EP3530962B1 - Verfahren zur steuerung eines senkendrucks eines elektrohydraulischen krafthebers und elektrohydraulischer kraftheber - Google Patents

Verfahren zur steuerung eines senkendrucks eines elektrohydraulischen krafthebers und elektrohydraulischer kraftheber Download PDF

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EP3530962B1
EP3530962B1 EP19158718.7A EP19158718A EP3530962B1 EP 3530962 B1 EP3530962 B1 EP 3530962B1 EP 19158718 A EP19158718 A EP 19158718A EP 3530962 B1 EP3530962 B1 EP 3530962B1
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lowering
lifting
valve
effective area
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a lowering pressure of an electrohydraulic power lift, which has at least one working cylinder with a piston, with a lifting side, which the piston delimits with a lifting-side effective area, to which pressure medium is supplied for lifting a load and in which a lifting pressure is present, and with a lowering side, which the piston delimits with a lowering-side effective area, to which pressure medium is supplied for lowering a load and in which the lowering pressure is present.
  • the electrohydraulic power lift also comprises a first pressure sensor for detecting the lifting pressure and a second pressure sensor for detecting the lowering pressure, an adjustable pressure valve for setting a lowering pressure and an electronic control unit, to which the pressures detected by the pressure sensors are fed and by which the pressure valve can be controlled.
  • the lifting side and the lowering side can be compared to the EP2 884 118
  • the arrangement shown may also be reversed.
  • the ground-side Cylinder chamber is the lifting side
  • the rod-side cylinder chamber usually represents the lifting side.
  • the one from the EP 2 884 118 A1 Known electro-hydraulic power lifts have an adjustable pressure control valve assigned to the lowering side, with which a certain pressure can be regulated on the lowering side. There is also a pressure sensor with which the pressure on the lifting side can be recorded. The pressure sensor is intended to detect certain operating situations, for example excessive pressure on the lifting side or a pressure drop on the lifting side, and then to change the control of the pressure control valve.
  • the invention is based on the object of specifying a method with which the functioning of an electro-hydraulic power lift with the features specified at the outset is improved.
  • the equivalent sink pressure is set equal to zero for the formation of the pressure value if the ongoing determination of the equivalent sink pressure results in a negative value.
  • the pressure valve is advantageously controlled according to the lowest pressure that can be set on it. Usually, the pressure valve is not controlled in this case. Unless it is a pressure valve with a negative characteristic, such as one in the EP 2 884 118 A1 is shown.
  • the pressure setting on the sink side can be further improved by increasing or decreasing the control signal for the pressure valve depending on the current volume flow and its sign in order to compensate for a volume flow-related pressure drop between the pressure valve and the sink side.
  • the control signal for the pressure valve can be increased or decreased according to a characteristic curve. It is also possible to increase or decrease it according to a factor.
  • the electro-hydraulic power lift includes a load-compensated LS directional valve that can be connected to the lifting side of the working cylinder, a volume flow flowing between the pressure valve and the lowering side of the working cylinder, in particular a volume flow flowing away from the lowering side, can be determined via the control signal with which the LS (load sensing) directional valve is controlled.
  • the lifting mode is particularly suitable for determining the volume flow in this way, since lifting is usually load-compensated via the LS directional valve and the target volume flow given as a control signal to the LS directional valve corresponds to the actual volume flow, as long as no stop is reached or the hydraulic energy is limited and a pump does not deliver as much pressure medium as required.
  • a volume flow between the pressure valve and the lowering side of the working cylinder can also be determined by deriving the signal from a position sensor assigned to the working cylinder. This is particularly advantageous when lowering, as it prevents overpressure. The pressure value is only increased when a volume flow is also flowing.
  • different target pressures can be specified by the control unit.
  • a shut-off valve can be arranged between the pressure valve and the lowering side of the working cylinder, and pressure medium can be discharged from the lowering side of the working cylinder via a relief valve, bypassing the pressure valve. It can be advantageous if the shut-off valve is closed and the relief valve is opened when the target volume flow to the lifting side and thus the target speed for lifting exceeds a certain value and the pressure value falls below a certain value.
  • the pressure valve is preferably a pressure control valve.
  • a pressure control valve usually has a consumer connection connected to a hydraulic consumer - here to the lower side of the working cylinder - a pressure connection and a tank connection and is able to allow pressure medium to flow to the hydraulic consumer as well as to flow away from the hydraulic consumer for pressure control.
  • the invention is also implemented in an electro-hydraulic power lift, which has at least one working cylinder with a piston, with a lifting side, which the piston delimits with a lifting-side effective surface, to which pressure medium is supplied for lifting a load and in which a lifting pressure is present, and with a lowering side, which the piston delimits with a lowering-side effective surface, to which pressure medium is supplied for lowering a load and in which the lowering pressure is present, a first pressure sensor for detecting the lifting pressure and a second pressure sensor for detecting the lowering pressure, an adjustable pressure valve for setting a lowering pressure and an electronic control unit, to which the pressures detected by the pressure sensors are supplied and by which the pressure valve can be controlled, wherein the electronic control unit is designed to carry out a method as described above.
  • the electro-hydraulic power lift shown is in this case the rear lifting mechanism on a tractor and has a working cylinder 10. Inside a housing of the working cylinder, a piston 11 is movable, to which a piston rod 12 is attached on one side, which emerges from the housing on one end, the so-called head of the working cylinder.
  • the piston and the piston rod form and separate a cylinder chamber 13 on the rod side or base side and a ring-shaped cylinder chamber 14 on the rod side.
  • pressure medium is supplied to the base side cylinder chamber 13 for lifting and to the rod side cylinder chamber 14 for lowering.
  • the cylinder chamber on the bottom side therefore represents the lifting side and the cylinder chamber on the rod side represents the lowering side of the working cylinder.
  • the lifting-side effective surface 15, with which the piston 11 limits the lifting side is larger than the lowering-side, annular effective surface 16, with which the piston limits the lowering side.
  • the free end of the piston rod 12 is connected to an attachment, shown here as a plow, via lifting arms 17 hinged to the tractor.
  • the connection is drawn very schematically.
  • the position assumed by the lifting arms 17 is detected by a position sensor 18 and converted into an electrical signal.
  • the pressure in the cylinder chamber 13 can be detected by a first pressure sensor 19.
  • the pressure in the cylinder chamber 14 can be detected by a second pressure sensor 20, which, like the first pressure sensor, converts the pressure into an electrical signal.
  • the electro-hydraulic power lift shown also has a load-sensing controlled variable displacement pump 25, which sucks pressure medium from a tank 26 and discharges it into a pump line 27.
  • Load-sensing controlled means that the variable displacement pump delivers so much pressure medium that the pressure in the pump line 27 is a certain pressure difference above a control pressure reported to the load-sensing regulator 28 of the variable displacement pump, which is usually the highest load pressure of all hydraulic consumers simultaneously supplied with pressure medium.
  • a pressure control valve 35 which is proportionally adjustable with the aid of a proportional electromagnet 36, is connected with a pressure connection 37 to the pump line 27 and with a relief connection 38 to a tank line 39, via which pressure medium flows back from the hydraulic consumers of the tractor, in particular from the working cylinder 10, to the tank 26.
  • the pressure at a control connection 40 of the pressure control valve which can be connected to the rod-side cylinder chamber 14, is fed back to a measuring surface on the pressure control valve via a control line 41 and generates a force on the measuring surface which, together with a force exerted by a control spring 42, acts against the force of the proportional electromagnet 36.
  • the pressure control valve 35 is shown as a directly controlled pressure control valve. However, a pilot-operated pressure control valve can also be used.
  • a shut-off valve 45 is arranged between the control connection 40 of the pressure control valve 35 and the rod-side cylinder chamber 14, which is designed as a 2/2-way seat valve, assumes its blocking position under the action of a return spring 46, in which the connection between the control connection 40 and the cylinder chamber 14 is interrupted, and can be brought by a switching magnet 47 against the force of the return spring 46 into a through position in which the connection between the control connection 40 and the cylinder chamber 14 is open.
  • a relief valve 50 is arranged between the rod-side cylinder chamber 14 of the working cylinder 10 and the tank line 39. Like the valve 45, this relief valve is designed as a 2/2-way seat valve. Under the action of a return spring 51, it assumes its blocking position in which the connection between the tank line 39 and the cylinder chamber 14 is interrupted. It can be brought into a through position by a switching magnet 52 against the force of the return spring 51, in which the connection between the cylinder chamber 14 and the tank line 39 is open.
  • the relief valve 50 is used in certain operating states to complete pressure relief of the rod-side cylinder chamber 14. When the relief valve 50 is open, the shut-off valve 45 is closed. When the shut-off valve 45 is open, the relief valve 50 is closed.
  • the inflow of pressure medium to the cylinder chamber 13 on the bottom of the working cylinder 10 and the outflow of pressure medium from this cylinder chamber can be controlled with an electrohydraulic lifting gear control valve arrangement 60.
  • the lifting gear control valve arrangement 60 has a consumer connection 61 that is fluidically connected to the cylinder chamber 13.
  • the lifting gear control valve arrangement has a pump connection 62 connected to the pump line 27 and a tank connection 63 connected to the tank line 39.
  • the lifting gear control valve arrangement 60 comprises an individual pressure compensator (not shown in detail) that keeps the pressure drop constant via an adjustable metering orifice so that the amount of pressure medium flowing through the metering orifice only depends on the current flow cross-section of the metering orifice.
  • the outflow of pressure medium from the cylinder chamber 13 is not controlled independently of the load pressure.
  • the lifting gear valve arrangement 60 also has a load sensing connection 64, from which a control line 65 leads to a first input of a shuttle valve 66.
  • the second input of the shuttle valve 66 is connected to the control connection 40 of the pressure control valve 35 via a control line 67.
  • the output of the shuttle valve 66 is connected to the load sensing regulator 28 of the variable displacement pump 25.
  • the load sensing regulator 28 is therefore informed of the higher of the pressures present in the cylinder chambers 13 and 14.
  • an electronic control unit 70 to which the electrical signals of the position sensor 18, the two pressure sensors 19 and 20 and an electrical target signal, which is generated with the aid of an operating element 71, are fed via electrical lines 72, 73, 74 and 75.
  • the electronic control unit calculates control signals for the electromagnets of the pressure control valve 35, the shut-off valve 45, the relief valve 50 and the lifting gear valve arrangement 60 from the electrical signals supplied and controls the electromagnets accordingly via electrical lines 76, 77, 78 and 79.
  • a lowering pressure of, for example, 50 bar is specified on the control element 71 for the rod-side cylinder chamber 14.
  • the ratio k between the lifting-side effective area and the lowering-side effective area on the piston 11 of the working cylinder 10 is 1.25.
  • the raised plough is supposed to generate a lifting pressure of, for example, 200 bar in the bottom-side cylinder chamber 13. This lifting pressure therefore prevails in the bottom-side cylinder chamber 13 when there is no pressure in the rod-side cylinder chamber.
  • the electronic control unit 70 continuously determines an equivalent lowering pressure by forming the difference between the lifting pressure (DS carrying) multiplied by k and recorded by the pressure sensor 19 as the minuend and the lowering pressure (DS pressing) recorded by the pressure sensor 20 as the subtrahend.
  • the equivalent lowering pressure is therefore 200 bar times 1.25 - 0, equal to 250 bar.
  • the calculated equivalent lowering pressures are filtered using a low-pass filter (filter (low-pass)).
  • a pressure value is determined as the difference between the target pressure on the lowering side specified using the control element 71 and transmitted to the control unit 70 and stored there as the minuend and the equivalent lowering pressure as the subtrahend. If the equivalent lowering pressure is negative, a value of 0 is assumed for the equivalent lowering pressure to determine the pressure value. In this case, the equivalent lowering pressure is 250 bar. The pressure value is therefore 50 bar minus 250 equals minus 200 bar. However, the fact that the pressure value is negative means that the lifting gear is still supporting the plow. This information is processed in the electronic control unit 70. Accordingly, the electronic control unit 70 does not control the pressure control valve 35, so that it is set to the smallest setting value.
  • the electronic control unit begins to control the pressure control valve 35 with a control signal greater than zero when the bearing pressure has dropped to 40 bar. From this point on, the control signal for the pressure control valve 35 (static DRV setpoint) increases to the setpoint of 50 bar.
  • the procedure according to Figure 2 can be supplemented by a volume flow compensation, as shown in two alternatives in the Figures 3 and 4 is shown.
  • the volume flow is multiplied by a proportionality factor (P-Gain), especially during lifting, whereby a correction value for a pressure is determined.
  • the correction value is subtracted from the static setpoint for the pressure control valve (static DRV setpoint). If the difference is positive, it is equal to a dynamic setpoint for the pressure control valve 35 during lifting.
  • the volume flow that is displaced from the rod-side cylinder chamber 14 during lifting can be determined from the control signal for the electrohydraulic lifting valve arrangement, which is a measure of the amount of pressure medium flowing into the cylinder chamber 13, and the area ratio k of the working cylinder 10.
  • the signal of the position sensor 18 is derived over time and multiplied by a proportionality factor (P-Gain).
  • P-Gain proportionality factor
  • the difference is formed between the static setpoint for the pressure control valve and a correction pressure corresponding to the volume flow, whereby only negative correction values are taken into account due to the opposite flow direction of the pressure medium compared to the lifting.
  • the difference is equal to the dynamic setpoint of the control signal for the pressure control valve 35 when lowering.
  • pMax maximum pressure

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Senkendrucks eines elektrohydraulischen Krafthebers, der mindestens einen Arbeitszylinder mit einem Kolben, mit einer Hebenseite, die der Kolben mit einer hebenseitigen Wirkfläche begrenzt, der zum Heben einer Last Druckmittel zugeführt wird und in der ein Hebendruck ansteht, und mit einer Senkenseite aufweist, die der Kolben mit einer senkenseitigen Wirkfläche begrenzt, der zum Senken einer Last Druckmittel zugeführt wird und in der der Senkendruck ansteht. Der elektrohydraulische Kraftheber umfasst außerdem einen ersten Drucksensor zur Erfassung des Hebendrucks und einen zweiten Drucksensor zur Erfassung des Senkendrucks, ein verstellbares Druckventil zur Einstellung eines Senkendrucks und eine elektronische Steuereinheit, der die von den Drucksensoren erfassten Drücke zugeführt werden und von der das Druckventil ansteuerbar ist.
  • Aus der EP 2 884 118 A1 ist schon ein elektrohydraulischer Kraftheber mit einem Arbeitszylinder, der einen Kolben und auf der einen Seite des Kolbens eine Kolbenstange aufweist, bekannt. Durch den Kolben werden somit ein stangenabseitiger oder bodenseitiger Zylinderraum und ein stangenseitiger, ringförmiger Zylinderraum voneinander getrennt. Vorliegend wird zum Heben dem bodenseitigen Zylinderraum und zum Senken dem stangenseitigen Zylinderraum Druckmittel zugeführt. Der bodenseitige Zylinderraum stellt also die Hebenseite und der stangenseitige Zylinderraum die Senkenseite des Arbeitszylinders dar. Die hebenseitige Wirkfläche, mit der der Kolben die Hebenseite begrenzt, ist größer als die senkenseitige Wirkfläche, mit der der Kolben die Senkenseite begrenzt. Die Hebenseite und die Senkenseite können gegenüber der in der EP 2 884 118 gezeigten Anordnung auch vertauscht sein. Zum Beispiel ist bei heckseitigen Hubwerken von Traktoren meist der bodenseitige Zylinderraum die Hebenseite, während bei Frontladern meist der stangenseitige Zylinderraum die Hebenseite darstellt.
  • Der aus der EP 2 884 118 A1 bekannte elektrohydraulische Kraftheber weist ein der Senkenseite zugeordnetes verstellbares Druckregelventil auf, mit dem auf der Senkenseite ein bestimmter Druck eingeregelt werden kann. Außerdem ist ein Drucksensor vorhanden, mit dem der Druck auf der Hebenseite erfassbar ist. Es ist vorgesehen, mit dem Drucksensor bestimmte Betriebssituationen, zum Beispiel ein zu hoher Druck auf der Hebenseite oder einen Druckabfall auf der Hebenseite festzustellen und dann die Ansteuerung des Druckregelventils zu verändern.
  • Aus der DE 101 38 389 A1 ist schon ein elektrohydraulischer Kraftheber bekannt, bei dem mit einem ersten Drucksensor der Druck auf der Hebenseite und mit einem zweiten Drucksensor der Druck auf der Senkenseite eines Arbeitszylinders erfasst wird. Die Signale der beiden Drucksensoren werden einer elektronischen Steuereinheit zugeführt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Funktionsweise eines elektrohydraulischen Krafthebers mit den eingangs angegebenen Merkmalen verbessert ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen:
    Laufende Ermittlung eines äquivalenten Senkendrucks durch Bildung der Differenz zwischen dem mit k multiplizierten Hebendruck als Minuend und dem Senkendruck als Subtrahend in der elektronischen Steuereinheit, wobei k das Verhältnis der Größe der hebenseitigen Wirkfläche zur Größe der senkenseitigen Wirkfläche des Kolbens ist, Bildung eines Druckwertes als Differenz zwischen einem am Steuergerät eingestellten Solldruck auf der Senkenseite als Minuend und dem äquivalenten Senkendruck als Subtrahend und Ansteuerung des Druckventils mit einem dem Druckwert entsprechenden Ansteuersignal.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für die Bildung des Druckwerts der äquivalente Senkendruck gleich null gesetzt wird, wenn die laufende Ermittlung des äquivalenten Senkendrucks einen negativen Wert ergibt.
  • Wenn sich ein negativer Druckwert ergibt, wird das Druckventil vorteilhafterweise entsprechend dem geringsten an ihm einstellbaren Druck angesteuert. Üblicherweise wird dann das Druckventil nicht angesteuert. Es sei denn, es ist ein Druckventil mit einer negativen Kennlinie, wie eines in der EP 2 884 118 A1 gezeigt ist.
  • Es ist günstig, wenn der äquivalente Senkendruck durch einen elektronischen Filter bedämpft wird.
  • Die Druckeinstellung auf der Senkenseite kann noch dadurch verbessert werden, dass zur Kompensation eines volumenstrombedingten Druckabfalls zwischen dem Druckventil und der Senkenseite das Ansteuersignal für das Druckventil in Abhängigkeit vom aktuellen Volumenstrom und von dessen Vorzeichen erhöht oder abgesenkt wird. Dabei kann das Ansteuersignal für das Druckventil gemäß einer Kennlinie erhöht oder abgesenkt wird. Möglich ist auch eine Erhöhung oder Absenkung gemäß einem Faktor.
  • Umfasst der elektrohydraulische Kraftheber ein mit der Hebenseite des Arbeitszylinders verbindbares lastkompensiertes LS-Wegeventil, so kann ein zwischen dem Druckventil und der Senkenseite des Arbeitszylinders fließender, insbesondere ein von der Senkenseite wegfließender Volumenstrom, über das Ansteuersignal, mit dem das LS (Load Sensing)-Wegeventil angesteuert wird, ermittelt werden. Für die Ermittlung des Volumenstroms auf diese Weise ist vor allem der Hebenmodus geeignet, da das Heben üblicherweise lastkompensiert über das LS-Wegeventil geschieht und der als Ansteuersignal an das LS-Wegeventil gegebene Sollvolumenstrom dem Istvolumenstrom entspricht, solange kein Anschlag erreicht oder die hydraulische Energie beschränkt ist und von einer Pumpe nicht so viel Druckmittelmenge wie angefordert geliefert wird.
  • Ein zwischen dem Druckventil und der Senkenseite des Arbeitszylinders fließender Volumenstrom kann auch über die Ableitung des Signals eines dem Arbeitszylinder zugeordneten Wegsensors ermittelt werden. Dies ist vor allem vorteilhaft bei einem Senken, da damit ein Überdrücken ausgeschlossen ist. Es wird der Druckwert nur dann erhöht, wenn auch ein Volumenstrom fließt.
  • In Abhängigkeit vom Vorzeichen und/oder Betrag des ermittelten äquivalenten Senkendrucks können vom Steuergerät verschiedene Solldrücke vorgegeben werden.
  • Zwischen dem Druckventil und der Senkenseite des Arbeitszylinders kann ein Absperrventil angeordnet sein und aus der Senkenseite des Arbeitszylinders kann Druckmittel unter Umgehung des Druckventils über ein Entlastungsventil abführbar sein. Es kann günstig sein, wenn das Absperrventil geschlossen und das Entlastungsventil geöffnet wird, wenn der Sollvolumenstrom zur Hebenseite und damit die Sollgeschwindigkeit für ein Heben einen bestimmten Wert überschreitet und der Druckwert einen bestimmten Wert unterschreitet.
  • Das Druckventil ist vorzugsweise ein Druckregelventil ist. ein Druckregelventil besitzt üblicherweise einen mit einem hydraulischen Verbraucher - hier mit der Senkenseite des Arbeitszylinders - verbundenen Verbraucheranschluss, einen Druckanschluss und einen Tankanschluss und vermag es, zur Druckregelung Druckmittel sowohl dem hydraulischen Verbraucher zufließen zu lassen als auch vom hydraulischen Verbraucher abfließen zu lassen.
  • Die Erfindung ist auch in einem elektrohydraulischen Kraftheber realisiert, der mindestens einen Arbeitszylinder mit einem Kolben, mit einer Hebenseite, die der Kolben mit einer hebenseitigen Wirkfläche begrenzt, der zum Heben einer Last Druckmittel zugeführt wird und in der ein Hebendruck ansteht, und mit einer Senkenseite, die der Kolben mit einer senkenseitigen Wirkfläche begrenzt, der zum Senken einer Last Druckmittel zugeführt wird und in der der Senkendruck ansteht, einen ersten Drucksensor zur Erfassung des Hebendrucks und einen zweiten Drucksensor zur Erfassung des Senkendrucks, ein verstellbares Druckventil zur Einstellung eines Senkendrucks und eine elektronische Steuereinheit aufweist, der die von den Drucksensoren erfassten Drücke zugeführt werden und von der das Druckventil ansteuerbar ist, wobei die elektronische Steuereinheit dazu ausgebildet ist, ein Verfahren wie oben beschrieben auszuführen.
  • Ein elektrohydraulischer Kraftheber, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist sowie verschiedene Verfahrensabläufe sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Figur 1
    ein Schaltbild des elektrohydraulischen Krafthebers,
    Figur 2
    ein Verfahrensablauf ohne Kompensation von durch einen Volumenstrom verursachten Druckabfall zwischen dem Arbeitszylinder und dem Druckventil,
    Figur 3
    eine Erweiterung des Verfahrens gemäß Figur 2 um eine Volumenstromkompensation, wobei der Volumenstrom mit Hilfe eines Wegsensors ermittelt wird, und
    Figur 4
    eine Erweiterung des Verfahrens gemäß Figur 2 um eine Volumenstromkompensation, wobei der Volumenstrom mit Hilfe eines des Ansteuersignals eines LS-Wegeventils ermittelt wird.
  • Der in Figur 1 dargestellte elektrohydraulische Kraftheber sei im vorliegenden Fall das heckseitige Hubwerk an einem Traktor und weist einen Arbeitszylinder 10. Im Inneren eines Gehäuses des Arbeitszylinders ist ein Kolben 11 bewegbar, an dem einseitig eine Kolbenstange 12 befestigt ist, die an einer Stirnseite, dem sogenannten Kopf des Arbeitszylinders aus dem Gehäuse heraustritt. Durch den Kolben und die Kolbenstange sind werden ein stangenabseitiger oder bodenseitiger Zylinderraum 13 und ein stangenseitiger, ringförmiger Zylinderraum 14 gebildet und voneinander getrennt. Bei dem gezeigten Hubwerk wird zum Heben dem bodenseitigen Zylinderraum 13 und zum Senken dem stangenseitigen Zylinderraum 14 Druckmittel zugeführt. Der bodenseitige Zylinderraum stellt also die Hebenseite und der stangenseitige Zylinderraum die Senkenseite des Arbeitszylinders dar. Die hebenseitige Wirkfläche 15, mit der der Kolben 11 die Hebenseite begrenzt ist, größer als die senkenseitige, ringförmige Wirkfläche 16, mit der der Kolben die Senkenseite begrenzt.
  • Das freie Ende der Kolbenstange 12 ist über am Traktor angelenkte Hubarme17 mit einem Anbaugerät verbunden, das hier als Pflug dargestellt ist. Die Verbindung ist stark schematisiert gezeichnet. Die Position, die die Hubarme 17 einnehmen, werden von einem Lagesensor 18 erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt.
  • Der Druck in dem Zylinderraum 13 ist durch einen ersten Drucksensor 19 erfassbar. Der Druck in dem Zylinderraum 14 ist durch einen zweiten Drucksensor 20 erfassbar, der wie der erste Drucksensor den Druck in ein elektrisches Signal umwandelt.
  • Der gezeigte elektrohydraulische Kraftheber weist weiterhin eine load-sensing geregelte Verstellpumpe 25 auf, die Druckmittel aus einem Tank 26 ansaugt und in eine Pumpenleitung 27 abgibt. Load-sensing geregelt heißt, dass die Verstellpumpe jeweils so viel Druckmittel fördert, dass der Druck in der Pumpenleitung 27 um eine bestimmte Druckdifferenz über einem an den Load-Sensing Regler 28 der Verstellpumpe gemeldeten Steuerdruck liegt, der meist der höchste Lastdruck aller gleichzeitig mit Druckmittel versorgter hydraulischer Verbraucher ist.
  • Ein Druckregelventil 35, das mit Hilfe eines Proportionalelektromagneten 36 proportional verstellbar ist, ist mit einem Druckanschluss 37 an die Pumpenleitung 27 und mit einem Entlastungsanschluss 38 an eine Tankleitung 39 angeschlossen, über die Druckmittel von den hydraulischen Verbrauchern des Traktors, insbesondere auch von dem Arbeitszylinder 10 zum Tank 26 zurückfließt. Der Druck an einem mit dem stangenseitigen Zylinderraum 14 verbindbaren Regelanschluss 40 des Druckregelventils wird über eine Steuerleitung 41 auf eine Messfläche am Druckregelventil zurückgeführt und erzeugt an der Messfläche eine Kraft, die zusammen mit einer von einer Regelfeder 42 ausgeübten Kraft gegen die Kraft des Proportionalelektromagneten 36 wirkt. Am Regelanschluss 40 des Druckregelventils stellt sich also jeweils ein solcher Druck ein, dass zwischen den gegeneinander wirkenden Kräften ein Gleichgewicht besteht. Da die Druckkraft und die Magnetkraft gegeneinander wirken, hat Druckregelventil 35 eine positive Kennlinie. Der Regeldruck steigt also mit dem durch den Elektromagneten 36 fließenden Strom an. Gemäß Figur 1 ist das Druckregelventil 35 als direktgesteuertes Druckregelventil dargestellt. Es kann jedoch auch ein vorgesteuertes Druckregelventil eingesetzt werden.
  • Zwischen dem Regelanschluss 40 des Druckregelventils 35 und dem stangenseitigen Zylinderraum 14 ist ein Absperrventil 45 angeordnet, das als 2/2-Wegesitzventil ausgebildet ist, unter der Wirkung einer Rückstellfeder 46 seine Sperrposition einnimmt, in der die Verbindung zwischen dem Regelanschluss 40 und dem Zylinderraum 14 unterbrochen ist, und von einem Schaltmagneten 47 gegen die Kraft der Rückstellfeder 46 in eine Durchgangsstellung gebracht werden kann, in der die Verbindung zwischen dem Regelanschluss 40 und dem Zylinderraum 14 offen ist.
  • Zwischen dem stangenseitigen Zylinderraum 14 des Arbeitszylinders 10 und der Tankleitung 39 ist ein Entlastungsventil 50 angeordnet, das wie das Ventil 45 als 2/2-Wegesitzventil ausgebildet ist, unter der Wirkung einer Rückstellfeder 51 seine Sperrposition einnimmt, in der die Verbindung zwischen der Tankleitung 39 und dem Zylinderraum 14 unterbrochen ist, und von einem Schaltmagneten 52 gegen die Kraft der Rückstellfeder 51 in eine Durchgangsstellung gebracht werden kann, in der die Verbindung zwischen dem Zylinderraum 14 und der Tankleitung 39 offen ist. Das Entlastungsventil 50 dient in bestimmten Betriebszuständen zur vollständigen Druckentlastung des stangenseitigen Zylinderraums 14. Wenn das Entlastungsventil 50 offen ist, dann ist das Absperrventil 45 geschlossen. Wenn das Absperrventil 45 offen ist, dann ist das Entlastungsventil 50 geschlossen.
  • Mit einer elektrohydraulischen Hubwerksregelventilanordnung 60 ist der Zufluss von Druckmittel zu dem bodenseitigen Zylinderraum 13 des Arbeitszylinders 10 sowie der Abfluss von Druckmittelaus diesem Zylinderraum steuerbar. Dazu weist die Hubwerksregelventilanordnung 60 einen Verbraucheranschluss 61 auf, der mit dem Zylinderraum 13 fluidisch verbunden ist. Außerdem hat die Hubwerksregelventilanordnung einen mit der Pumpenleitung 27 verbundenen Pumpenanschluss 62 und einen mit der Tankleitung 39 verbundenen Tankanschluss 63. Um den Zufluss von Druckmittel zu dem Zylinderraum 13 lastdruckunabhängig steuern zu können, umfasst die Hubwerksregelventilanordnung 60 eine nicht näher dargestellte Individualdruckwaage, die den Druckabfall über eine verstellbare Zumessblende konstant hält, so dass die über die Zumessblende fließende Druckmittelmenge nur noch vom augenblicklichen Durchflussquerschnitt der Zumessblende abhängt. Der Abfluss von Druckmittel aus dem Zylinderraum 13 ist nicht lastdruckunabhängig gesteuert.
  • Die Hubwerksventilanordnung 60 besitzt außerdem noch einen Lastmeldeanschluss 64, von dem eine Steuerleitung 65 zu einem ersten Eingang eines Wechselventils 66 führt. Der zweite Eingang des Wechselventils 66 ist über eine Steuerleitung 67 mit dem Regelanschluss 40 des Druckregelventils 35 verbunden. Der Ausgang des Wechselventils 66 ist mit dem Load-Sensing-Regler 28 der Verstellpumpe 25 verbunden. Dem Load-Sensing-Regler 28 wird also der jeweils höhere der in den Zylinderräumen 13 und 14 anstehenden Drücke gemeldet.
  • Es ist eine elektronische Steuereinheit 70 vorhanden, der die elektrischen Signale des Lagesensors 18, der beiden Drucksensoren 19 und 20 sowie ein elektrisches Sollsignal, das mit Hilfe einer Bedienelements 71 erzeugt wird, über elektrische Leitungen 72, 73, 74 und 75 zugeführt werden. Die elektronische Steuereinheit errechnet aus den zugeführten elektrischen Signalen Ansteuersignale für die Elektromagnete des Druckregelventils 35, des Absperrventils 45, des Entlastungsventils 50 und der Hubwerksventilanordnung 60 und steuert die Elektromagnete über elektrische Leitungen 76, 77, 78 und 79 entsprechend an.
  • Es sei nun eine Situation betrachtet, in der das Hubwerk ausgehoben ist, also keinen Kontakt zum Boden hat, und abgesenkt und in den Boden eingedrückt werden soll. Dazu wird am Bedienelement 71 für den stangenseitigen Zylinderraum 14 ein Senkendruck von zum Beispiel 50 bar vorgegeben. Das Verhältnis k zwischen der hebenseitigen Wirkfläche und der senkenseitigen Wirkfläche am Kolben 11 des Arbeitszylinders 10 sei 1,25. Der angehobene Pflug möge im bodenseitigen Zylinderraum 13 einen Hebendruck von zum Beispiel 200 bar erzeugen. Dieser Hebendruck herrscht also im bodenseitigen Zylinderraum 13, wenn im stangenseitigen Zylinderraum kein Druck ansteht.
  • Gemäß dem Verfahrensablauf nach Figur 2 wird von der elektronischen Steuereinheit 70 laufend ein äquivalenter Senkendruck durch Bildung der Differenz zwischen dem mit k multiplizierten und von dem Drucksensor 19 erfassten Hebendruck (DS Tragen) als Minuend und dem von dem Drucksensor 20 erfassten Senkendruck (DS Drücken) als Subtrahend ermittelt. Der äquivalente Senkendruck ist vorliegend also 200 bar mal 1,25 - 0 gleich 250 bar. Die errechneten äquivalenten Senkendrücke (Differenzdruck (Tragen*k - Drücken)) mit Hilfe eines Tiefpasses (Filter(Tiefpass)) gefiltert. Wenn der äquivalente Senkendruck positiv ist (Limit Positiv), wird ein Druckwert als Differenz zwischen dem mit Hilfe des Bedienelements 71 vorgegebenen und dem Steuergerät 70 übermittelten und dort gespeicherten Solldruck auf der Senkenseite als Minuend und dem äquivalenten Senkendruck als Subtrahend ermittelt. Ist der äquivalente Senkendruck negativ, so wird für die Ermittlung des Druckwerts ein Wert 0 für den äquivalenten Senkendruck angenommen. Vorliegend ergeben sich für den äquivalenten Senkendruck 250 bar. Für den Druckwert ergeben sich also 50 bar minus 250 gleich minus 200 bar. Allerdings kann daraus, dass der Druckwert negativ ist, erkannt werden, dass das Hubwerk den Pflug noch trägt. Diese Information wird in der elektronischen Steuereinheit 70 mitverarbeitet. Dementsprechend steuert die elektronische Steuereinheit 70 das Druckregelventil 35 nicht an, so dass dieses auf dem kleinsten Einstellwert steht.
  • Daran ändert sich nichts, bis der Pflug auf den Boden aufstößt. Der Tragendruck nimmt nun ab. Im betrachteten Beispiel beginnt die elektronische Steuereinheit, das Druckregelventil 35 mit einem Ansteuersignal größer null anzusteuern, wenn der Tragendruck auf 40 bar abgefallen ist. Ab diesem Zeitpunkt steigt das Ansteuersignal für das Druckregelventil 35 (Statischer DRV Sollwert) bis auf den Sollwert von 50 bar an.
  • Das Verfahren gemäß Figur 2 kann um eine Volumenstromkompensation ergänzt werden, wie dies in zwei Alternativen in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. Gemäß Figur 3 wird der Volumenstrom insbesondere beim Heben mit einem Proportionalitätsfaktor (P-Gain) multipliziert, wodurch ein Korrekturwert für einen Druckermittelt wird. Der Korrekturwert wird von dem statischen Sollwert für das Druckregelventil (Statischer DRV Sollwert) subtrahiert. Ist die Differenz positiv ist sie gleich einem dynamischen Sollwert für das Druckregelventil 35 im Heben. Der Volumenstrom, der beim Heben aus dem stangenseitigen Zylinderraum 14 verdrängt wird, kann aus dem Ansteuersignal für die elektrohydraulische Hubwerksventilanordnung, die ein Maß für die dem Zylinderraum 13 zufließende Druckmittelmenge ist, und dem Flächenverhältnis k des Arbeitszylinders 10 ermittelt werden.
  • Um den Volumenstrom beim Senken zu ermitteln, kann gemäß Figur 4 das Signal des Lagesensors 18 nach der Zeit abgeleitet und mit einem Proportionalitätsfaktor (P-Gain) multipliziert werden. Zwischen dem statischen Sollwert für das Druckregelventil und einem dem Volumenstrom entsprechenden Korrekturdruck, wird die Differenz gebildet, wobei wegen der gegenüber dem Heben entgegengesetzten Flussrichtung des Druckmittels nur negative Korrekturwerte berücksichtigt werden. Die Differenz ist gleich dem dynamischen Sollwert des Ansteuersignals für das Druckregelventil 35 im Senken. Dabei soll allerdings ein maximaler Druck (Limit pMax) nicht überschritten werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Arbeitszylinder
    11
    Kolben von 10
    12
    Kolbenstange von 10
    13
    bodenseitiger Zylinderraum von 10
    14
    stangenseitiger Zylinderraum von 10
    15
    hebenseitige Wirkfläche an 11
    16
    senkenseitige Wirkfläche an 11
    17
    Hubarme
    18
    Lagesensor
    19
    erster Drucksensor
    20
    zweiter Drucksensor
    25
    Verstellpumpe
    26
    Tank
    27
    Pumpenleitung
    28
    Load-Sensing Regler
    35
    Druckregelventil
    36
    Proportionalelektromagnet
    37
    Druckanschluss von 35
    38
    Entlastungsanschluss von 35
    39
    Tankleitung
    40
    Regelanschluss von 35
    41
    Steuerleitung an 35
    42
    Regelfeder von 35
    45
    Absperrventil
    46
    Rückstellfeder von 45
    47
    Schaltmagneten von 45
    50
    Entlastungsventil
    51
    Rückstellfeder von 50
    52
    Schaltmagnet von 50
    60
    Hubwerksregelventilanordnung
    61
    Verbraucheranschluss von 60
    62
    Pumpenanschluss von 60
    63
    Tankanschluss von 60
    64
    Lastmeldeanschluss von 60
    65
    Steuerleitung
    66
    Wechselventil
    67
    Steuerleitung
    70
    elektronische Steuereinheit
    71
    Bedienelement
    72
    elektrische Leitung
    73
    elektrische Leitung
    74
    elektrische Leitung
    75
    elektrische Leitung
    76
    elektrische Leitung
    77
    elektrische Leitung
    78
    elektrische Leitung
    79
    elektrische Leitung

Claims (12)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Senkendrucks eines elektrohydraulischen Krafthebers, der mindestens einen Arbeitszylinder (10) mit einem Kolben (11), mit einer Hebenseite (13), die der Kolben (11) mit einer hebenseitigen Wirkfläche (15) begrenzt, der zum Heben einer Last Druckmittel zugeführt wird und in der ein Hebendruck ansteht, und mit einer Senkenseite (14), die der Kolben (10) mit einer senkenseitigen Wirkfläche (16) begrenzt, der zum Senken einer Last Druckmittel zugeführt wird und in der der Senkendruck ansteht, einen ersten Drucksensor (19) zur Erfassung des Hebendrucks und einen zweiten Drucksensor (20) zur Erfassung des Senkendrucks, ein verstellbares Druckventil (35) zur Einstellung eines Senkendrucks und eine elektronische Steuereinheit (70) aufweist, der die von den Drucksensoren (19, 20) erfassten Drücke zugeführt werden und von der das Druckventil (35) ansteuerbar ist,
    gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    laufende Ermittlung eines äquivalenten Senkendrucks durch Bildung der Differenz zwischen dem mit k multiplizierten Hebendruck als Minuend und dem Senkendruck als Subtrahend in der elektronischen Steuereinheit (70), wobei k das Verhältnis der Größe der hebenseitigen Wirkfläche (15) zur Größe der senkenseitigen Wirkfläche (16) des Kolbens (11) ist;
    Bildung eines Druckwertes als Differenz zwischen einem am elektronischen Steuergerät (70) eingestellten Solldruck auf der Senkenseite als Minuend und dem äquivalenten Senkendruck als Subtrahend;
    Ansteuerung des Druckventils (35) mit einem dem Druckwert entsprechenden Ansteuersignal.
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei für die Bildung des Druckwerts der äquivalente Senkendruck gleich null gesetzt wird, wenn die laufende Ermittlung des äquivalenten Senkendrucks einen negativen Wert ergibt.
  3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei das Druckventil (35) entsprechend dem geringsten an ihm einstellbaren Druck angesteuert wird, wenn sich ein negativer Druckwert ergibt.
  4. Verfahren nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei der äquivalente Senkendruck durch einen elektronischen Filter bedämpft wird.
  5. Verfahren nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei zur Kompensation eines volumenstrombedingten Druckabfalls zwischen dem Druckventil (35) und der Senkenseite das Ansteuersignal für das Druckventil (35) in Abhängigkeit vom aktuellen Volumenstrom und von dessen Vorzeichen erhöht oder abgesenkt wird.
  6. Verfahren nach Patentanspruch 5, wobei das Ansteuersignal für das Druckventil (35) gemäß einer Kennlinie erhöht oder abgesenkt wird.
  7. Verfahren nach Patentanspruch 5 oder 6, wobei mit der Hebenseite (13) des Arbeitszylinders (10) ein lastkompensiertes LS-Wegeventil (60) verbindbar ist und ein zwischen dem Druckventil (35) und der Senkenseite (14) des Arbeitszylinders (10) fließender, insbesondere ein von der Senkenseite wegfließender Volumenstrom über das Ansteuersignal, mit dem das LS-Wegeventil (60) angesteuert wird, ermittelt wird.
  8. Verfahren nach Patentanspruch 5, 6 oder 7, wobei ein zwischen dem Druckventil (35) und der Senkenseite (14) des Arbeitszylinders (10) fließender Volumenstrom über die Ableitung des Signals eines dem Arbeitszylinder (10) zugeordneten Lagesensors (18) ermittelt wird
  9. Verfahren nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei in Abhängigkeit vom Vorzeichen und/oder Betrag des ermittelten äquivalenten Senkendrucks vom elektronischen Steuergerät (70) verschiedene Solldrücke vorgegeben werden.
  10. Verfahren nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei zwischen dem Druckventil (35) und der Senkenseite (14) des Arbeitszylinders (10) ein Absperrventil (45) angeordnet ist und wobei aus der Senkenseite (14) des Arbeitszylinders (10) Druckmittel unter Umgehung des Druckventils (35) über ein Entlastungsventil (50) abführbar ist und wobei das Absperrventil (45) geschlossen wird und das Entlastungsventil (50) geöffnet wird, wenn der Sollvolumenstrom zur Hebenseite (13) und damit die Sollgeschwindigkeit für ein Heben einen bestimmten Wert überschreitet und der Druckwert einen bestimmten Wert unterschreitet.
  11. Verfahren nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei das Druckventil (35) ein Druckregelventil ist.
  12. Elektrohydraulischer Kraftheber, der mindestens einen Arbeitszylinder (10) mit einem Kolben (11), mit einer Hebenseite (13), die der Kolben (11) mit einer hebenseitigen Wirkfläche (15) begrenzt, der zum Heben einer Last Druckmittel zugeführt wird und in der ein Hebendruck ansteht, und mit einer Senkenseite (14), die der Kolben (10) mit einer senkenseitigen Wirkfläche (16) begrenzt, der zum Senken einer Last Druckmittel zugeführt wird und in der der Senkendruck ansteht, einen ersten Drucksensor (19) zur Erfassung des Hebendrucks und einen zweiten Drucksensor (20) zur Erfassung des Senkendrucks, ein verstellbares Druckventil (35) zur Einstellung eines Senkendrucks und eine elektronische Steuereinheit (70) aufweist, der die von den Drucksensoren (19, 20) erfassten Drücke zugeführt werden und von der das Druckventil (35) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (70) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 11 auszuführen.
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