DE102010044895A1

DE102010044895A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung hydraulischer Elemente mit mindestens einem Elektromagneten

Info

Publication number: DE102010044895A1
Application number: DE201010044895
Authority: DE
Inventors: Dr. Löcher Thomas; Jürgen Naumann
Original assignee: Ibl Hydronic & Co KG GmbH; Ibl-Hydronic & Co KG GmbH
Current assignee: Ibl Hydronic & Co KG GmbH; Ibl-Hydronic & Co KG GmbH
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-03-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung hydraulischer Elemente mit mindestens einem Elektromagneten. Bei den hydraulischen Elementen handelt es sich insbesondere um Proportionalventile. Aufgabe der Erfindung ist es, Möglichkeiten anzugeben, mit denen eine einfache Vorort Anpassung der Steuerhebelauslenkmesssignale an ein oder mehrere hydraulische Elemente zu deren Steuerung vorgenommen werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind ein Steuerhebel mit mindestens einem Weg- oder Drehwinkelsensor zur Beeinflussung des in Abhängigkeit der jeweiligen Auslenkung des Steuerhebels in eine Achsrichtung dem/den Elektromagneten zugeführten elektrischen Stromes und eine elektronische Auswerte- und Steuereinheit für eine Einstellung und Speicherung des minimalen elektrischen Stromes Imin und des maximalen Stromes Imax, der einem Elektromagneten zuführbar ist, vorhanden. Mit mindestens einem Schaltelement wird die Verbindung zu einem elektronischen Speicher zum Speichern des/der minimalen elektrischen Stroms/Ströme Imin und des/der maximalen elektrischen Stroms/Ströme Imax für den/die Elektromagnet(en) und mindestens eine Einrichtung zur Bestimmung des elektrischen Stromes und/oder der elektrischen Spannung bei verschiedenen Auslenkungen des Steuerhebels, in mindestens einer Achsrichtung, hergestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung hydraulischer Elemente mit mindestens einem Elektromagneten. Bei den hydraulischen Elementen handelt es sich insbesondere um Proportionalventile.
Für die Ansteuerung werden Steuerhebel, auch als „Joystick” bezeichnet, eingesetzt, bei denen die Auslenkung mit mindestens einem Weg- oder Winkelsensor bestimmt und die so ermittelten Sensormesswerte für die Steuerung des hydraulischen Elements genutzt werden. Üblicherweise wird dies mit dem dem jeweiligen Elektromagneten zugeführten elektrischen Strom durchgeführt. Durch das so beeinflusste elektromagnetische Feld kann eine gezielte Bewegung am hydraulischen Element erreicht werden, wodurch beispielsweise ein Ventil mehr oder weniger geöffnet und dadurch der hindurch strömende Volumenstrom beeinflusst wird.
Da handelsübliche Steuerhebel für solche Steuerungen eingesetzt werden, ist eine Anpassung an das jeweilige zu steuernde hydraulische Element erforderlich. Bisher wird eine solche Anpassung mit angeschlossenen Einstellpotentiometern manuell und dadurch mit sehr hohem Aufwand durchgeführt. Die Potentiometer sind mechanisch und gegenüber Feuchtigkeit anfällig.
Die Anpassung kann auch mittels externer und anschließbarer elektronischer Rechentechnik oder Einstellgeräten durchgeführt werden. Dies kann aber nur von spezialisierten Werkstätten oder vom Hersteller durchgeführt werden.
Bei sich verändernden Anwenderwünschen, Umständen oder einem Umbau der Hydraulikanlage muss eine erneute, wie beschrieben aufwändige Anpassung durchgeführt werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten anzugeben, mit denen eine einfache Vorort Anpassung der Steuerhebelauslenkmesssignale an ein oder mehrere hydraulische Elemente zu deren Steuerung vorgenommen werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Dabei kann ein Verfahren gemäß Anspruch 6 durchgeführt werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmalen realisiert werden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung hydraulischer Elemente mit mindestens einem Elektromagneten, sind ein Steuerhebel mit mindestens einem Weg- oder Drehwinkelsensor zur Beeinflussung des in Abhängigkeit der jeweiligen Auslenkung des Steuerhebels in eine Achsrichtung dem/den Elektromagneten zugeführten elektrischen Stromes und eine elektronische Auswerte- und Steuereinheit für eine Einstellung und Speicherung des minimalen elektrischen Stromes I_min und des maximalen Stromes I_max, der einem Elektromagneten zuführbar ist, vorhanden. Mit mindestens einem Schaltelement wird die Verbindung zu einem elektronischen Speicher zum Speichern des/der minimalen elektrischen Stroms/Ströme I_min und des/der maximalen elektrischen Stroms/Ströme I_max für den/die Elektromagnet(en) und mindestens eine Einrichtung zur Bestimmung des elektrischen Stromes und/oder der elektrischen Spannung bei verschiedenen Auslenkungen des Steuerhebels, in mindestens einer Achsrichtung, hergestellt.
Bei der Einstellung von Parametern für die Steuerung wird so vorgegangen, dass für eine minimale Auslenkung des Steuerhebels aus einer Nullstellung ein Wert für einen minimalen elektrischen Strom I_min und bei einer maximalen Auslenkung des Steuerhebels in eine Achsrichtung ein Wert für einen maximalen elektrischen Strom I_max für die Ansteuerung eines Elektromagneten festgelegt und in einem elektronischen Speicher gespeichert werden.
Die Festlegung des minimalen elektrischen Stromes I_min und des maximalen elektrischen Stromes I_max kann bevorzugt in Abhängigkeit einer gewünschten Auslenkbewegung des jeweiligen Elektromagneten eines hydraulischen Elements durchgeführt werden.
Es kann ein weiteres Schaltelement zum Trennen der elektrisch leitenden Verbindung zu dem/den Elektromagnet(en) und zum Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zu einer Einrichtung zur Bestimmung des jeweiligen elektrischen Stromes und/oder der elektrischen Spannung, der/die bei verschiedenen Auslenkungen des Steuerhebels auftreten, sowie einem elektronischen Speicher zur Speicherung der in Abhängigkeit der Auslenkung des Steuerhebels erfassten elektrischen Ströme und/oder elektrischen Spannungen, vorhanden sein.
Dadurch können die minimalen und maximalen elektrischen Ströme und/oder elektrischen Spannungen, der mit dem/den Weg- oder Winkelsensor(en) in Abhängigkeit einer minimalen und einer maximalen Auslenkung des Steuerhebels in eine Achsrichtung erfassten Messsignale gespeichert und für eine Bestimmung einer Kennlinie oder Funktion zur Steuerung des dem/den Elektromagnet(en) in Abhängigkeit der Auslenkung des Steuerhebels zugeführten elektrischen Stromes eingesetzt werden.
Dabei sollten die Messsignale bei getrennter Verbindung zwischen Steuerhebel einer ihm zugeordneten elektronischen Auswerte- und Steuereinheit mit mindestens einem Speicher zu dem/den Elektromagnet(en) erfasst und gespeichert werden.
Auf die gesonderte Bestimmung der minimalen und maximalen elektrischen Ströme und/oder elektrischen Spannungen, der mit dem/den Weg- oder Winkelsensor(en) in Abhängigkeit einer minimalen und einer maximalen Auslenkung des Steuerhebels in eine Achsrichtung erfassten Messsignale, kann ggf. verzichtet werden. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn bereits digitalisierte Signale vom Steuerhebel ausgegeben werden.
An der elektronischen Auswerte- und Steuereinheit kann mindestens ein A/D-Wandler für eine Digitalsierung von in Abhängigkeit der Auslenkung des Steuerhebels erfassten elektrischen Strömen und/oder elektrischen Spannungen vorhanden oder und mit ihr verbunden sein.
Außerdem sollte eine Einrichtung zur Regelung des dem/den Elektromagnet(en) zugeführten elektrischen Stromes vorhanden sein. Mit dieser Einrichtung sollten die digitalisierten Werte für die jeweilige Auslenkbewegung des Steuerhebels, was die Richtung und den Weg oder den Auslenkwinkel betrifft, berücksichtigt werden.
Die erwähnten Schaltelemente können manuell betätigbare Taster sein, mit denen der jeweilige Einstellparameter ausgewählt werden kann. Die Einstellung kann unmittelbar vor Ort an der jeweiligen Hydraulikanlage vom Anwender einfach und in kurzer Zeit durchgeführt werden. Es sind keine zusätzlichen Elemente oder Hilfsmittel erforderlich. Es kann aber auch ein einziges Schaltelement mit einer entsprechenden Anzahl von Schaltfunktionen eingesetzt werden. Die Schaltfunktionen können dabei an dem einen Schaltelement ausgewählt werden. Hierfür kann eine Auswahl mittels entsprechend voreingestellten Potentiometern vorgenommen werden. Eine weitere Möglichkeit für die Auswahl der gewünschten Schaltfunktionen besteht in einer elektronischen Ansteuerung, beispielsweise über Datenprotokolle.
Nachfolgend soll an einem Beispiel der Aufbau und die Funktion für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung zweier hydraulischer Proportionalventile mit einem Steuerhebel erläutert werden.
Dabei zeigt 1 ein Blockschaltbild.
Der Steuerhebel 4 kann dabei in zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Achsen um eine Mittelstellung hin und her translatorisch ausgelenkt werden. Die jeweilige Auslenkung kann dabei mit zwei integrierten Wegsensoren 6, der ein Hallsensor sein kann, bestimmt werden. Anstelle des Wegsensors kann aber auch mindestens ein geeigneter Winkelsensor vorhanden sein.
Bei einem Hallsensor kann als Messsignal die jeweilige elektrische Spannung in Abhängigkeit der Auslenkbewegung erfasst werden. Mit einem Analog/Digital-Wandler 9 werden die Messsignale digitalisiert und einer elektronischen Auswerte- und Steuereinheit 8 zugeführt. Mit Hilfe dieser erfolgt dann eine Regelung des elektrischen Stromes der einem Elektromagneten 5 zugeführt wird. Dadurch kann die Öffnungs- und Schließbewegung des jeweiligen hydraulischen Proportionalventils und dadurch der Volumenstrom gesteuert werden.
Vor dem ersten Einsatz in einer Hydraulikanlage wird der im allgemeinen Teil der Beschreibung als weiteres Schaltelement bezeichnete Schalter 1 betätigt und dadurch die normale Funktion des Steuerhebels 4 abgeschaltet, so dass die elektrische Verbindung zu den Elektromagneten 5 getrennt wird. In diesem Zustand werden die Messsignale der Wegsensoren 6 für die Mittelstellung und die jeweilige maximale Auslenkung des Steuerhebels 4 in beiden Achsrichtungen erfasst und digitalisiert. Nach der erneuten Betätigung des weiteren Schalteelements 1 werden sie in einem Speicher der elektronischen Auswerte- und Steuereinheit 8 gespeichert. Dabei kann eine lineare Kennlinie oder eine Kennlinienfunktion, die beispielsweise progressiv, degressiv oder abgestuft sein kann, berechnet werden.
Im Anschluss an diesen Verfahrensschritt, der nicht zwingend durchgeführt werden muss, erfolgt die Einstellung der minimalen und maximalen elektrischen Ströme mit denen die Elektromagnete 5 beaufschlagt werden sollen. Diese können von den im ersten Verfahrensschritt erfassten und gespeicherten Werten abweichen.
Dabei wird ein Schaltelement 2 betätigt und die normale Funktion des Steuerhebels 4 abgeschaltet. Die elektrische Verbindung zu den Elektromagneten 5 ist dabei aber nicht getrennt. Der Steuerhebel 4 wird dann in eine Achsrichtung langsam manuell bewegt und gleichzeitig die Hydraulikanlage beobachtet. Ist dabei der kleinste vom Anwender gewünschte durch das Proportionalventil strömende Volumenstrom erkannt worden, kann das Schaltelement 2 losgelassen oder auch erneut betätigt werden, je nach dem wie die elektrische Verschaltung erfolgt ist. Der dabei erfasste Messwert wird als minimaler elektrischer Strom I_min in einem Speicher der elektronischen Auswerte- und Steuereinheit 8 gespeichert. Dieser Vorgang kann so für die vier möglichen Achsrichtungen nacheinander durchgeführt werden.
Analog kann so bei der Bestimmung und Speicherung der Werte für den jeweiligen maximalen elektrischen Strom I_max der den Elektromagneten 5 zugeführt werden kann vorgegangen werden. Es wird dabei ein Schalter 3 betätigt und durch Beobachtung der maximal gewünschte ein Proportionalventil durchströmende Volumenstrom bei entsprechender bis dahin maximaler Auslenkung des Steuerhebels 4 in der jeweiligen Achsrichtung, der vom Wegsensor erfasste Wert für I_max durch Loslassen des Schaltelements 3 oder erneute Betätigung in einem Speicher der elektronischen Auswerte- und Steuereinheit 8 gespeichert.
Damit sind die für die Steuerung erforderlichen Parameter gespeichert und es kann die Steuerung entsprechend durchgeführt werden. Je nach bei der Auslenkung des Steuerhebels 4 in der jeweiligen Achsrichtung zurück gelegtem Weg oder des Auslenkwinkels wird aus der elektronischen Auswerte- und Steuereinheit 8 ein entsprechender gespeicherter Wert der vorab ermittelten Kennlinie oder des Funktionsverlaufs für die Regelung des jeweiligen Elektromagneten 5 eines hydraulischen Proportionalventils genutzt.
An der Vorrichtung zur Steuerung kann auch eine Reset-Taste vorhanden sein, mit der auf eine Werkseinstellung oder die Speicher auf „Null” gesetzt werden können. Dies kann aber auch durch eine gleichzeitige Betätigung von mindestens zwei Schaltelementen erreicht werden.
Der jeweilige den Elektromagneten 5 zugeführte elektrische Strom wird mit der an die elektronische Auswerte- und Steuereinheit 8 angeschlossenen Einrichtung zur Regelung des elektrischen Stroms beeinflusst.
Günstig ist es außerdem, den elektrischen Strom für die Elektromagnete 5 als Pulsweiten modulierten Strom zur Verfügung zu stellen.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung hydraulischer Elemente mit mindestens einem Elektromagneten, bei der ein Steuerhebel (4) mit mindestens einem Weg- oder Drehwinkelsensor (6) zur Beeinflussung des in Abhängigkeit der jeweiligen Auslenkung des Steuerhebels (4) in eine Achsrichtung dem/den Elektromagneten (5) zugeführten elektrischen Stromes vorhanden ist, bei der an eine elektronische Auswerte- und Steuereinheit (8) für eine Einstellung und Speicherung des minimalen elektrischen Stromes I_min und des maximalen Stromes I_max, der einem Elektromagneten (5) zuführbar ist, mindestens ein Schaltelement (2, 3) zum Herstellen der Verbindung zu einem elektronischen Speicher zum Speichern des/der minimalen elektrischen Stroms/Ströme I_min und des/der maximalen elektrischen Stroms/Ströme I_max für den/die Elektromagnet(en) (5) und mindestens eine Einrichtung zur Bestimmung des elektrischen Stromes und/oder der elektrischen Spannung bei verschiedenen Auslenkungen des Steuerhebels (4) in mindestens einer Achsrichtung vorhanden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Schaltelement (1) zum Trennen der elektrisch leitenden Verbindung zu dem/den Elektromagnet(en) (5) und zum Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zu einer Einrichtung zur Bestimmung des jeweiligen elektrischen Stromes und/oder der elektrischen Spannung, der/die bei verschiedenen Auslenkungen des Steuerhebels (4) auftreten, sowie einem elektronischen Speicher zur Speicherung der in Abhängigkeit der Auslenkung des Steuerhebels (4) erfassten elektrischen Ströme und/oder elektrischen Spannungen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein A/D-Wandler (9) für eine Digitalsierung von in Abhängigkeit der Auslenkung des Steuerhebels (4) erfassten elektrischen Strömen und/oder elektrischen Spannungen vorhanden und mit der elektronischen Auswerte- und Steuereinheit (8) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (7) zur Regelung des dem/den Elektromagnet(en) (5) zugeführten elektrischen Stromes vorhanden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das/die hydraulische(n) Element(e) ein oder mehrere Proportionalventil(e) ist/sind.
Verfahren zur Steuerung hydraulischer Elemente mit mindestens einem Elektromagneten, bei der ein Steuerhebel (4) mit mindestens einem Weg- oder Drehwinkelsensor (6) zur Beeinflussung des in Abhängigkeit der jeweiligen Auslenkung des Steuerhebels (4) in eine Achsrichtung dem/den Elektromagneten (5) zugeführten elektrischen Stromes vorhanden ist, bei dem für eine minimale Auslenkung des Steuerhebels (4) aus einer Nullstellung ein Wert für einen minimalen elektrischen Strom I_min und bei einer maximalen Auslenkung des Steuerhebels (4) in eine Achsrichtung ein Wert für einen maximalen elektrischen Strom I_max für die Ansteuerung eines Elektromagneten (5) festgelegt und in einem elektronischen Speicher gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung des minimalen elektrischen Stromes I_min und des maximalen elektrischen Stromes I_max in Abhängigkeit einer gewünschten Auslenkbewegung des jeweiligen Elektromagneten (5) eines hydraulischen Elements durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die minimalen und maximalen elektrischen Ströme und/oder Spannungen der mit dem/den Weg- oder Winkelsensor(en) (6) in Abhängigkeit einer minimalen und einer maximalen Auslenkung des Steuerhebels (4) in eine Achsrichtung erfassten Messsignale gespeichert und für eine Bestimmung einer Kennlinie oder Funktion zur Steuerung des dem/den Elektromagnet(en) (5) in Abhängigkeit der Auslenkung des Steuerhebels (4) zugeführten elektrischen Stromes eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignale bei getrennter Verbindung zwischen Steuerhebel (4) einer ihm zugeordneten elektronischen Auswerte- und Steuereinheit (8) mit mindestens einem Speicher zu dem/den Elektromagnet(en) (5) erfasst und gespeichert werden.