DE4205506A1 - Vorrichtung und verfahren zur automatischen steuerung der relativen betriebsgeschwindigkeit von antriebselementen einer baumaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur automa­ tischen Steuerung der relativen Betriebsgeschwindigkeiten von Antriebselementen einer Baumaschine.

Bekannte Baumaschinen, wie z. B. Bagger, sind im allgemeinen mit einer Vielzahl von Betriebsteilen ausgestattet, die er­ wünschte Tätigkeiten ausführen, verschiedenen Antriebselemen­ ten zum Betätigen der Betriebsteile, einer Antriebsmaschine zur Bereitstellung der Antriebsleistung, Hydraulikpumpen, die ihre Antriebsleistung von der Antriebsmaschine beziehen, zur Bereitstellung von Hydraulikflüssigkeit unter Druck für die Antriebselemente, Wegeventilen zur Steuerung der Taumelwinkel von Taumelscheiben der Hydraulikpumpen, Wegeventilen, die je­ weils eingerichtet sind, um den Volumenstrom und die Flußrich­ tung der Hydraulikflüssigkeit zu steuern, einer Vielzahl von Lagesensoren zur Erfassung der Lageänderungen der Antriebsele­ mente, Steuerhebel/-pedale, die von einem Bediener betätigt werden, um eine gewünschte Tätigkeit auszulösen, und einem elektronischen Controller zur Steuerung des Betriebes der An­ triebselemente auf Erhalt von Betätigungssignalen der Steuer­ hebel/-pedale.

Die Antriebselemente von Baumaschinen werden durch die Betäti­ gung der Steuerhebel/-pedale durch einen Bediener gesteuert, so daß die Antriebselemente wirksam die Betriebsteile betäti­ gen, um verschiedene Tätigkeiten, wie Baggern, Oberflächenbe­ arbeitung, Ladetätigkeiten u. ä., auszuführen.

Während des Betriebes der Baumaschine müssen im allgemeinen mehrere Antriebselemente durch den Bediener gleichzeitig betä­ tigt werden. Hierzu werden durch jeden Steuerhebel im allge­ meinen zwei Antriebselemente gesteuert. Wird z. B. eine Ladetä­ tigkeit mit einem Bagger durchgeführt, müssen zwei von vier Antriebselementen gleichzeitig betrieben werden, das sind ein Schwenkmotor und ein Auslegerzylinder oder ein Schaufelzylin­ der und ein Stielzylinder. Ferner muß jedes der zwei Antriebs­ elemente gleichzeitig durch Betätigen eines Steuerhebels be­ dient werden. Dazu hat der Bediener zwei Steuerhebel gleich­ zeitig unter Verwendung beider Hände zu betätigen, um die bei­ den Antriebselemente anzusteuern. Daher weisen bekannte Bauma­ schinen den Nachteil auf, daß die Betätigung eines Steuerhe­ bels mit der Betätigung eines anderen Steuerhebels synchron­ isiert werden muß, so daß die Synchronisation der Betätigungen der Steuerhebel den Bediener belastet, ungeachtet seiner Ge­ schicklichkeit, wodurch die Betriebsgeschwindigkeit der Bauma­ schine gering ist, was die Wirksamkeit des Betriebes der Bau­ maschine herabsetzt.

Zur Lösung des oben beschriebenen Problemes wurden Baumaschi­ nen vorgeschlagen, die mit einer Einrichtung zur Einstellung der Betriebsgeschwindigkeit ausgestattet ist, die elektrisch mit dem Controller verbunden ist, um ein Verhältnis der rela­ tiven Betriebsgeschwindigkeit zwischen zwei Antriebselementen einzustellen und ein elektrisches Signal entsprechend des ein­ gestellten Geschwindigkeitsverhältnisses an den Controller aus zugeben.

Die japanische Patentveröffentlichung Nr. Sho. 63-93 936 of­ fenbart z. B. ein repräsentatives Beispiel für den oben er­ wähnten Typ einer Baumaschine, d. h. einen Bagger, der mit ei­ ner Geschwindigkeitseinstellvorrichtung ausgestattet ist, die ein relatives Betriebsgeschwindigkeitsverhältnis zwischen zwei Antriebselementen automatisch steuert, wie in Fig. 1 darge­ stellt.

In Fig. 1 ist schematisch die Verbindung zwischen einem hy­ draulischen Kreis und einem elektronischen Steuerschaltkreis, einschließlich einer Einrichtung zur Einstellung eines Ver­ hältnisses der Betriebsgeschwindigkeiten zwischen dem Schwenkmotor und dem Auslegerzylinder des Baggers entspre­ chend dem Stand der Technik dargestellt.

Wie in der Zeichnung dargestellt, ist der Bagger mit einer An­ triebsmaschine 1 ausgestattet, die mit einem Paar Hydraulik­ pumpen, einer ersten und einer zweiten Haupthydraulikpumpe 2 und 3, verbunden ist. Die erste Haupthydraulikpumpe 2 ist mit einem Wegeventil 4 verbunden, das eingerichtet ist, um den Volumenstrom und die Flußrichtung der Hydraulikflüssigkeit für den Schwenkmotor 6 zu steuern, während die zweite Haupthydrau­ likpumpe 3 mit einem Wegeventil 5 verbunden ist, das zur Steu­ erung des Volumenstromes und der Flußrichtung der Hydraulik­ flüssigkeit für den Auslegerzylinder 7 eingerichtet ist. Fer­ ner sind die Wegeventile 4 und 5 jeweils elektrisch mit einem Ausgangsport eines elektronischen Controllers 8 verbunden. Die Eingangsports des Controllers 8 sind elektrisch mit einem Steuerhebel 9 für den Auslegerzylinder, einem Steuerhebel 10 für den Schwenkmotor, einem Automatik-Auswahlschalter 11 und einer Betriebsgeschwindigkeits-Einstellvorrichtung 12 verbun­ den.

Im Betrieb steuert der Controller 8 die Wegeventile 4 und 5, um den Schwenkmotor 6 und den Auslegerzylinder 7 entsprechend dem Verhältnis der Betriebsgeschwindigkeiten zu steuern, das durch die Geschwindigkeits-Einstellvorrichtung 12 vorgegeben ist, sobald die gewünschten Betriebsgeschwindigkeiten für den Schwenkmotor 6 und den Auslegerzylinder 7 unter Verwendung der Betriebsgeschwindigkeit-Einstellvorrichtung 12 ausgewählt sind, um ein gewünschtes Verhältnis der Betriebsgeschwindig­ keiten zwischen ihnen festzulegen. Daher gibt der Controller 8 elektrische Steuersignale an die Wegeventile 4 und 5 aus, um den Schwenkmotor 6 und den Auslegerzylinder 7 automatisch im Verhältnis der Betriebsgeschwindigkeiten zu betätigen, wenn der Bediener die Steuerhebel 9 für den Auslegerzylinder und den Steuerhebel 10 für den Schwenkmotor einfach maximal betä­ tigt. Während des Betriebes, wie einer Baggertätigkeit, kann der Bediener so die Steuerhebel 9 und 10 für die Antriebsele­ mente einfach bedienen, indem er die Steuerhebel 9 und 10 zur Steuerung des Stielzylinders und des Schaufelzylinders betäti­ gen kann, unabhängig von der Betätigung der Steuerhebel 9 und 10 zur Steuerung des Schwenkmotors 6 und des Auslegerzy­ linders 7.

Bei dem oben erwähnten Bagger, der mit einer Geschwindigkeits- Einstellvorrichtung 12 ausgestattet ist, muß der Bediener das Verhältnis der Betriebsgeschwindigkeiten zwischen zwei An­ triebselementen aufgrund seiner Erfahrung einstellen, was zu dem Nachteil führt, daß der Bediener ausreichend sachkundig sein sollte, um das Verhältnis der Betriebsgeschwindigkeiten zuverlässig einzustellen. Ferner muß der Bediener das Verhält­ nis der Betriebsgeschwindigkeiten zwischen zwei Antriebsele­ menten stets neu einstellen, wenn sich die Betriebsbedingungen ändern, was zu dem weiteren Nachteil führt, daß der Bediener durch die wiederholte Einstellung des Geschwindigkeitsverhält­ nisses belastet wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile bekannter Baumaschinen bei der Steuerung der Betriebsgeschwin­ digkeiten der Antriebselemente zu überwinden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Vorrichtungen und Verfahren zur Steuerung der Antriebselemente einer Bauma­ schine, durch die das Verhältnis der relativen Betriebsge­ schwindigkeiten zwischen den Antriebselementen anhand der La­ geänderungen der Antriebselemente berechnet wird, anschließend elektrische Steuerströme zur Steuerung der Antriebselemente anhand des Verhältnisses der Betriebsgeschwindigkeiten berech­ net und die elektrischen Steuerströme während eines halben Zy­ klus einer Tätigkeit der Baumaschine gespeichert werden, dann automatisch in der zweiten Zyklushälfte der Volumenstrom und die Flußrichtung der Hydraulikflüssigkeit von den Haupthydrau­ likpumpen unter Verwendung der elektrischen Steuerströme, die anhand des Verhältnisses der Betriebsgeschwindigkeit berechnet wurden, gesteuert wird.

Dazu liefert die Erfindung eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung von Antriebselementen einer Baumaschine enthaltend: Steuereinrichtungen zur automatischen Steuerung des Betriebes der Antriebselemente der Baumaschine, Automatik-Auswahlein­ richtungen zur Auswahl der automatischen Steuerung der An­ triebselemente, wenn gewünscht, und zur Ausgabe eines Signales über den Auswahlzustand an die Steuereinrichtungen, Steuerhe­ beleinrichtungen zur Betätigung durch einen Bediener, um die Steuereinrichtungen entsprechend dem gewünschten Betrieb der Antriebselemente anzusteuern, und Sensoreinrichtungen zur Er­ fassung der jeweiligen Positionen der Antriebselemente und Ausgabe von Signalen entsprechend den Positionen der Antriebs­ elemente an die Steuereinrichtungen, wobei die Sensoreinrich­ tungen jeweils an einem Antriebselement angebracht sind, wo­ durch bei wiederholten Tätigkeiten der Baumaschine die An­ triebselemente automatisch so gesteuert werden, daß sie wäh­ rend einer ersten Tätigkeit durch die Betätigung der Steuerhe­ beleinrichtungen durch den Bediener und anschließend während jeder folgenden Tätigkeit automatisch durch die Steuereinrich­ tungen anhand von elektrischen Steuerströmen, die automatisch nach dem Verhältnis der Betriebsgeschwindigkeiten zwischen den Antriebselementen während der vorhergehenden Tätigkeit berech­ net wurden, gesteuert werden.

Ferner liefert die Erfindung ein Verfahren zur automatischen Steuerung von Antriebselementen einer Baumaschine unter Ver­ wendung der oben beschriebenen Vorrichtung, das folgende Schritte umfaßt:

Auf Erhalt von Signalen von den Automatik-Auswahleinrichtun­ gen, den Steuerhebeleinrichtungen und den Sensoreinrichtungen sowie der Feststellung, ob die Automatik-Auswahleinrichtung eingeschaltet ist, Feststellen, ob die Steuerhebeleinrichtun­ gen für die Antriebselemente entweder an den Maximal- oder den Minimalanschlag betätigt sind; sind die Steuerhebeleinrichtun­ gen für die Antriebselemente entweder an den Maximal- oder den Minimalanschlag betätigt, Erhalt der Betätigungsrichtung der Steuerhebeleinrichtungen und Speichern der ersten tatsächli­ chen absoluten Positionen der Antriebselemente, wobei diese ersten Positionen im vorher beschriebenen Schritt erhalten wurden, dann Feststellen, ob die derzeitige Betätigungsrich­ tung der Steuerhebeleinrichtungen gegenüber der vorhergehenden Betätigungsrichtung entgegengesetzt ist; ist die derzeitige Betätigungsrichtung der Steuerhebeleinrichtungen gleich der vorhergehenden Betätigungsrichtung, Berechnen elektrischer Steuerströme zur Steuerung der Antriebselemente entsprechend den Betätigungen der Steuerhebeleinrichtungen durch den Bedie­ ner, dann Ausgabe der elektrischen Steuerströme an die Wege­ ventile der Antriebselemente; sind die Steuerhebeleinrichtun­ gen für die Antriebselemente weder an den Maximal- noch an den Minimalanschlag betätigt, Feststellen, ob sich die Steuerhe­ beleinrichtungen für die Antriebselemente in ihren Neutral­ stellungen befinden; befinden sich die Steuerhebeleinrichtun­ gen für die Antriebselemente in ihren Neutralstellungen, Er­ halt zweiter derzeitiger absoluter Positionen der Antriebsele­ mente und Speichern der zweiten derzeitigen absoluten Positi­ onswerte, Berechnen entsprechender absoluter Positionswerte der Antriebselemente durch Subtraktion der ersten absoluten Positionen der Antriebselemente von den zweiten absoluten Po­ sitionen, Berechnen eines relativen Betriebsgeschwindigkeits- Verhältnisses zwischen den Antriebselementen anhand der abso­ luten Positionswerte, dann Berechnen elektrischer Steuerströme zur Steuerung der Antriebselemente anhand des Verhältnisses der Betriebsgeschwindigkeiten zwischen den Antriebselementen und Speichern der elektrischen Steuerströme; und, falls fest­ gestellt ist, daß die Richtung der Steuerhebeleinrichtungen in eine, gegenüber der vorhergehenden Betätigungsrichtung entge­ gengesetzte, gewechselt hat, Ausgabe der elektrischen Steuer­ ströme an die Wegeventile der Antriebselemente, die im vorher­ gehenden Schritt anhand des Verhältnisses der Betriebsge­ schwindigkeiten berechnet wurden.

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Verbindung des hydraulischen Kreises und des elektronischen Steuerschaltkreises einschließlich einer Einrich­ tung zur Einstellung eines Verhältnisses der Be­ triebsgeschwindigkeiten des Schwenkmotors und des Auslegerzylinders eines Baggers entsprechend dem Stand der Technik;

Fig. 2 Darstellung wie in Fig. 1, jedoch mit einem Ge­ rät zur Steuerung der Betriebsgeschwindigkeiten von Antriebselementen eines Baggers nach der vor­ liegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung des Verhältnisses der Betriebsgeschwindigkeiten zwischen dem Schwenkmotor und dem Auslegerzylin­ der eines Baggers, das von dem Gerät in Fig. 2, durchgeführt wird;

Fig. 4 ein Diagramm mit einer charakteristischen Kurve eines Verhältnisses der Betriebsgeschwindigkeiten I_b/I_a zwischen dem Auslegerzylinder und dem Schwenkmotor in Abhängigkeit von einem Verhältnis L/R der absoluten Lageänderungswerte des Ausle­ gerzylinders und des Schwenkmotors; und

Fig. 5 ein Diagramm mit charakteristischen Kurven von elektrischen Steuerströmen I_b′ und I_a′ für den Auslegerzylinder und den Schwenkmotor in Abhän­ gigkeit von der Betätigung des Auslegerzylinder- Steuerhebels und des Schwenkmotor-Steuerhebels.

In den folgenden Beschreibungen wird die vorliegende Erfindung anhand eines Baggers als repräsentativem Vertreter von Bauma­ schinen beschrieben. Die Beschreibung für einen Bagger dient nur zur Erläuterung, der Fachmann erkennt, daß die vorliegende Erfindung bei jeder Art Baumaschine eingesetzt werden kann.

In Fig. 2 ist die Verbindung zwischen einem hydraulischen Kreis und einem elektronischen Steuerschaltkreis einschließ­ lich eines Gerätes zur Steuerung der relativen Geschwindigkei­ ten zwischen einem Auslegerzylinder und einem Schwenkmotor ei­ nes Baggers dargestellt. Der Bagger ist mit einer Antriebsma­ schine 1 ausgestattet, die mit einem Paar Hydraulikpumpen ver­ bunden ist, d. h., einer ersten und einer zweiten Haupthydrau­ likpumpe 2 und 3. Die erste Haupthydraulikpumpe 2 ist mit ei­ nem Wegeventil 4 verbunden, das zur Steuerung eines Volumenstromes und der Flußrichtung von Hydraulikflüssigkeit zum Schwenkmotor 6 eingerichtet ist, während die zweite Haupthy­ draulikpumpe 3 mit einem Wegeventil 5 verbunden ist, das zur Steuerung eines Volumenstromes und einer Flußrichtung von Hy­ draulikflüssigkeit zum Auslegerzylinder 7 eingerichtet ist.

Ferner sind die Wegeventile 4 und 5 jeweils elektrisch mit ei­ nem Ausgangsport eines elektronischen Controllers 8 verbunden, der z. B. einen üblichen Microcomputer enthält. Die Eingangs­ ports des Controllers 8 sind elektrisch mit einem Auslegerzy­ linder-Steuerhebel 9, einem Schwenkmotor-Steuerhebel 10 und einem Automatik-Auswahlschalter 11 verbunden.

Das Gerät zur Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeiten des Auslegers und des Schwenkmotores ist mit einem Paar Lagesenso­ ren 13 und 14 ausgestattet, die am Schwenkmotor 6 und am Aus­ legerzylinder 7 angebracht sind. Die Sensoren 13 und 14 sind elektrisch mit den Eingangsports des Controllers 8 verbunden und ausgelegt, um die Betriebspositionen des Schwenkmotors 6 und des Auslegerzylinders 7 zu erfassen und anschließend elek­ trische Signale entsprechend den Betriebspositionen an den Controller 8 auszugeben, damit der Controller 8 die Lageände­ rungen des Schwenkmotors 6 und des Auslegerzylinders 7 berech­ nen kann, die entsprechend den Betätigungen der Steuerhebel 9 und 10 durch den Bediener erfolgen. Im Gegensatz zum Stand der Technik weist das Gerät zur Steuerung der Bewegungsgeschwin­ digkeiten des Auslegezylinders 7 und des Schwenkmotors 6 in Fig. 2 keine Einstellvorrichtung 12 für die Betriebsgeschwin­ digkeiten auf.

Das Verfahren zur automatischen Steuerung des Verhältnisses der Betriebsgeschwindigkeiten des Schwenkmotors 6 und des Aus­ legerzylinders 7, das durch das Gerät zur Steuerung der Be­ triebsgeschwindigkeiten des Auslegerzylinders 7 und des Schwenkmotors 6 des Baggers in Fig. 2 ausgeführt wird, wird im folgenden unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben.

Wie in dem Flußdiagramm dargestellt, führt der Controller 8 zu Beginn einen Schritt 16 durch, bei dem verschiedene elektri­ sche Signale erhalten werden, wobei die elektrischen Signale von den Steuerhebeln 9 und 10 den Betätigungen R_s und R_b der Steuerhebel 9 und 10 durch den Bediener entsprechen, die von den Lagensensoren 13 und 14 den aktuellen Positionen R_i und L_i der Antriebselemente 6 und 7 entsprechen und eines dem Schalt­ zustand R_sw des Automatik-Auswahlschalters 11 entspricht. An­ schließend wird in einem Schritt 17 anhand des Signales von dem Auswahlschalter 11 festgestellt, ob der Auswahlschalter 11 eingeschaltet ist.

Ist der Auswahlschalter 11 eingeschaltet, bedeutet dies, daß der Schwenkmotor 6 und der Auslegerzylinder 7 des Baggers au­ tomatisch durch das Gerät zur Steuerung der Betriebsgeschwin­ digkeiten gesteuert werden. In diesem Falle führt der Control­ ler 8 einen nächsten Schritt 18 durch, bei dem festgestellt wird, ob die Steuerhebel 9 und 10 entweder an den Maximal- oder den Minimalanschlag bewegt sind. Die Betätigung der Steu­ erhebel 9 und 10 an den Maximalanschlag bedeutet, daß die Steuerhebel 9 und 10 so betätigt wurden, daß der Ausleger ma­ ximal gehoben und der Schwenkmotor in die maximale Schwenkpo­ sition nach rechts bewegt werden soll. Die Betätigung der Steuerhebel 9 und 10 an dem Minimalanschlag bedeutet, daß die­ se so betätigt wurden, daß der Ausleger maximal abgesenkt und der Schwenkmotor seine maximale linke Schwenkstellung errei­ chen soll.

Wurde im Schritt 17 festgestellt, daß der Wahlschalter 11 aus­ geschaltet ist, bedeutet dies, daß der Schwenkmotor 6 und der Auslegerzylinder 7 des Baggers manuell durch den Bediener ge­ steuert werden, ohne das System zur Steuerung der Betriebsge­ schwindigkeiten zu benutzen. Daher führt der Controller 8 ei­ nen Schritt 29 durch, um elektrische Steuerströme I_s′ und I_b′ zu berechnen, um die Wegeventile 4 und 5 entsprechend den Be­ tätigungen R_s und R_b der Steuerhebel 9 und 10 des Bedieners zu steuern. Anschließend gibt der Controller 8 in einem Schritt 30 die elektrischen Steuersignale I_s′ und I_b′ an die Wegeventi­ le 4 und 5 aus. Anschließend wird das Verfahren mit dem Start­ schritt fortgesetzt.

Wurde im Schritt 18 festgestellt, daß die Steuerhebel 9 und 10 an den Maximal- oder Minimalanschlag betätigt wurden, erhält der Controller in einem Schritt 19 die Betätigungsrichtungen der Steuerhebel 9 und 10. Der Controller 8 erhält in einem an­ schließenden Schritt 20 gleichzeitig die absoluten Positions­ werte R_i des Schwenkmotors 6 und den Positionswert L_i des Aus­ legerzylinders 7 und speichert die Positionswerte R_i und L_i in einem (nicht dargestellten) RAM, wobei die Werte R_i und L_i von den Lagesensoren 13 und 14 an den Controller 8 ausgegeben wur­ den. Der Controller 8 stellt dann in einem Schritt 21 fest, ob die tatsächlichen Betätigungsrichtungen der Steuerhebel 9 und 10 entgegen der vorherigen Betätigungsrichtungen der Steuerhe­ bel 9 und 10 verändert worden.

Sind die derzeitigen Betätigungsrichtungen der Steuerhebel 9 und 10 gleich den vorhergehenden, bedeutet dies, daß der Bag­ ger nach Beendigung einer Baggerarbeit kontinuierlich eine Be­ wegung durchführt, wobei die Bewegung ausgeführt wird, um den Bagger aus einer Baggerstellung in eine Ladestellung zu brin­ gen. Dazu führt der Controller 8 die Schritte 29 und 30 durch, um die Antriebselemente 6 und 7 entsprechend den Betätigungen R_s und R_b der Steuerhebel 9 und 10 durch den Bediener zu steu­ ern.

Wurde festgestellt, daß die derzeitigen Betätigungsrichtungen der Steuerhebel 9 und 10 entgegengesetzt zu den vorherigen sind, bedeutet dies, daß der Bagger eine Rückkehrbewegung durchführt, um nach einer Ladetätigkeit eine Position zur Durchführung einer neuen Baggerarbeit zu erreichen. Dazu führt der Controller 8 einen Schritt 22 aus, bei dem er elektrische Steuersignale in Form von elektrischen Steuerströmen I_s und I_b an die Wegeventile 4 und 5 ausgibt. Das Verfahren zur Bestim­ mung der elektrischen Steuerströme I_s und I_b wird an anderer Stelle im einzelnen beschrieben.

Nach Durchführung der Steuerung für die Antriebselemente 6 und 7 durch die elektrischen Steuerströme I_s′ und I_b′ zur Ansteue­ rung der Wegeventile 4 und 5 entsprechend den Betätigungen R_s und R_b durch den Bediener führt der Controller 8 die Schritte 16 bis 18 wiederum durch. Nun führt der Bagger eine Ladetätig­ keit unter Verwendung eines Stielzylinders und eines Schaufel­ zylinders durch, so daß die Steuerhebel 9 und 10 für den Schwenkmotor 6 und den Auslegerzylinder 10 sich in ihren Neu­ tralstellungen befinden.

Wurde im Schritt 18 festgestellt, daß die Steuerhebel 9 und 10 weder in die Maximal- noch in die Minimalstellung betätigt wurden, führt der Controller 8 einen Schritt 24 durch, bei dem festgestellt wird, ob sich die Steuerhebel 9 und 10 in ihren Neutralstellungen befinden. Wird im Schritt 24 festgestellt, daß sich die Steuerhebel 9 und 10 nicht in ihren Neutralstel­ lungen befinden, führt der Controller 8 die bereits oben be­ schriebenen Schritte 29 und 30 durch. Befinden sich die Steu­ erhebel 9 und 10 in ihren Neutralstellungen, führt der Con­ troller 8 die Schritte 25 bis 28 durch. Im Schritt 25 erhält der Controller 8 gleichzeitig einen absoluten Positionswert R_f des Schwenkmotors 6 und einen Positionswert L_f des Auslegerzy­ linders 7.

Anschließend berechnet der Controller 8 in einem Schritt 26 die entsprechenden Absolutwerte R und L, d. h. die Lageände­ rungen des Schwenkmotors 6 und des Auslegerzylinders 7, in dem die absoluten Positionswerte R_i und L_i, die im Schritt 20 von dem Controller 8 in dem RAM gespeichert wurden, von den abso­ luten Positionswerten R_f und L_f abgezogen werden, die im Schritt 25 erhalten wurden. Im folgenden Schritt 27 berechnet der Controller 8 ein Verhältnis der Betriebsgeschwindigkeiten I_b/I_s des Auslegerzylinders 7 und des Schwenkmotors 6 anhand der entsprechenden absoluten Werte R und L, die im Schritt 26 berechnet wurden. Gleichzeitig berechnet der Controller 8 mit dem Verhältnis der Betriebsgeschwindigkeiten das Verhältnis I_b/I_s der elektrischen Steuerströme I_b zur Steuerung des Ausle­ gerzylinders 7 und I_s zur Steuerung des Schwenkmotors 6 anhand einer charakteristischen Kurve, wie sie beispielsweise im Dia­ gramm in Fig. 4 gezeigt ist, wo die charakteristische Kurve eines Verhältnisses der Betriebsgeschwindigkeiten I_b/I_s des Auslegerzylinders und des Schwenkmotors über das Verhältnis L/R der absoluten Lageänderungswerte des Auslegerzylinders des Schwenkmotors aufgetragen ist.

Der Controller 8 berechnet dann in einem Schritt 28 die elek­ trischen Steuerströme I_s und I_b anhand des Verhältnisses der Betriebsgeschwindigkeiten I_b/I_s des Auslegerzylinders 7 und des Schwenkmotors 6 und speichert die elektrischen Steuerströme I_s und I_b anschließend in dem RAM. Der verhältnismäßig größere Wert der Ströme I_b und I_a kann entsprechend dem Diagramm in Fig. 5 erhalten werden, in dem die charakteristischen Kurven der elektrischen Steuerströme I_b′ und I_s′ für den Auslegerzy­ linder 7 und den Schwenkmotor 6 über den Betätigungen R_b und R_s für den Auslegerzylinder-Steuerhebel 9 und den Schwenkmotor- Steuerhebel 10 dargestellt sind, während der verhältnismäßig geringere der Ströme I_b und I_s aus dem Verhältnis der Betriebs­ geschwindigkeiten I_b/I_s erhalten werden kann. Als Ergebnis be­ werkstelligt der Controller 8 die Steuerung der Antriebsele­ mente des Baggers für eine Ladetätigkeit.

Soll der Bagger anschließend eine weitere Baggerarbeit ausfüh­ ren, muß ein Rückkehrbetrieb zur Rückkehr von der Ladeposition in die Baggerposition erfolgen. Dazu betätigt der Bediener die Steuerhebel 9 und 10 entgegen der Richtung für die vorherge­ hende Bewegung. Als Ergebnis führt der Controller 8 das Ver­ fahren wiederum durch, beginnend mit dem Schritt 28.

Nach dem Speichern der elektrischen Steuerströme I_s und I_b führt der Controller 8 die Schritte 16 und 17 durch. Wird im Schritt 17 festgestellt, daß der Auswahlschalter 11 einge­ schaltet ist, bedeutet dies, daß der Schwenkmotor 6 und der Auslegerzylinder 7 des Baggers automatisch durch das Gerät zur Steuerung der Betriebsgeschwindigkeiten gesteuert werden soll. Dazu führt der Controller 8 nacheinander die Schritte 18 bis 21 durch. Gleichzeitig werden die Steuerhebel 9 und 10 in ent­ gegengesetzter Richtung betätigt, wie oben bereits beschrieben. Daher stellt der Controller 8 in einem Schritt 21 fest, daß sich die Betätigungsrichtungen der Steuerhebel 9 und 10 entge­ gen der Richtung der vorherigen Betätigung zur Ausführung der vorhergehenden Bewegung geändert haben. Daher führt der Con­ troller 8 einen Schritt 22 durch, bei dem elektrischen Steuer­ ströme I_s und I_b vom Controller 8 an die Wegeventile 4 und 5 ausgegeben werden, um die Antriebselemente 6 und 7 automatisch zu steuern.

Dadurch führt der Bagger die Rückkehr in die Baggerposition zur Ausführung einer weiteren Baggerarbeit aus.

In dem folgenden Baggerbetrieb des Baggers unter Verwendung des Stielzylinders und des Schaufelzylinders befinden sich die Steuerhebel 9 und 10 für den Schwenkmotor 6 und den Ausleger­ zylinder 7 in ihren Neutralstellungen. Gleichzeitig führt der Controller 8 das Verfahren wiederum durch, beginnend mit dem Schritt 16. Dazu stellt der Controller 8 im Schritt 17 fest, daß sich die Steuerhebel 9 und 10 weder am Maximal- noch am Minimalanschlag befinden, so daß der Controller 8 die Schritte 24 bis 28 ausführt, und dabei andere elektrische Steuerströme I_b und I_s nach dem oben beschriebenen Verfahren ermittelt.

Nach Beendigung der Baggerarbeit muß der Bagger in eine Lade­ position gebracht werden, indem der Bediener die Steuerhebel 9 und 10 in entgegengesetzter Richtung zu der vorherigen betä­ tigt, d. h. der letzten vorherigen Rückkehr. Daher führt der Controller 8 das Verfahren wiederum durch, beginnend mit dem Schritt 28.

Nach dem Speichern der elektrischen Steuerströme I_s und I_b führt der Controller 8 die Schritte 16 und 17 durch. Anschlie­ ßend führt der Controller 8 die Schritte 18 bis 21 der Reihe nach durch. Gleichzeitig werden die Steuerhebel 9 und 10 wie zuvor beschrieben betätigt. Daher stellt der Controller 8 in einem Schritt 21 fest, daß die Betätigungsrichtungen der Steu­ erhebel 9 und 10 gegenüber der vorherigen Betätigung geändert wurden. Daher führt der Controller 8 einen Schritt 22 durch, bei dem elektrische Steuerströme I_s und I_b von dem Controller 8 an die Wegeventile 4 und 5 ausgegeben werden, um die Antriebs­ elemente 6 und 7 automatisch zu steuern und damit den Bagger in die Ladeposition zu bewegen.

Kurz: Das System zur automatischen Steuerung der relativen Be­ triebsgeschwindigkeiten zwischen den Antriebselementen des Baggers steuert erfindungsgemäß die Antriebselemente, z. B. einen Schwenkmotor und einen Auslegerzylinder des Baggers bei Bagger- und bei Ladetätigkeiten, so daß sie während eines er­ sten Bewegungsbetriebes zur Bewegung aus einer Baggerstellung in eine Ladestellung durch die Betätigungen der Steuerhebel durch den Bediener betätigt werden. Nach Beendigung der Bewe­ gung berechnet das System während der Ladetätigkeit ein rela­ tives Bewegungsgeschwindigkeits-Verhältnis zwischen dem Schwenkmotor und dem Auslegerzylinder unter Verwendung der Lageänderungswerte der Antriebselemente, berechnet anschlie­ ßend anhand des Verhältnisses der Bewegungsgeschwindigkeiten die elektrischen Steuerströme I_s und I_b zur Steuerung des Schwenkmotors und des Auslegerzylinders und speichert diese elektrischen Steuerströme, wenn sich die Steuerhebel für den Schwenkmotor und den Auslegerzylinder in ihren Neutralstellun­ gen befinden.

Anschließend steuert das System den Schwenkmotor und den Aus­ legerzylinder unter Verwendung der während der vorhergehenden Ladetätigkeit gespeicherten elektrischen Steuerströme I_s und I_b während der Rückkehr des Baggers aus der Ladestellung in die Baggerstellung. Nach Beendigung des Rückkehrbetriebes berech­ net das System während der Baggerarbeit ein neues Verhältnis der Betriebsgeschwindigkeiten des Schwenkmotors und des Ausle­ gerzylinders unter Verwendung der Lageänderungen des Schwenk­ motors und des Auslegerzylinders, anschließend die elektri­ schen Steuerströme I_s und I_b zur Steuerung des Schwenkmotors und des Auslegerzylinders anhand des neuen Verhältnisses der Betriebsgeschwindigkeiten und speichert danach die elektri­ schen Steuerströme I_s und I_b, wenn sich die Steuerhebel in ih­ ren Neutralstellungen befinden.

Zunächst steuert das System den Schwenkmotor und den Ausleger­ zylinder unter Verwendung der während der vorhergehenden Bag­ gertätigkeit gespeicherten elektrischen Steuerströme I_s und I_b während eines neuen Bewegungsbetriebes des Baggers zur Bewe­ gung aus der Baggerstellung in die Ladestellung. Anschließend berechnet das System während der Ladetätigkeit nach Beendigung des Bewegungsbetriebes neue elektrische Steuerströme I_s und I_b auf die gleiche Art und Weise, wie es zuvor für die erste La­ detätigkeit beschrieben wurde.

Anschließend berechnet das erfindungsgemäße System automatisch neue elektrische Steuerströme I_s und I_b wie zuvor beschrieben und steuert die Antriebselemente unter Verwendung der elektri­ schen Steuerströme I_s und I_b während der aufeinander folgenden Bagger- und Ladetätigkeiten und des Bewegungs- und Rückkehrbe­ triebes des Baggers.

Dazu werden die Antriebselemente so automatisch gesteuert, daß sie während des ersten Bewegungsbetriebes zur Bewegung aus der Baggerstellung in die Ladestellung durch die Tätigkeit des Be­ dieners und anschließend während des darauffolgenden Rückkehr- und Bewegungsbetriebes automatisch gesteuert werden unter Verwendung der jeweiligen elektrischen Steuerströme I_s und I_b, die jeweils während der vorhergehenden Tätigkeit neu berechnet wurden.

Wie oben beschrieben, liefert die Erfindung ein System zur au­ tomatischen Steuerung der Antriebselemente einer Baumaschine, bei der die Antriebselemente automatisch so gesteuert werden, daß sie während einer ersten Ladetätigkeit durch die Betäti­ gung eines Bedieners und anschließend während der folgenden Lade- und Baggertätigkeiten automatisch unter Verwendung ent­ sprechender elektrischer Steuerströme, die während der vorher­ gehenden Tätigkeit neu berechnet wurden, gesteuert werden. Ein Vorzug des erfindungsgemäßen Systems liegt darin, daß ein Ver­ hältnis der relativen Bewegungsgeschwindigkeiten nicht durch den Bediener vorgegeben werden muß, sondern automatisch ermit­ telt wird, so daß der Bagger nicht mit einer Einstellvorrich­ tung für das Verhältnis der relativen Betriebsgeschwindigkei­ ten ausgestattet sein muß und der Bediener eine störende wie­ derholte Einstellung des Geschwindigkeitsverhältnisses aus Er­ fahrung unterlassen kann, wodurch die Wirksamkeit des Baggers verbessert wird.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur automatischen Steuerung von Antriebs­ elementen einer Baumaschine, die einen Schwenkmotor, der mit einer ersten Haupthydraulikpumpe verbunden ist und von einem Wegeventil angesteuert wird, einen Auslegerzy­ linder, der mit einer zweiten Haupthydraulikpumpe verbun­ den ist und von einem weiteren Wegeventil angesteuert wird, einen Controller, dessen Ausgangsports elektrisch mit den Wegeventilen verbunden sind, Steuerhebel und ei­ nen Automatik-Auswahlschalter, die mit Eingangsports des Controllers elektrisch verbunden sind, enthält, wobei die Vorrichtung ferner umfaßt:
einen Ausleger-Lagesensor zur Erfassung von Lageänderun­ gen des Auslegerzylinders und Ausgabe eines der Lageän­ derung des Auslegerzylinders entsprechenden Signales an den Controller und einen Schwenkänderungssensor zur Er­ fassung des Drehwinkels des Schwenkmotors und Ausgabe ei­ nes dem Drehwinkel des Schwenkmotors entsprechenden Signales an den Controller, wobei die Sensoren jeweils am Auslegerzylinder und dem Schwenkmotor angeordnet und mit den Eingangsports des Controllers elektrisch verbunden sind,
bei der während wiederholter Tätigkeiten, die von der Baumaschine ausgeführt werden, der Auslegerzylinder und der Schwenkmotor automatisch so gesteuert werden, daß sie während einer ersten Tätigkeit durch die Betätigung der Steuerhebel durch einen Bediener gesteuert werden und an­ schließend während jeder folgenden Tätigkeit automatisch durch den Controller mittels elektrischer Steuerströme, die während der vorhergehenden Tätigkeit automatisch an­ hand eines Lageänderungsverhältnisses zwischen den Ausle­ gerzylindern und dem Schwenkmotor berechnet wurden, ge­ steuert werden.

2. Verfahren zur automatischen Steuerung von Antriebselemen­ ten einer Baumaschine unter Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, das folgende Schritte umfaßt:
Berechnung eines optimalen Verhältnisses von Betriebsge­ schwindigkeiten des Auslegerzylinders und des Schwenkmo­ tors während einer Tätigkeit, anschließend Steuern des Auslegerzylinders und des Schwenkmotors während einer folgenden Tätigkeit entsprechend der berechneten optima­ len Betriebsgeschwindigkeit.

3. Verfahren zur automatischen Steuerung von Antriebselemen­ ten einer Baumaschine unter Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, das folgende Schritte umfaßt:
Empfang von Signalen der Steuerhebel, des Automatik-Aus­ wahlschalters und der Lagesensoren, Feststellen, ob der Automatik-Auswahlschalter eingeschaltet ist, dann Feststellen, ob die Steuerhebel entweder an den Maximal- oder Minimalanschlag betätigt sind;
wird festgestellt, daß der Automatik-Auswahlschalter ein­ geschaltet ist und die Steuerhebel entweder an den Maxi­ mal- oder den Minimalanschlag betätigt sind, Erhalt der Betätigungsrichtungen der Steuerhebel und Speichern von ersten derzeitigen absoluten Positionen des Auslegerzy­ linders und des Schwenkmotors, die im vorhergehenden Schritt erhalten wurden, dann Feststellen, ob die derzei­ tigen Betätigungsrichtungen der Steuerhebel in entgegen­ gesetzte Richtungen der vorhergehenden Betätigungsrich­ tungen geändert sind;
sind die derzeitigen Betätigungsrichtungen der Steuerhe­ bel gleich den vorhergehenden Betätigungsrichtungen, Be­ rechnen elektrischer Steuerströme zur Steuerung des Aus­ legerzylinders und des Schwenkmotors entsprechend den Be­ tätigungen der Steuerhebel durch den Bediener, dann Aus­ gabe der elektrischen Steuerströme an die Wegeventile;
Feststellen, ob die Steuerhebel in die Neutralstellung gebracht sind, wenn die Steuerhebel weder an den Maximal - noch an den Minimalanschlag betätigt sind;
Empfang zweiter derzeitiger absoluter Positionen des Aus­ legerzylinders und des Schwenkmotors von den Lagesensoren und Speichern der zweiten derzeitigen absoluten Positio­ nen, Berechnen entsprechender absoluter Positionswerte des Auslegerzylinders und des Schwenkmotors durch Sub­ traktion der ersten absoluten Positionen von den zweiten absoluten Positionen, Berechnen eines relativen Betriebs­ geschwindigkeitsverhältnisses zwischen dem Auslegerzylin­ der und dem Schwenkmotor anhand der absoluten Positions­ werte, dann Berechnen elektrischer Steuerströme zur Steu­ erung des Auslegerzylinders und des Schwenkmotors anhand des Betriebsgeschwindigkeitsverhältnisses zwischen den Antriebselementen und Speichern der elektrischen Steuer­ ströme, wenn die Steuerhebel in die Neutralstellung ge­ bracht sind;
wenn festgestellt ist, daß die Betätigungsrichtungen der Steuerhebel in entgegengesetzte Richtungen zu den vorhe­ rigen Betätigungsrichtungen geändert sind, Ausgeben der elektrischen Steuerströme, die anhand des Lageänderungs­ verhältnisses im obigen Schritt berechnet worden sind, an die Wegeventile der Antriebselemente, dann Rückkehr zum ersten Schritt; und
wenn der Automatik-Auswahlschalter ausgeschaltet ist oder die Steuerhebel nicht in die Neutralstellung gebracht sind, Berechnen elektrischer Steuerströme zur Steuerung des Auslegerzylinders und des Schwenkmotors entsprechend der Betätigung der Steuerhebel durch den Bediener, dann Ausgeben der elektrischen Steuerströme an die Wegeven­ tile.