DE4420166C1 - Regelungsverfahren und elektrohydraulisches Regelsystem für einen Verbraucher eines Arbeitsgeräts - Google Patents
Regelungsverfahren und elektrohydraulisches Regelsystem für einen Verbraucher eines ArbeitsgerätsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren für einen hy
draulisch betätigten Verbraucher eines Arbeitsgeräts gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein elektro
hydraulisches Regelungssystem zur Anwendung in diesem Ver
fahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.
Derartige Regelungen finden insbesondere bei Nutzfahrzeugen
Anwendung, die mit einem Arbeitsgerät, bspw. einem Hubwerk,
versehen sind, das über die Hydraulikanlage des Nutzfahr
zeugs betätigt wird. Die Systeme werden bspw. bei Acker
schleppern eingesetzt, um die Dreipunkt-Aufhängung mit den
daran angekoppelten Peripheriegeräten oder einen Front
lader, Seitenmähwerke etc. in einer gewünschten Relativ
position zum Fahrzeug zu halten.
Bei den angewendeten Regelungsverfahren unterscheidet man
prinzipiell zwei Arten. Bei den am häufigsten verwendeten
Hubwerksregelsystemen wird ein mechanisch-hydraulisches
Regelsystem für die Kraftheberanlage des Schleppers ver
wendet, bei denen die Ansteuerung der Peripheriegeräte über
ein Hauptregelventil bestimmt ist, das seinerseits über
einen Hydraulik-Steuerkreis angesteuert wird. Bei derar
tigen servohydraulischen Regelsystemen (SHR-Systeme) werden
somit im wesentlichen Hydraulikelemente zur Ansteuerung des
Verbrauchers verwendet. Aufgrund der außerordentlichen Zu
verlässigkeit der Hydraulik-Bauelemente arbeiten die SHR-
Systeme auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen prak
tisch störungsfrei, wobei der wartungsaufwand auf ein
Minimum reduziert ist. Da für die Schaltung des Haupt
regelventils jedoch eigene hydraulische Steuerkreise mit
einer Vielzahl von weiteren Ventileinrichtungen vorgesehen
sein müssen, ist ein erheblicher vorrichtungstechnischer
Aufwand zur Realisierung der SHR-Systeme erforderlich. Des
weiteren ist der Steuerkreis auf ganz bestimmte Aufgaben
ausgerichtet, so daß eine flexible Anpassung des Steuer
kreises an unterschiedliche Aufgaben relativ schwierig ist
und dadurch die Bildung von Baukastensystemen für Acker
schlepper mit unterschiedlichen Anwendungsgebieten er
schwert ist.
Um diese Nachteile aufzuheben, werden in den letzten Jahren
verstärkt elektronisch-hydraulisch wirkende Hubwerk-Regel
systeme (EHR-Systeme) angeboten. Bei diesen Systemen er
folgt die Ansteuerung des die Position des Hubwerks
bestimmenden Hauptregelventils über eine Regeleinrichtung,
die mit einem Sollwertgeber verbunden ist. Die Elektronik
der Regeleinrichtung kann auf einfache Weise an unter
schiedliche Regelarten und Anwendungsgebiete angepaßt
werden, ohne daß es wesentlicher Änderungen der Hydraulik
komponenten im Leistungskreis bedarf.
Beim Betrieb der vorbeschriebenen SHR-/EHR-Systeme zeigte
es sich, daß es durch ein unbeabsichtigtes Verstellen des
Kolbenschiebers des Hauptregelventils (Ursache z. B. Defekt
oder Manipulation am Kraftsensor während Traktorstillstand)
oder des Sollwertgebers (verursacht durch eine versehent
liche Verstellung des Sollwerthebels beim Stillstand des
Ackerschleppers) beim Traktorstart zu unbeabsichtigten
Veränderungen in der Lage des Peripheriegeräts kommen kann.
Wenn der Motor des Ackerschleppers in der Parkposition
gestartet wird, würde dann mit Anlaufen der Hydraulikpumpe
und des Regelungssystems die vorgenannte Veränderung in der
Lage des Peripheriegeräts sehr schnell erfolgen, so daß
Personen, die sich im Bereich des Ackerschleppers auf
halten, gefährdet sind.
In der nachveröffentlichten Anmeldung P 43 12 644 der
Anmelderin wird eine Sicherheitsschaltung für SHR-Systeme
vorgeschlagen, bei der dem Hauptregelventil eine Sicher
heitsschaltung mit zwei Sicherheitsventilen vorgeschaltet
ist, die ein Heben oder Senken des Hubwerks bei Regel
abweichung am Kolben des Hauptregelventils erst dann
erlauben, wenn die Bedienperson den Stellhebel zur Ein
stellung des Sollwerts über die Neutralstellung hinweg
geschoben hat. Erst durch das Durchfahren der Neutral
stellung werden die beiden Sicherheitsventile entriegelt
und die wirkenden steuerdrücke an der Steuerseite des
Hauptregelventils angelegt. D.h. mit einfachen Worten, bei
einem unbeabsichtigt verstellten Stellhebel kann eine Aus
lenkung des Hubwerks erst dann erfolgen, wenn der Benutzer
den Stellhebel nochmals durch die Neutralstellung hindurch
bewegt hat. Auf diese Weise ist ein versehentliches Ab
senken oder Anheben des Hubwerks oder der Zusatz
einrichtungen zuverlässig verhindert.
Es sind bereits EHR-Systeme bekannt, bei denen der Bediener
bei der Inbetriebnahme des Regelungssystems einen Aktivie
rungsschalter betätigen muß, um den eigentlichen Entriege
lungsvorgang zu starten. D.h., bei ausgeschaltetem Akti
vierungsschalter erfolgt unabhängig von der Stellung des
Sollwertgebers keine Ansteuerung des Verbrauchers. Beim
Betrieb derartiger Vorrichtungen hat es sich jedoch ge
zeigt, daß die Bedienperson automatisch mit dem Einschalten
des Motors auch den Aktivierungsschalter betätigt, ohne zu
überprüfen, ob sich das Regelungssystem beim Einschalten im
Gleichgewicht befindet. Desweiteren ist bei diesen Vorrich
tungen am Bedienpult ein weiteres Betätigungselement (Akti
vierungsschalter) erforderlich, wodurch der vorrichtungs
technische Aufwand erhöht ist. Aktivierungsschalter bringen
also keine zusätzliche Sicherheit, da der Bediener den
Zustand im Steuerkreis gar nicht erkennen kann, so daß die
Verantwortung für die Sicherheit weiter beim Bediener
liegt.
Zum Stand der Technik wird weiterhin auf
die DE 32 19 345 C2 verwiesen aus
der eine elektrohydraulische Steuereinrichtung für einen hydraulisch,
betätigten Verbraucher eines Nutzfahrzeugs bekannt
ist, die nach einem Regelungsverfahren mit den
wesentlichen Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1
arbeitet, bei dem die Ansteuerung des Verbrauchers über ein
Proportionalventil erfolgt, dessen Steuer
seiten mittels einer elektronischen Regeleinrichtung angesteu
ert werden, um den Verbraucher in einen ersten oder zweiten Be
triebszustand zu versetzen, bis ein voreingestellter Sollwert
erreicht ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Regelungsverfahren für
einen hydraulisch betätigten Verbraucher eines Arbeitsgeräts
und ein in diesem Verfahren verwendbares elektro
hydraulisches Regelsystem zu schaffen, das bei minimalem
schaltungstechnischen Aufwand den bestehenden Sicherheits
anforderungen genügt.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Regelungsverfahrens
durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich
des elektrohydraulischen Regelsystems durch die Merkmale
des Patentanspruchs 4 gelöst.
Durch die Maßnahme, beim Einschalten des Regelsystems, d. h.
bspw. bei Inbetriebnahme des Ackerschleppers oder beim
Übergang vom Heckbetrieb - in dem das Regelungssystem aus
geschaltet ist - zum Normalbetrieb, die Ansteuerung des
Verbrauchers zu unterbrechen, wenn der Istwert des Ver
brauchers vom eingestellten Sollwert (Lage, Kraft) ab
weicht, wird ein unbeabsichtigtes Ansteuern des Ver
brauchers zuverlässig verhindert.
Der Verbraucher kann nur dann angesteuert werden, wenn die
Bedienperson bewußt die in den Patentansprüchen 1 und 4
angesprochenen Sperren auf hebt. Zur Umrüstung auf das er
findungsgemäße Regelsystem sind bei den bekannten Lösungen
lediglich Änderungen in der Regeleinrichtung und in den
Steuerkreisen des Hauptregelventils notwendig. Am Lei
stungskreis für den Verbraucher sind im wesentlichen keine
Änderungen erforderlich, so daß die Hersteller in die Lage
versetzt werden, Ackerschleppersysteme teilweise mit EHR-
oder SHR-Systemen mit gleicher Inbetriebnahme-Logik anzu
bieten. In beiden Fällen muß lediglich der Steuerkreis
angepaßt werden, während der Leistungskreis praktisch
unverändert bleiben kann.
Ein besonders einfaches Regelungsverfahren besteht darin,
über die Regeleinrichtung eine Bedingungsmarke (Flag) für das
Sperren eines ersten Betriebszustands des Verbrauchers
(bspw. Heben) und eine Bedingungsmarke (Flag) für das Sperren eines
zweiten Betriebszustand (bspw. Senken) des Verbrauchers zu
setzen, und die Ansteuerung des Verbrauchers nur dann zu
ermöglichen, wenn beide Bedingungsmarken (Flag) gelöscht sind.
Eine besonders zuverlässige Sicherheitsschaltung erhält
man, wenn dieses Löschen der Bedingungsmarke (Flag) durch zweimaliges Durch
fahren der Neutralstellung des Sollwertgebers erfolgt.
Üblicherweise kann die Regelung eines Hubwerks lageabhängig
(Lageregelung) oder kraftabhängig (Kraftregelung) erfolgen.
Desweiteren sind auch sog. Mischregelungen aus der Kraft-
und Lageregelung möglich. Bei der Kraftregelung entspricht
die Kraft einem Zugwiderstand und damit indirekt einer be
stimmten Arbeitstiefe des Pfluges bei konstanter Fahrge
schwindigkeit. Bei einer Regelabweichung wird die Eindring
tiefe des Pfluges solange verändert, bis die eingestellte
Kraft (Zugwiderstand) dem erfaßten Istwert entspricht.
Ist das Regelsystem des Nutzfahrzeugs auf den Kraftrege
lungsmodus eingestellt, so kann beim Motorstart, bspw. bei
angehängtem Pflug, folgendes Problem auftreten.
Üblicherweise befindet sich das Peripheriegerät beim Motor
start in seiner Ruhestellung, so daß der Kraftsensor eine
bestimmte Gewichtskraft erfaßt. Bei einer, unbeabsichtigten
Verstellung des Sollwerthebels und einer Entriegelung der
Sicherheitseinrichtungen im Kraftregelmodus würde dann das
Regelsystem die Position des Peripheriegeräts solange ver
ändern, bis der Kraft-Istwert dem versehentlich vorein
gestellten Sollwert entspricht. Wenn das Peripheriegerät
also nicht im Boden arbeitet, so wird dieses über das
Regelsystem über den gesamten Regelbereich nach oben oder
nach unten gefahren, da sich die auf das nicht im Eingriff
befindliche Peripheriegerät wirkende Gewichtskraft durch
Veränderung der Höhe nicht ändert. D.h., im Kraftregelmodus
könnte bei Verstellung des Sollwerts bei Inbetriebnahme des
Fahrzeugs eine sehr schnelle Änderung der Peripheriegerät-
Lage erfolgen. Anders ist dies bei einem Pflug, der im
Eingriff mit dem Boden steht, da dabei mit der Änderung der
Eingriffstiefe auch eine Änderung des Zugwiderstands er
folgt und somit die Gefahr eines ungewollten Durchfahrens
des gesamten Hubwegs nicht besteht.
Um derartige ungewollte Änderungen in der Lage des Peri
pheriegeräts zu verhindern, besteht eine vorteilhafte Wei
terbildung der Erfindung darin, die Entriegelung der
vorgenannten Sicherheitseinrichtungen im Kraftregelungs
modus zu verhindern.
Das Hauptregelventil kann vorteilhafterweise als elektro
magnetisch betätigtes Proportionalventil, das direkt über
die Regeleinrichtung angesteuert wird, ausgebildet werden.
Es ist jedoch auch möglich, das Hauptregelventil über hy
draulische Signaldruckleitungen zu betätigen, in denen
Hydraulik-Ventileinrichtungen angeordnet sind, die mit der
Regeleinrichtung in Wirkverbindung stehen.
Einen besonders einfachen Aufbau der sog. Ventilein
richtungen erhält man durch eine beliebige Merkmalskombi
nation der Unteransprüche 7 bis 10.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
Im folgenden sollen bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert
werden. Es zeigen:
Fig. 1a ein Blockschaubild eines ersten Ausführungsbei
spiels eines EHR-Systems;
Fig. 1b eine Variante der in Fig. 1a gezeigten Schaltung;
Fig. 2 einen Hydraulikschaltplan eines Ausführungsbei
spiels für Konstantpumpen;
Fig. 3 das Blockschaubild einer in den vorgenannten Aus
führungsbeispielen einsetzbaren Regeleinrichtung und
Fig. 4 ein Ablaufschema einem erfindungsgemäßen Regelungs
verfahrens.
In Fig. 1a ist schematisch ein EHR-System zur Regelung eines
Verbrauchers, bspw. eines Hubwerks 2, gezeigt. Zum Anheben
des Hubwerks 2 kann dieses über eine Hydraulikpumpe 4, die
eine Regelpumpe oder eine Konstantpumpe (Zahnradpumpe) sein
kann, mit einem Hydraulikfluid versorgt werden, das zum
Absenken des Hubwerks 2 in einen Tank T entspannbar ist.
Die Ansteuerung des Hubwerks 2 erfolgt bspw. über ein in
den Leistungskreis geschaltetes elektromagnetisches Propor
tionalventil 6, das vorzugsweise drei Schaltstellungen für
eine Heben-/Senkenfunktion aufweist. Die Erfindung ist
dabei nicht auf das in Fig. 1a dargestellte 3-Wegeventil be
schränkt, sondern es sind sämtliche Ventilanordnungen vor
stellbar, die eine Heben-/Senkenfunktion beinhalten. So
kann bspw. das 3-Wegeventil durch Einzelventile ersetzt
werden, die jeweils eine Heben- oder Senkenfunktion aufwei
sen. Eine derartige Variante ist in Fig. 1b dargestellt,
wobei das 3-Wege-Proportionalventil 6 durch zwei 2-Wege
proportionalventile 6a, 6b ersetzt ist, bei dem das in Fig.
1b linke Ventil 6a der Senkenfunktion und das Ventil 6b der
Hebenfunktion zugeordnet sind.
In der Neutralstellung N ist die Zu- und Abfuhr zum bzw.
vom Hubwerk 2 abgesperrt. In der zweiten Stellung (Heben-Stellung) H ist die
Hydraulikpumpe 4 mit dem Hubwerk 2 verbunden, so daß
Hydraulikfluid zum Hubwerk 2 hin gefördert wird und der
Arbeitskolben des Hubwerks 2 angehoben wird.
In der ersten Stellung (Senken-Stellung) S des Proportionalventils 6 ist der
Arbeitszylinder des Hubwerks 2 mit dem Tank T verbunden, so
daß das zwischen Proportionalventil 6 und dem Hubwerk 2
eingespannte Hydraulikfluid zum Tank T hin entspannt wird
und der Arbeitskolben des Hubwerks 2 abgesenkt wird.
Die Verstellung des Proportionalventils 6 erfolgt über eine
Regeleinrichtung 8, die mit den Elektromagneten des
Proportionalventils 6 in Wirkverbindung steht. Der Soll
wert auf den das Hubwerk 2 einzustellen ist, ist über einen
Sollwertgeber 10 voreinstellbar, die Eingangs
signale an die Regeleinrichtung 8 abgibt. Bei den gezeigten
Ausführungsbeispielen kann das Hubwerk 2 im Lage-, Kraft-
und/oder Mischregelmodus betrieben werden.
Die Erfindung läßt sich selbstverständlich auch bei Syste
men einsetzen, die nur auf reine Kraft- oder Lageregelung
ausgerichtet sind.
Zur Lage- und Kraftmessung werden nicht gezeigte Sensoren
verwendet, die die Hubwerkslage bzw. die auf das Hubwerk 2
wirkende Kraft erfassen. Diese den Istwert des Hubwerks 2
darstellende Signale werden der Regeleinrichtung 8 eben
falls zugeführt. In Abhängigkeit von eingestelltem Sollwert
und erfaßtem Istwert werden nun an das Proportionalventil 6
Ausgangssignale abgegeben, die als Schaltsignale zu den
Elektromagneten des Proportionalventils 6 geführt sind.
D.h. in dem Fall, in dem der Istwert mit dem Sollwert
übereinstimmt, bleibt das Proportionalventil 6 in seiner
durch Federvorspannung vorgegebenen Neutralstellung N. In
dem Fall, in dem Istwert und Sollwert unterschiedlich sind,
erfolgt durch Umschalten des Proportionalventils 6 ein
Anheben oder Absenken des Hubwerks 2.
Während beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel die Aus
gangssignale der Regeleinrichtung 8 direkt an die elektro
magnetisch betriebenen Betätigungselemente des Proportio
nalventils 6 geführt werden, ist bei dem in Fig. 2 ge
zeigten Ausführungsbeispiel zur Schaltung des Proportio
nalventils 6 ein eigener hydraulischer Steuerkreis vorge
sehen.
Das Proportionalventil 6 ist beim in Fig. 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel als 6/3-Wegeventil ausgeführt, dessen
Ventilschieber über zwei Federn in die Neutralstellung N
vorgespannt ist. Über das Proportionalventil 6 ist ein
Leistungskreis zur Versorgung des Verbrauchers Z und ein
Steuerkreis zur Ansteuerung des Kolbenschiebers des Pro
portionalventils 6 geführt.
Eine den Pumpendruck führende Leitung (Pumpenleitung) P ist mit einem
Anschluß I des Proportionalventils 6 geführt und erstreckt
sich weiter von einem gegenüberliegenden Anschluß L hin zu
einem Sperrblock 12, der zur Absenkung des Hubwerks 2
entsperrbar ist. Die Pumpenleitung P ist vom Sperrblock 12
weiterführend hin zum Verbraucher Z, bspw. dem Hubwerk 2,
eines Ackerschleppers geführt.
Die Aufsteuerung des Sperrblocks 12 erfolgt über eine
Steuerleitung 14, die zu einem Anschluß J des Proportio
nalventils 6 geführt ist. Der diesem gegenüberliegende
Anschluß G des Proportionalventils 6 ist mit einer den
Pilotdruck für den Steuerkreis führenden Pilotdruckleitung
P1 verbunden.
Der Steuerdruck zur Aufsteuerung des Sperrblocks 12 wird
zwischen zwei Blenden 16, 17 abgegriffen und über einen
Leitungsabschnitt 14a der Steuerleitung 14 zum Sperrblock
12 geführt. Ein die stromabwärtige Blende 17 enthaltender
Teilleitungsabschnitt 14b ist zum Tank T des Hydraulik
systems geführt.
Stromaufwärts (in der Förderrichtung des Fluids gesehen)
des Proportionalventils 6 zweigt von der Pumpenleitung P
ein Leitungsabschnitt 18 ab, der an den Eingang eines
Druckbegrenzungsventils 20 geführt ist. Der Ausgang des
Druckbegrenzungsventils 20 ist mit dem Tank T verbunden.
Das Druckbegrenzungsventil 20 ist durch Federvorspannung in
seine Absperrstellung (Fig. 2) vorgespannt. Vom Leitungs
abschnitt 18 zweigt ein Steuerleitungsabschnitt 22 ab, dem
zu der mit der Feder beaufschlagten Steuerseite des Druck
begrenzungsventils 20 geführt ist. Im Steuerleitungs
abschnitt 22 ist eine Blende 24 und stromabwärts davon ein
Rückschlagventil 26 angeordnet, das in der Richtung hin zum
Druckbegrenzungsventil 20 öffnet. Zwischen dem Rückschlag
ventil 26 und der Blende 24 ist eine Abzweigung X, von der
ein Leitungszweig 28 abzweigt, der das Rückschlagventil 26
umgeht und in dem eine weitere Blende 30 angeordnet ist.
Der Leitungszweig 28 ist über die Abzweigung X hinaus
verlängert und mündet in einen Abschnitt der Pumpenleitung
P zwischen dem Sperrblock 12 und dem Proportionalventil 6.
In diesem, über die Abzweigung X verlängerten Abschnitt
sind eine Blende 32 und ein weiteres Rückschlagventil 34
vorgesehen. Letzteres verhindert eine Rückströmung von der
Pumpenleitung P hin zur Steuerseite des Druckbegrenzungs
ventils 20. Zwischen der Blende 32 und der Abzweigung X
zweigt eine Tankentlastungsleitung 36 ab, die zu einem
Anschluß K des Proportionalventils 6 und dann weiter über
einen gegenüberliegenden (Fig. 2) Anschluß H des Propor
tionalventils 6 zum Tank T geführt ist. Durch die Tank
entlastungsleitung 36 kann der Steuerdruck im Steuerleitungsabschnitt
22 und an Leitungszweig 28 zum Tank T entlastet werden.
In der in Fig. 2 gezeigten Neutralstellung N des Kolben
schiebers sind die Anschlüsse J, L, G und I des Propor
tionalventils 6 abgesperrt, während die Anschlüsse K und H
miteinander verbunden sind, so daß der Steuerdruck in dem
Leitungszweig 28 und im Steuerleitungsabschnitt 22 zum Tank
T hin entspannt ist. Auf die in Fig. 2 rechte Steuerseite
des Druckbegrenzungsventils 20 wirkt somit nur die
Vorspannung der Feder, während auf die linke, gegen
überliegende Steuerseite des Druckbegrenzungsventils 20
über eine Steuerleitung 38, die vom Leitungsabschnitt 18
abzweigt, der Pumpendruck p anliegt. Dadurch wird der
Kolbenschieber des Druckbegrenzungsventils 20 gegen die
Federvorspannung in seine Öffnungsstellung gebrachte so daß
der Förderstrom der Pumpe zurück in den Tank T geleitet
wird. Da die Anschlüsse G und I abgesperrt sind, ist weder
eine Zuführung von Hydraulikfluid zum Verbraucher Z noch
eine Entsperrung des Sperrblocks 12 möglich.
Wenn der Kolbenschieber des Proportionalventils 6 in die in
Fig. 2 rechte zweite Stellung H gebracht wird, sind die
Anschlüsse J, K, G und H geschlossen, während die An
schlüsse L und I miteinander über den Kolbenschieber
verbunden sind. Dadurch wird das Hydraulikfluid über die
Pumpenleitung P und den Sperrblock 12 hin zum Verbraucher Z
gefördert. Da die Tankentlastungsleitung 36 bei dieser
Schaltstellung abgesperrt ist, baut sich im Steuerleitungs
abschnitt 22 ein Steuerdruck auf, der zusätzlich zur
Federvorspannung das Druckbegrenzungsventil 20 gegen den
Druck in der Steuerleitung 38 in seine Absperrstellung
beaufschlagt, so daß die Förderung des. Hydraulikfluids in
den Tank T unterbunden wird.
In der in Fig. 2 linken ersten Stellung S des Kolben
schiebers des Proportionalventils 6 sind die Anschlüsse K
und L mit dem Anschluß H verbunden, während der Anschluß J
abgesperrt ist. Desweiteren sind in der ersten Stellung S
die Anschlüsse J und G miteinander verbunden, so daß der
Pilotdruck über das Proportionalventil 6 hin zum Sperrblock
12 geführt ist. Der Pilotdruck ist so gewählt, daß er
ausreicht, um den Sperrblock 12 aus seiner Sperrstellung in
eine den Rückstrom des Hydraulikfluids vom Verbraucher Z
hin zum Proportionalventil 6 ermöglichende Stellung zu
bringen. Da in der ersten Stellung S der Anschluß L mit dem
Anschluß H verbunden ist, wird das rückströmende Hydrau
likfluid über den in Fig. 2 unteren Abschnitt der Tank
entlastungsleitung 36 in den Tank T entspannt. Gleiches
gilt für den Steuerdruck in dem Steuerleitungsabschnitt 22,
so daß das Druckbegrenzungsventil 20, wie oben beschrieben,
in seine Öffnungsstellung gebracht und das Hydraulikfluid
über die Pumpe im Kreislauf aus und in den Tank T gefördert
wird. Mit Bezug auf die oben beschriebene Bauelemente
besteht kein wesentlicher unterschied zwischen einem SHR-
und einem EHR-System.
Im folgenden sollen nun die Bauelemente beschrieben werden,
die die Ansteuerung des Proportionalventils 6 über die
Regeleinrichtung 8 erlauben.
Von der Pilotdruckleitung P1 zweigt stromaufwärts des Pro
portionalventils 6 eine Steuerdruckleitung 40 ab, die
ihrerseits in zwei Steuerdruck-Leitungen 41 und 42
verzweigt, die zu den Steuerseiten des Proportionalventils
6 geführt sind. Durch Variation des Steuerdrucks in den
Steuerdruckleitungen 41, 42 läßt sich somit der
Kolbenschieber des Proportionalventils 6 aus seiner Neu
tralstellung N in die zweite Stellung H oder die erste
Stellung S verschieben.
Im Bereich zwischen den Steuerseiten des Proportional
ventils 6 und der Abzweigung von der Steuerdruckleitung 40
ist in den Steuerdruck-Leitungen 41, 42 jeweils
ein elektromagnetisch betätigbares Druckregelventil 44, 45
vorgesehen. Das der in Fig. 2 linken Steuerseite des
Proportionalventils 6 zugeordnete Druckregelventil 44 wird
auch als Senken-Ventil und das der rechten Steuerseite
zugeordnete Druckregelventil 45 auch als Heben-Ventil
bezeichnet, da sie der ersten bzw. zweiten Stellung des Pro
portionalventils 6 zugeordnet sind.
Beide Ventile haben einen im wesentlichen gleichen Aufbau
mit drei gesteuerten Anschlüssen A, B und C. Die Steuer
druck-Leitungen 41, 42 sind jeweils zu dem An
schluß A des entsprechenden Druckregelventils 44, 45 ge
führt. Der Ausgang C des Druckregelventils 44, 45 ist mit
der Steuerdruckleitung 41, 42 verbunden, der
hin zu den Steuerseiten des Proportionalventils 6 geführt
ist. Der Anschluß B jedes Druckregelventils 44, 45 ist mit
einer Tankentlastungsleitung 46 verbunden, die hin zum Tank
T des Hydrauliksystems geführt ist.
In seiner Grundstellung ist jedes Druckregelventil 44, 45
durch Federvorspannung in die die Anschlüsse A und C
verbindende Stellung vorgespannt, so daß die Steuerdruck
leitungen 41, 42 zum Tank T hin entspannt sind. D.h., in
der Grundstellung der Druckregelventile (Fig. 2) liegt an
den Steuerseiten des Proportionalventils 6 kein Steuerdruck
an, so daß sich der Kolbenschieber des Proportionalventils
6 in seiner gezeigten Neutralstellung N befindet. Strom
abwärts der Druckregelventile 44, 45 zweigt von den
Steuerdruckleitungen 41, 42 jeweils eine Rückführleitung
48, die zurück zur federbeaufschlagten Steuerseite des
Druckregelventils 44, 45 geführt ist, ab, so daß durch den
in der Rückführleitung 48 herrschenden Druck die Wirkung
der Feder unterstützt wird.
Die Elektromagnete der Druckregelventile 44, 45 stehen in
Wirkverbindung mit der Regeleinrichtung 8, so daß die
Druckregelventile 44, 45 bei einem von der Regeleinrichtung
8 abgegebenen Eingangssignal gegen die Wirkung der Feder
und den Druck in der Rückführleitung 48 in eine die An
schlüsse A und C verbindende Stellung gebracht werden kann.
Wird bspw. der Elektromagnet des Druckregelventils 45
(Hebe-Ventil) erregt, so wird der Pilotdruck über die
Steuerdruck-Leitungen 41, 42 hin zur rechten
Steuerseite des Kolbenschiebers des Proportionalventils 6
geführt, so daß dieses in die vorbeschriebene Heben also
zweite Stellung H gebracht wird. Entsprechendes gilt bei
Betätigung des Druckregelventils 44 (Senken-Ventil) für das
Verschieben des Kolbenschiebers in seine Senken also erste Stellung S.
Die Druckregelventile 44, 45 sind derart ausgebildet, daß
auch Zwischenstellungen einstellbar sind, in denen die
Anschlüsse A, C und B, C miteinander verbunden sind, so daß
nur ein Teilstrom zur jeweiligen Steuerseite geleitet wird.
Desweiteren kann die Regeleinrichtung 8 auch so ausgelegt
sein, daß beide Druckregelventile 44, 45 gleichzeitig
betätigt werden, wobei die Kolben der Druckregelventile 44,
45 in unterschiedliche Stellungen verschiebbar sind, so daß
sich an den Steuerseiten des Proportionalventils 6 eine
Druckdifferenz einstellt.
Im folgenden soll nun das Regelungsverfahren anhand der
Fig. 3 und 4 näher erläutert werden. Das in Fig. 3 dar
gestellte Regelsystem ist für das Hubwerk eines Acker
schleppers vorgesehen.
An dem Bedienpult (nicht gezeigt) des Ackerschleppers sind
Hebel (s. Fig. 1) vorgesehen, mit denen die Regelungsart
(Kraft-, Lage-, Mischregelmodus, Transportstellung) gewählt
wird und die eigentliche Ansteuerung des Hubwerks erfolgt.
Die aus der Hebeleinstellung resultierenden Signale werden
dem Mikrocontroller der Regeleinrichtung 8 zugeführt.
Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 ausgeführt wurde,
sind am Hubwerk 2 Sensoren zur Erfassung der Lage des
Hubwerks und der auf das Hubwerk wirkenden Kraft ange
ordnet, die die Istwerte repräsentierenden Eingangssignale
liefern.
Der Mikrocontroller der Regeleinrichtung 8 vergleicht die
Sollwertsignale mit den Istwertsignalen und setzt dann
entsprechende Sicherheitsflags, mit denen die Funktion der
Druckregelventile 44, 45 beeinflußbar
ist. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist je
eine Sicherheitsbedingungsmarke für das Ventil 44 und das
Ventil 45 vorgesehen. Bei gesetzter Sicherheitsbedingungsmarke ist
eine Betätigung des entsprechenden Ventils unabhängig von
den vorgegebenen Soll- und Istwerten nicht möglich.
Im folgenden soll anhand der Fig. 4 das die Regel
einrichtung 8 steuernde Rechenprogramm beschrieben werden.
Bei Inbetriebnahme des Regelungssystems, bspw. beim Ein
schalten des Motors oder beim Übergang von der Heckbetätigung
zum normalen Regelungsbetrieb werden zunächst
beide Sicherheitsbedingungsmarken (Flag) d. h. die Heben-Bedingungsmarke (Flag) und die Senken-Bedingungmarke
(Flag), gesperrt (Programmschritt 50). Anschließend erfolgt
im Programmschritt 52 eine Abfrage nach dem eingestellten
Regelmodus. In dem Fall, daß der Kraftregelmodus einge
stellt ist, springt das Programm wieder zurück zum Schritt
50 und der Benutzer des Nutzfahrzeugs erhält eine
Warnungsmeldung, mit der er aufgefordert wird, aus dem
Kraftregelmodus in einen anderen Modus umzuschalten. Falls
der Kraftregelmodus nicht eingeschaltet ist, wird im
Schritt 54 der Sollwert für die Hubwerkslage mit dem
Istwert der Hubwerkslage überprüft.
Für den Fall, daß der Sollwert kleiner als der eingestellte
Istwert ist, befindet sich das System im sog. Senken-Zustand,
in dem zunächst beide Sicherheitsbedingungsmarken (Flag) gesperrt
sind. Um die Sicherheitsbedingungsmarken (Flag) zu entriegeln, muß der
Sollwertgeber, d. h. der Sollwerthebel, in Richtung Heben
oder Senken verstellt werden (Schritt 56, 58 in Fig. 4).
Die Senkenbedingungsmarke (Flag) wird gelöscht, wenn der Sollwerthebel den
Gleichgewichtszustand (Sollwert=Istwert) in Richtung
Heben durchfährt. Das Hubwerk 2 kann in diesem Fall der
Bewegung des Sollwerthebels nicht folgen, da die Heben-Bedingungsmarke
(Flag) nach wie vor gesetzt ist, so daß eine Betätigung des Heben-Ventils
45 nicht möglich ist. Das Programm fragt in Schritt
62 ab, ob beide Bedingungsmarken (Flags) entriegelt sind; wenn dies nicht der
Fall ist, springt das Programm erneut zurück zum Schritt
54, so daß die Druckregelventile 44, 45 nicht ansteuerbar
sind. Das Löschen der Heben-Bedingungsmarke (Flag) erfolgt, indem der Sollwerthebel
zurück in Richtung Senken bewegt wird, wobei beim
Durchgang durch die Neutralstellung die Heben-Bedingungsmarke (Flag) (Schritt
58) gelöscht wird. D. h. bei zweimaligem Durchfahren der
Neutralstellung sind beide Bedingungsmarken (Flags) gelöscht, so daß die Bedingung
gemäß Schritt 62 in Fig. 4 erfüllt ist und die
Ansteuerung der Heben-/Senken-Ventile 44, 45 in Abhängig
keit von der Stellung des Sollwerthebels erfolgt. D.h., bei
einer Weiterbewegung des Sollwerthebels nach dem Durchgang
durch die Neutralstellung in Richtung Senken wird das
Hubwerk abgesenkt, während bei einer Bewegung in Richtung
Heben das Hubwerk angehoben wird.
In den vorbeschriebenen Abfragen ist beim Schritt 54 ein
gewisser Toleranzwert (Totband) vorgegeben, so daß Sollwert
und Istwert lediglich innerhalb eines vorgegebenen Bereichs
übereinstimmen müssen.
Für den Fall, daß in Schritt 54 festgestellt wird, daß der
Sollwert des Hubwerks größer ist als der Istwert, befindet
sich das System im Zustand "Heben".
Um die beiden Sicherheitsbedingungsmarken (Flags) zu entriegeln, muß umgekehrt
wie im vorbeschriebenen Fall der Sollwerthebel zunächst in
die Senken-Stellung gebracht werden, wobei die Heben Bedingungsmarke (Flag)
beim Durchgang durch die Neutralstellung entsperrt wird.
Das Hubwerk kann hier wiederum nicht der Bewegung des
Sollwerthebels folgen, da die Senken-Bedingungsmarke (Flag) noch entriegelt
ist und somit die Druckregelventile 45, 44 nicht
ansteuerbar sind.
Bei der anschließenden Zurückbewegung des Sollwerthebels
und dem nochmaligen Durchgang durch die Neutralstellung
wird dann die Senken-Bedingungsmarke (Flag) gelöscht, so daß die Ansteuerung
der Druckregelventile 45, 44 erfolgen kann. D. h., bei
einer Weiterbewegung des Sollwerthebels in Richtung Heben
wird das Hubwerk entsprechend folgen.
Für den Fall, daß im Programmschritt 54 festgestellt wird,
daß der Sollwert innerhalb des vorgegebenen Totbands gleich
dem Istwert ist, werden beide Sicherheitsbedingungsmarken (Flags) (Heben,
Senken) softwaremäßig auf Null gesetzt, so daß das Hubwerk
sofort der Bewegung des Sollwerthebels folgen kann.
Durch das vorbeschriebene Regelungssystem ist sicherge
stellt, daß das Hubwerk oder andere Verbraucher eines Nutz
fahrzeugs nicht durch versehentliches Aus-dem-Gleichge
wicht-Bringen des Regelungssystems verstellt werden kann,
so daß eine Gefährdung umstehender Personen oder zu trans
portierender Güter usw. weitestgehend ausgeschlossen ist.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen wirkt die
Sicherheitsschaltung im wesentlichen dann, wenn sich das
System beim Einschalten des Verbrauchers im Ungleichge
wicht, d. h. wenn sich der Sollwert außerhalb des von der
Hubwerkslage vorgegebenen Entsperrbereichs befindet. Es
kann allerdings auch vorgesehen werden, daß die Sicher
heitsschaltung immer wirkt, so daß das Peripheriegerät erst
nach Aufheben beider Sperren betätigbar ist.
Claims (12)
1. Regelungsverfahren für einen hydraulisch betätigten
Verbraucher eines Arbeitsgeräts, insbesondere für das
Hubwerk eines Ackerschleppers, bei dem die Ansteuerung des
Verbrauchers über ein Proportionalventil erfolgt, dessen
Steuerseiten in Abhängigkeit von der Einstellung eines
Sollwertgebers mittels einer elektronischen Regeleinrich
tung angesteuert werden, um den Verbraucher in einen ersten
oder zweiten Betriebszustand zu versetzen, bis ein vor
eingestellter Sollwert erreicht ist, gekennzeichnet durch
folgende Schritte bei Inbetriebnahme des Regelsystems:
- - Vergleich des Verbraucher-Istwerts mit dem über den Sollwertgeber (10) eingestellten Sollwert;
- - Sperren des ersten und zweiten Betriebszustands mittels der Regeleinrichtung (8) bei einer Abweichung des Soll werts vom Istwert;
- - Ansteuerung des Verbrauchers (Z) in Abhängigkeit vom Sollwert, nachdem die Sperrung des ersten und zweiten Betriebszustands aufgehoben ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Regeleinrichtung (8), eine Bedingungsmarke (Flag)
für das Sperren eines ersten Betriebszustands (in Richtung
Heben) des Verbrauchers (Z) und eine weitere Bedingungs
marke (Flag) für das Sperren eines zweiten Betriebszustands
(in Richtung Senken) setzt, wenn der Sollwert außerhalb des
von der Hubwerkslage festgelegten Entriegelungsbereiches
liegt, wobei bei gesetzten Bedingungsmarken (Flags) die
Ansteuerung des Verbrauchers (Z) unterbunden ist, und daß
die Bedingungsmarken (Flags) durch Verstellen des
Sollwertgebers (19) über den Entsperrbereich (Sollwert =
Istwert) hinaus gelöscht werden, worauf der Verbraucher (Z)
bei weiterer Betätigung des Sollwertgebers (10) in die
Gegenrichtung entsprechend angesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Regelsystem das Hubwerk (2) im Kraft- und/oder
Lageregelmodus regelt und daß ein Löschen der Bedingungs
marken (Flags) im Kraftregelmodus nicht möglich ist.
4. Elektrohydraulisches Regelsystem für einen Verbrau
cher eines Arbeitsgeräts, insbesondere für das Hubwerk (2)
eines Ackerschleppers, zur Anwendung in einem Verfahren
nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die An
steuerung des Verbrauchers (Z) über eine Ventileinrichtung
erfolgt, deren Steuerseiten mittels einer elektronischen
Regeleinrichtung (8) in Abhängigkeit von der Einstellung
eines Sollwertgebers (10) ansteuerbar sind, so daß die
Ventileinrichtung aus einer Neutralstellung (N) in eine
erste (S) oder zweite Stellung (H) bringbar ist, um den
Verbraucher (Z) in einen ersten oder zweiten Betriebszu
stand zu versetzen, bis ein voreingestellter Sollwert
erreicht ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Regeleinrichtung (8) eine Schaltung zum Sperren des
ersten Verbraucher-Betriebszustands und eine Schaltung zum
Sperren des zweiten Verbraucher-Betriebszustands zugeordnet
ist, die ein Sperren ermöglichen, wenn der Lage-Sollwert
beim Einschalten des Regelsystems nicht im von der
Hubwerkslage vorgegebenen Entriegelungsbereich liegt und
daß der Verbraucher (Z) nur ansteuerbar ist, wenn zumindest
eine Sperre durch An- oder Überfahren des Entriegelungsbe
reiches aufgehoben ist.
5. Regelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventileinrichtung ein elektromagnetisch betätig
bares Proportionalventil (6) hat und die Signalleitungen
zur Betätigung des Proportionalventils (6) zur Regelein
richtung (8) geführt sind.
6. Regelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß an die Steuerseiten des Proportionalventils (6) Steuer
druckleitungen (41, 42) geführt sind, in denen jeweils eine
mit der Regeleinrichtung (8) in Wirkverbindung stehende
Ventileinrichtung angeordnet ist, über die die Ansteuerung
des Proportionalventils (6) blockierbar ist.
7. Regelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventileinrichtung Druckregelventile (44, 45) mit
drei gesteuerten Anschlüssen (A, B, C) umfaßt, deren
Ausgangsanschlüsse (C) mit den Steuerdruckleitungen (41, 42),
deren Eingangsanschlüsse (A) mit der Pilotdruckleitung (P1)
und deren Anschlüsse (B) mit dem Tank (T) verbindbar sind.
8. Regelsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Druckregelventil (44, 45) in der die Ansteuerung
des Proportionalventils (6) blockierenden Schaltstellung
die ihr zugeordnete Steuerdruckleitung (41, 42) mit einem
Tank (T) verbindet.
9. Regelsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß mittels der Druckregelventile (44, 45) in ihrer die
Ansteuerung des Proportionalventils (6) ermöglichenden
Stellung die entsprechende Steuerdruckleitung (41, 42) mit
einer den Pilotdruck führenden Leitung (P1) verbindbar ist.
10. Regelsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolbenschieber des Druckregelventils (44, 45) durch
Federvorspannung in seine den Ausgangsanschluß (C) mit dem
Anschluß (B) verbindende Stellung vorgespannt ist und daß
das Umschalten in die den Eingangs- (A) mit dem Ausgangs
anschluß (C) verbindende Stellung durch einen Elektro
magneten erfolgt, der über die Regeleinrichtung (8) an
steuerbar ist.
11. Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungen der Regelein
richtung (8) zum Sperren der Betriebszustände des Ver
brauchers (Z) derart ausgebildet sind, daß die Sperrung der
Betriebszustände durch Verfahren des Sollwertgebers (10)
aus seiner Ungleichgewichtstellung (Regelabweichung am
Proportionalventil = Null) über seine Neutralstellung
(Istwert = Sollwert) hinaus und wieder zurück zur
Neutralstellung aufhebbar ist.
12. Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Regeleinrichtung Schaltungen zur Ansteuerung des
Verbrauchers im Kraft-, Lage- oder Mischregelmodus hat, die
über den Sollwertgeber (10) anwählbar sind, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Regeleinrichtung (8) derart mit dem
Sollwertgeber (10) verschaltet ist, daß die Entsperrung der
Verbraucheransteuerung nur im Lageregelmodus erfolgen kann.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944420166 DE4420166C1 (de) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | Regelungsverfahren und elektrohydraulisches Regelsystem für einen Verbraucher eines Arbeitsgeräts |
PCT/EP1995/002066 WO1995033929A1 (de) | 1994-06-09 | 1995-05-31 | Regelungsverfahren und elektrohydraulisches regelsystem für einen verbraucher eines arbeitsgeräts |
PL95317609A PL178017B1 (pl) | 1994-06-09 | 1995-05-31 | Sposób i układ regulacji przemieszczaniem członu wykonawczego maszyny roboczej |
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8363 | Opposition against the patent | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |