schaufel zur Horizontalen, der sich in Abhängigkeit der Bewegungen der Antriebselemente mit Ausnahme des Schaufelzylinders ändern kann, zur Berechnung der Differenz zwischen der anfänglichen Winkelstellung und dem tatsächlichen Winkel der Schaufel, und
Steuerung des Wegeventils des Schaufelzylinders, um die Schaufel ohne Änderung zu halten, falls die Differenz Null ist, jedoch einen Steuerungswert in Abhängigkeit von der Differenz zu bilden, falls diese ungleich Null ist, um die Schaufel so zu steuern, daß sie in einem ge wünschten Winkel zur Horizontalen gehalten wird;
wobei die Schaufel automatisch so gesteuert wird, daß sie einen Winkel zur absoluten Horizontalen beibehält, um den Schaufelinhalt vor dem Herabfallen zu schützen.
3. Verfahren zur automatischen Steuerung eines Gerätes zur
Betätigung von Antriebselementen eines Baggers, das
Steuerventilblöcke zur Steuerung der Bewegung von Steu
erelementen von Wegeventilen zur Steuerung von Volumen
strömen an Hydraulikflüssigkeit zur Versorgung der An
triebselemente des Baggers enthält, wobei diese einen
Auslegerzylinder für einen Ausleger, einen Stielzylinder
für einen Löffelstiel, einen Schaufelzylinder für eine
Schaufel, einen Schwenkmotor zum Schwenken eines oberen
Rahmens des Baggers gegenüber einem unteren Rahmen des
Baggers und Fahrmotoren zur Fortbewegung des Baggers um
fassen, sowie Taumelwinkel-Steuerventile zur Ansteuerung
von Taumelwinkel-Steuereinrichtungen zur Steuerung der
von Haupthydraulikpumpen geförderten Volumenströme, La
geänderungssensoren, die an den jeweiligen Antriebsele
menten angebracht sind und die die Werte der Lageände
rung von diesen erfassen, und einen elektronischen Con
troller, der mit den Bedienhebeln/-pedalen zur Betäti
gung der entsprechenden Antriebselemente elektrisch ver
bunden ist, wobei das Verfahren ferner folgende Schritte
umfaßt:
Empfangen von Positionswerten der betreffenden Antriebs elemente, eines Weigungswinkels des Aufbaus des Baggers und eines Neigungswinkels der zu bearbeitenden Bodenflä che;
die Verarbeitung des Weigungswinkels der Bodenfläche, um einen Neigungswinkel zwischen der Bodenfläche und dem Aufbau zu erhalten;
Berechnung von kompensierten Betätigungswerten für den Schaufelzylinder und den Auslegerzylinder in Zusammen hang mit den Betätigungswerten des Löffelstiels und des Schwenkmotors, um die Vorderkante oder Unterseite der Schaufel so zu steuern, daß diese die Bodenfläche stän dig berührt, unabhängig von der Bewegung des Baggers; und
Ausgabe des kompensierten Betätigungswertes an den Schaufelzylinder und den Auslegerzylinder;
wobei der Schaufelzylinder und der Auslegerzylinder au tomatisch so gesteuert werden, daß die erwünschte Oberflächenendbearbeitung durch Bedienung des Stielzy linders durchgeführt wird.
Empfangen von Positionswerten der betreffenden Antriebs elemente, eines Weigungswinkels des Aufbaus des Baggers und eines Neigungswinkels der zu bearbeitenden Bodenflä che;
die Verarbeitung des Weigungswinkels der Bodenfläche, um einen Neigungswinkel zwischen der Bodenfläche und dem Aufbau zu erhalten;
Berechnung von kompensierten Betätigungswerten für den Schaufelzylinder und den Auslegerzylinder in Zusammen hang mit den Betätigungswerten des Löffelstiels und des Schwenkmotors, um die Vorderkante oder Unterseite der Schaufel so zu steuern, daß diese die Bodenfläche stän dig berührt, unabhängig von der Bewegung des Baggers; und
Ausgabe des kompensierten Betätigungswertes an den Schaufelzylinder und den Auslegerzylinder;
wobei der Schaufelzylinder und der Auslegerzylinder au tomatisch so gesteuert werden, daß die erwünschte Oberflächenendbearbeitung durch Bedienung des Stielzy linders durchgeführt wird.
4. Gerät zur automatischen Betätigung von Antriebselementen
eines Baggers, das Steuerventilblöcke zur Steuerung der
Bewegung von Steuerelementen von Wegeventilen zur Steue
rung von Volumenströmen einer Hydraulikflüssigkeit zur
Versorgung der Antriebselemente des Baggers enthält, wo
bei diese einen Auslegerzylinder für einen Ausleger, ei
nen Stielzylinder für einen Löffelstiel, einen Schaufel
zylinder für eine Schaufel, einen Schwenkmotor zum
Schwenken eines oberen Rahmens des Baggers gegenüber ei
nem unteren Rahmen des Baggers und Fahrmotoren zur Fort
bewegung des Baggers umfassen, sowie Taumelwinkel-Steu
erventile zur Ansteuerung von Taumelwinkel-Steuerein
richtungen zur Steuerung der von Haupthydraulikpumpen
geförderten Volumenströme, Lageänderungssensoren, die an
den jeweiligen Antriebselementen angebracht sind und die
die Werte der Lageänderung von diesen erfassen, und ei
nen elektronischen Controller, der mit den Bedienhe
beln/-pedalen zur Betätigung der entsprechenden Antrieb
selemente elektrisch verbunden ist, daß ferner umfaßt:
einen Funktionswahl-Schalttafel, die mit Wahltastern zur Auswahl der Betriebsbereicher des Baggers, z. B. einer Arbeitsebene, einer oberen Grenzhöhe, einer unteren Grenzhöhe, eines maximalen rechten und linken Schwenk winkels sowie eines Betriebsradius, einer Anzahl Zif ferntasten, einem Sensor zur Bestimmung eines Nei gungswinkels des Aufbaus und einem manuellen Wahlschal ter zum Ein- und Ausschalten der Funktionen ausgestattet ist, die durch die Funktionswahl-Schalttafel ausgeführt werden, wobei diese Schalter und der Sensor elektrisch mit dem Controller verbunden ist;
wobei der Betriebsbereich der Antriebelemente des Bag gers automatisch begrenzt wird.
einen Funktionswahl-Schalttafel, die mit Wahltastern zur Auswahl der Betriebsbereicher des Baggers, z. B. einer Arbeitsebene, einer oberen Grenzhöhe, einer unteren Grenzhöhe, eines maximalen rechten und linken Schwenk winkels sowie eines Betriebsradius, einer Anzahl Zif ferntasten, einem Sensor zur Bestimmung eines Nei gungswinkels des Aufbaus und einem manuellen Wahlschal ter zum Ein- und Ausschalten der Funktionen ausgestattet ist, die durch die Funktionswahl-Schalttafel ausgeführt werden, wobei diese Schalter und der Sensor elektrisch mit dem Controller verbunden ist;
wobei der Betriebsbereich der Antriebelemente des Bag gers automatisch begrenzt wird.
5. Verfahren zur automatischen Steuerung eines Gerätes zur
Betätigung von Antriebselementen eines Baggers, das
Steuerventilblöcke zur Steuerung der Bewegung von Steu
erelementen von Wegeventilen zur Steuerung von Volumen
strömen an Hydraulikflüssigkeit zur Versorgung der An
triebselemente des Baggers enthält, wobei diese einen
Auslegerzylinder für einen Ausleger, einen Stielzylinder
für einen Löffelstiel, einen Schaufelzylinder für eine
Schaufel, einen Schwenkmotor zum Schwenken eines oberen
Rahmens des Baggers gegenüber einem unteren Rahmen des
Baggers und Fahrmotoren zur Fortbewegung des Baggers um
fassen, sowie Taumelwinkel-Steuerventile zur Ansteuerung
von Taumelwinkel-Steuereinrichtungen zur Steuerung der
von Haupthydraulikpumpen geförderten Volumenströme, La
geänderungssensoren, die an den jeweiligen Antriebsele
menten angebracht sind und die die Werte der Lageände
rung von diesen erfassen, und einen elektronischen Con
troller, der mit den Bedienhebeln/-pedalen zur Betäti
gung der entsprechenden Antriebselemente elektrisch ver
bunden ist und eine Funktionswahl-Schalttafel vorgesehen
ist, die mit Wahltastern zur Auswahl des Betriebsbe
reiches des Baggers, z. B. einer Bezugsebene, einer obe
ren Grenzhöhe, einer unteren Grenzhöhe, einem maximalen
rechten und linken Schwenkwinkel sowie eines Betriebsra
dius, ferner einer Anzahl Zifferntasten, einem Sensor
zur Bestimmung eines Neigungswinkels des Aufbaus und ei
nem manuellen Wahlschalter zum Ein- und Ausschalten der
Funktionen ausgestattet ist, die durch die Funktions
wahl-Schalttafel ausgeführt werden, wobei diese Schalter
und der Sensor elektrisch mit dem Controller verbunden
ist, wobei das Verfahren ferner folgende Schritte um
faßt:
Ermittlung der Arbeitsebene aus der absoluten Horizonta len und einer tatsächlichen Positionslinie durch einen Auswahltaster zur Bestimmung der Arbeitsebene, der einer der genannten Wahltaster ist;
Festlegen des Bewegungsbereiches der betreffenden An triebselemente durch die Funktionswahltaster und die Zifferntaster der Funktionswahl-Schalttafel;
Ausschalten des manuellen Wahlschalters, um die Bewe gungsbereiche neu festzulegen, falls die Bewegung der Antriebselemente außerhalb des durch die Funktionswahl taster und die Zifferntaster festgelegten Bewegungsbe reiches erforderlich ist;
Einschalten des manuellen Wahlschalters zur Einstellung der neu gewählten Bewegungsbereiche und einer Bewegung der Antriebselemente aus dem vorher durch die betreffen den Funktionswahltaster und Zifferntaster festgelegten Bereich heraus;
wobei die Betriebsbereiche der Antriebselemente des Bag gers automatisch begrenzt werden.
Ermittlung der Arbeitsebene aus der absoluten Horizonta len und einer tatsächlichen Positionslinie durch einen Auswahltaster zur Bestimmung der Arbeitsebene, der einer der genannten Wahltaster ist;
Festlegen des Bewegungsbereiches der betreffenden An triebselemente durch die Funktionswahltaster und die Zifferntaster der Funktionswahl-Schalttafel;
Ausschalten des manuellen Wahlschalters, um die Bewe gungsbereiche neu festzulegen, falls die Bewegung der Antriebselemente außerhalb des durch die Funktionswahl taster und die Zifferntaster festgelegten Bewegungsbe reiches erforderlich ist;
Einschalten des manuellen Wahlschalters zur Einstellung der neu gewählten Bewegungsbereiche und einer Bewegung der Antriebselemente aus dem vorher durch die betreffen den Funktionswahltaster und Zifferntaster festgelegten Bereich heraus;
wobei die Betriebsbereiche der Antriebselemente des Bag gers automatisch begrenzt werden.
6. Verfahren zur automatischen Steuerung eines Gerätes zur
Betätigung von Antriebselementen eines Baggers, das
Steuerventilblöcke zur Steuerung der Bewegung von Steu
erelementen von Wegeventilen zur Steuerung von Volumen
strömen einer Hydraulikflüssigkeit zur Versorgung der
Antriebselemente des Baggers enthält, wobei diese einen
Auslegerzylinder für einen Ausleger, einen Stielzylinder
für einen Löffelstiel, einen Schaufelzylinder für eine
Schaufel, einen Schwenkmotor zum Schwenken eines oberen
Rahmens des Baggers gegenüber einem unteren Rahmen des
Baggers und Fahrmotoren zur Fortbewegung des Baggers um
fassen, sowie Taumelwinkel-Steuerventile zur Ansteuerung
von Taumelwinkel-Steuereinrichtungen zur Steuerung der
von Haupthydraulikpumpen geförderten Volumenströme, La
geänderungssensoren, die an den jeweiligen Antriebsele
menten angebracht sind und die die Werte der Lageände
rung von diesen erfassen, und einen elektronischen Con
troller, der mit den Bedienhebeln/-pedalen zur
Betätigung der entsprechenden Antriebselemente elek
trisch verbunden ist, wobei das Verfahren ferner folgen
de Schritte umfaßt:
Festlegen der erforderlichen Betätigungswerte, beim Emp fang eines elektrischen Signals entsprechend den Betäti gungswinkeln der Steuerhebel/-pedale der jeweiligen An triebselemente;
Festlegen der erforderlichen Volumenströme an Hydraulik flüssigkeit, die von den entsprechenden Haupthydraulik pumpen abgegeben werden müssen, um die erforderlichen Betätigungswerte der jeweiligen Antriebselemente zu er zielen;
Festlegen der erforderlichen Betätigungswerte der Wege ventile der jeweiligen Antriebselemente zur Bewegung der Steuerelemente der Ventile, um diese mit dem erforderli chen Volumenstrom, entsprechend den erforderlichen Betä tigungswerten der jeweiligen Antriebselemente, von den Haupthydraulikpumpen zu versorgen;
Festlegen des aufgeteilten Stromes an Hydraulikflüssig keit, der von den Haupthydraulikpumpen geliefert wird, entsprechend den erforderlichen Volumenströmen der Haupthydraulikpumpen und der erforderlichen Betäti gungswerte der Wegeventile der jeweiligen Antriebsele mente; und
Ausgabe von Signalen, die die aufgeteilten Volumenströme der Haupthydraulikpumpen darstellen, über einen Verstär ker an die Taumelwinkel-Steuerventile zur Steuerung der Taumelwinkel-Steuereinrichtungen, wobei die Verstärker elektrisch mit dem Controller und dem Taumelwinkel-Steu erventilen verbunden sind;
wobei optimale Volumenströme der Haupthydraulikpumpen für die entsprechenden Antriebselemente automatisch ge steuert werden.
Festlegen der erforderlichen Betätigungswerte, beim Emp fang eines elektrischen Signals entsprechend den Betäti gungswinkeln der Steuerhebel/-pedale der jeweiligen An triebselemente;
Festlegen der erforderlichen Volumenströme an Hydraulik flüssigkeit, die von den entsprechenden Haupthydraulik pumpen abgegeben werden müssen, um die erforderlichen Betätigungswerte der jeweiligen Antriebselemente zu er zielen;
Festlegen der erforderlichen Betätigungswerte der Wege ventile der jeweiligen Antriebselemente zur Bewegung der Steuerelemente der Ventile, um diese mit dem erforderli chen Volumenstrom, entsprechend den erforderlichen Betä tigungswerten der jeweiligen Antriebselemente, von den Haupthydraulikpumpen zu versorgen;
Festlegen des aufgeteilten Stromes an Hydraulikflüssig keit, der von den Haupthydraulikpumpen geliefert wird, entsprechend den erforderlichen Volumenströmen der Haupthydraulikpumpen und der erforderlichen Betäti gungswerte der Wegeventile der jeweiligen Antriebsele mente; und
Ausgabe von Signalen, die die aufgeteilten Volumenströme der Haupthydraulikpumpen darstellen, über einen Verstär ker an die Taumelwinkel-Steuerventile zur Steuerung der Taumelwinkel-Steuereinrichtungen, wobei die Verstärker elektrisch mit dem Controller und dem Taumelwinkel-Steu erventilen verbunden sind;
wobei optimale Volumenströme der Haupthydraulikpumpen für die entsprechenden Antriebselemente automatisch ge steuert werden.
7. Verfahren zur automatischen Steuerung eines Gerätes zur
Betätigung von Antriebselementen eines Baggers, das
Steuerventilblöcke zur Steuerung der Bewegung von Steu
erelementen von Wegeventilen zur Steuerung von Volumen
strömen einer Hydraulikflüssigkeit zur Versorgung der
Antriebselemente des Baggers enthält, wobei diese einen
Auslegerzylinder für einen Ausleger, einen Stielzylinder
für einen Löffelstiel, einen Schaufelzylinder für eine
Schaufel, einen Schwenkmotor zum Schwenken eines oberen
Rahmens des Baggers gegenüber einem unteren Rahmen des
Baggers und Fahrmotoren zur Fortbewegung des Baggers um
fassen, sowie Taumelwinkel-Steuerventile zur Ansteuerung
von Taumelwinkel-Steuereinrichtungen zur Steuerung der
von Haupthydraulikpumpen geförderten Volumenströme, La
geänderungssensoren, die an den jeweiligen Antriebsele
menten angebracht sind und die die Werte der Lageände
rung von diesen erfassen, und einen elektronischen Con
troller, der mit den Bedienhebeln/-pedalen zur Betäti
gung der entsprechenden Antriebselemente elektrisch ver
bunden ist, wobei das Verfahren ferner folgende Schritte
umfaßt:
Festlegen der Betätigungswerte der Steuerhebel/-pedale, beim Empfang eines elektrischen Signals, das die Betäti gungswinkel der Steuerhebel/-pedale darstellt, von den Steuerhebel/-pedalen;
Berechnung der erforderlichen Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebselemente entsprechend den festgelegten Betä tigungswerten der Steuerhebel/-pedale und der tatsächli chen Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebselemente, die beim Empfang von elektrischen Signalen, die die tatsäch lichen Lageänderungswerte darstellen und von den Lageän derungssensoren stammen, berechnet wird;
Festlegen, ob ein Antriebselement tatsächlich überlastet ist, durch Vergleich der erforderlichen Bewegungsge schwindigkeit mit der tatsächlichen Bewegungsgeschwin digkeit der Antriebselemente;
Festlegung, ob mindestens zwei Antriebselemente gleich zeitig unter Benutzung beider Hauptpumpen betätigt wer den und Feststellung, ob ein Steuerverfahren zur Besei tigung einer Überlast des Antriebselementes im vorheri gen Vorgang durchgeführt wurde;
Ausgabe eines Signales entsprechend der gesteuerten Be wegungsgeschwindigkeit des Antriebselementes über Ver stärker an die Steuerventilblöcke, wobei die Verstärker elektrisch mit dem Controller und den Steuerventilblöcken verbunden sind, sobald festgestellt wird, daß die tatsächlichen Bewegungsgeschwindigkeiten der Antriebs elemente gleich den gesteuerten Bewegungsgeschwindigkei ten sind, die während des vorherigen Vorganges im Con troller gespeichert wurden, jedoch Berechnung eines er forderlichen Volumenstromes an Hydraulikflüssigkeit für jedes Antriebselement in Abhängigkeit der Last auf jedem Antriebselement, sobald festgestellt wird, daß die tat sächlichen Bewegungsgeschwindigkeiten der Antriebsele mente ungleich der gesteuerten Bewegungsgeschwindigkei ten der Antriebselemente sind; und
Ausgabe von Steuersignalen zur Steuerung der Wegeventile in Abhängigkeit von dem erforderlichen Volumenstrom für die Antriebselemente, der im vorherigen Schritt berech net wurde, wobei die Steuersignale vom Controller über Verstärker an die Steuerventilblöcke ausgegeben werden;
wobei optimale Volumenströme an Hydraulikflüssigkeit von den Haupthydraulikpumpen an die entsprechenden An triebselemente automatisch gesteuert werden.
Festlegen der Betätigungswerte der Steuerhebel/-pedale, beim Empfang eines elektrischen Signals, das die Betäti gungswinkel der Steuerhebel/-pedale darstellt, von den Steuerhebel/-pedalen;
Berechnung der erforderlichen Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebselemente entsprechend den festgelegten Betä tigungswerten der Steuerhebel/-pedale und der tatsächli chen Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebselemente, die beim Empfang von elektrischen Signalen, die die tatsäch lichen Lageänderungswerte darstellen und von den Lageän derungssensoren stammen, berechnet wird;
Festlegen, ob ein Antriebselement tatsächlich überlastet ist, durch Vergleich der erforderlichen Bewegungsge schwindigkeit mit der tatsächlichen Bewegungsgeschwin digkeit der Antriebselemente;
Festlegung, ob mindestens zwei Antriebselemente gleich zeitig unter Benutzung beider Hauptpumpen betätigt wer den und Feststellung, ob ein Steuerverfahren zur Besei tigung einer Überlast des Antriebselementes im vorheri gen Vorgang durchgeführt wurde;
Ausgabe eines Signales entsprechend der gesteuerten Be wegungsgeschwindigkeit des Antriebselementes über Ver stärker an die Steuerventilblöcke, wobei die Verstärker elektrisch mit dem Controller und den Steuerventilblöcken verbunden sind, sobald festgestellt wird, daß die tatsächlichen Bewegungsgeschwindigkeiten der Antriebs elemente gleich den gesteuerten Bewegungsgeschwindigkei ten sind, die während des vorherigen Vorganges im Con troller gespeichert wurden, jedoch Berechnung eines er forderlichen Volumenstromes an Hydraulikflüssigkeit für jedes Antriebselement in Abhängigkeit der Last auf jedem Antriebselement, sobald festgestellt wird, daß die tat sächlichen Bewegungsgeschwindigkeiten der Antriebsele mente ungleich der gesteuerten Bewegungsgeschwindigkei ten der Antriebselemente sind; und
Ausgabe von Steuersignalen zur Steuerung der Wegeventile in Abhängigkeit von dem erforderlichen Volumenstrom für die Antriebselemente, der im vorherigen Schritt berech net wurde, wobei die Steuersignale vom Controller über Verstärker an die Steuerventilblöcke ausgegeben werden;
wobei optimale Volumenströme an Hydraulikflüssigkeit von den Haupthydraulikpumpen an die entsprechenden An triebselemente automatisch gesteuert werden.
8. Gerät zur automatischen Steuerung der Funktion von An
triebselementen eines Baggers, enthaltend elektromagne
tische Wegeventilblöcke zur gesteuerten Bewegung von
Steuerelementen von Steuerventilen zur Steuerung des
Flusses von Hydraulikflüssigkeit zur Versorgung der An
triebselemente des Baggers, Taumelwinkel-Steuerventile
zur Ansteuerung von Taumelwinkel-Steuereinrichtungen zur
Steuerung der von Haupthydraulikpumpen geförderten Volu
menströme, Lageänderungssensoren, die an den jeweiligen
Antriebselementen angebracht sind und die Werte der La
geänderung von diesen erfassen, und einen elektronischen
Controller, der mit den Bedienhebeln/-pedalen zur Betä
tigung der entsprechenden Antriebselemente elektrisch
verbunden ist, das ferner umfaßt:
eine Vorlaufsteuerungseinrichtung, zur automatischen Ausführung des Vorlaufbetriebes von entsprechenden An triebselementen;
Steuerungseinrichtungen zur Steuerung der elektromagne tischen Wegeventilblöcke entsprechend einem Befehl der Vorlaufsteuerungseinrichtung und zur Ausführung des Vor laufbetriebes der Antriebselemente;
eine erste Speichereinrichtung zur Speicherung eines Be triebsprogrammes für die Steuerungseinrichtungen;
eine zweite Speichereinrichtung zur Speicherung von ver schiedenen Daten zur Verwendung durch die Steuerungsein richtungen; und
eine Warneinrichtung, zur Warnung vor Fehlern, die bei entsprechenden Antriebseinrichtungen aufgetreten sind, und zur Anzeige ihrer Fehlertoleranzen;
wobei der Vorlaufbetrieb der Antriebselemente automa tisch durchgeführt wird.
eine Vorlaufsteuerungseinrichtung, zur automatischen Ausführung des Vorlaufbetriebes von entsprechenden An triebselementen;
Steuerungseinrichtungen zur Steuerung der elektromagne tischen Wegeventilblöcke entsprechend einem Befehl der Vorlaufsteuerungseinrichtung und zur Ausführung des Vor laufbetriebes der Antriebselemente;
eine erste Speichereinrichtung zur Speicherung eines Be triebsprogrammes für die Steuerungseinrichtungen;
eine zweite Speichereinrichtung zur Speicherung von ver schiedenen Daten zur Verwendung durch die Steuerungsein richtungen; und
eine Warneinrichtung, zur Warnung vor Fehlern, die bei entsprechenden Antriebseinrichtungen aufgetreten sind, und zur Anzeige ihrer Fehlertoleranzen;
wobei der Vorlaufbetrieb der Antriebselemente automa tisch durchgeführt wird.
9. Gerät für automatische Steuerungsvorgänge eines Baggers
nach Anspruch 8, bei dem die Steuerungseinrichtungen um
fassen:
eine Einrichtung zur Steuerung der Hubbewegung der ent sprechenden Antriebselemente;
eine Einrichtung zur Erkennung von Endpunkten der ent sprechenden Hübe;
eine Einrichtung zur Nullpunkterkennung von entsprechen den Hüben;
eine Einrichtung zur Steuerung von Schwenkbewegungen durch eines der Antriebselemente;
eine Einrichtung zur Erkennung des Schwenkwinkels des Antriebselementes, das die Schwenkbewegung erzeugt hat;
eine Steuerungs-/Betriebseinrichtung zur Steuerung des Ansteuerbetriebes der Steuerungseinrichtung für die Kol benbewegung und der Schwenkbewegungssteuerungseinrich tung und zur Ausführung eines vorbestimmten Betriebes anhand der ermittelten Daten der Nullpunkterkennungsein richtungen, der Endpunkterkennungseinrichtungen und der Schwenkwinkelerkennungseinrichtungen; und
eine Einrichtung zur Ausgabe von Fehler- und Alarmsigna len anhand des Ergebnisses des Betriebes der Steu erungs-/Betriebseinrichtungen und der in der zweiten Speichereinrichtung gespeicherten Daten.
eine Einrichtung zur Steuerung der Hubbewegung der ent sprechenden Antriebselemente;
eine Einrichtung zur Erkennung von Endpunkten der ent sprechenden Hübe;
eine Einrichtung zur Nullpunkterkennung von entsprechen den Hüben;
eine Einrichtung zur Steuerung von Schwenkbewegungen durch eines der Antriebselemente;
eine Einrichtung zur Erkennung des Schwenkwinkels des Antriebselementes, das die Schwenkbewegung erzeugt hat;
eine Steuerungs-/Betriebseinrichtung zur Steuerung des Ansteuerbetriebes der Steuerungseinrichtung für die Kol benbewegung und der Schwenkbewegungssteuerungseinrich tung und zur Ausführung eines vorbestimmten Betriebes anhand der ermittelten Daten der Nullpunkterkennungsein richtungen, der Endpunkterkennungseinrichtungen und der Schwenkwinkelerkennungseinrichtungen; und
eine Einrichtung zur Ausgabe von Fehler- und Alarmsigna len anhand des Ergebnisses des Betriebes der Steu erungs-/Betriebseinrichtungen und der in der zweiten Speichereinrichtung gespeicherten Daten.
10. Gerät zur automatischen Steuerung von Funktionen eines
Baggers nach Anspruch 8, bei dem die Steuerungseinrich
tungen für die Hubbewegung die Bewegungsgeschwindigkeit
für jede Hubelement in einen Bereich zwischen einem
Punkt, der sich in einem vorbestimmten Abstand vor dem
internen Hubende befindet, und dem internen Hubende all
mählich reduziert, und dann das Hubelement mit einer
vorbestimmten geringeren Geschwindigkeit zwischen dem
internen Hubende und einem mechanischen Hubende bewegt,
so daß der mechanische Aufprall zwischen dem Hubelement
und seinem Antriebselement erheblich verringert wird.
11. Gerät zur automatischen Steuerung von Funktionen eines
Baggers nach Anspruch 8, bei dem jedes der Hubelemente
auf der äußeren Oberfläche mit einer magnetischen Lage
beschichtet ist und Skalierungen auf der Außenseite der
magnetischen Lage trägt, die durch nichtmagnetisches Ma
terial gebildet wird.
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