Ein solcher Manipulator ist aus der EP 0 686 224 B1 bekannt. Üblicherweise werden diese Manipulatoren über einen hydraulischen Steuerkreis mit einem zentralen Maststeuerblock sowie an den einzelnen Antriebsaggregaten angebrachten Senkbremsventilen zur Gewährleistung der Lasthaltefunktion gesteuert. Diese Ausgestaltung ist jedoch nachteilig, insbesondere im Hinblick auf das Ansprechverhalten des Manipulators. Aufgrund der erheblichen Leitungslängen zwischen den Senkbremsventilen und den Steuerventilen im zentralen Maststeuerblock, sowie aufgrund des dynamischen Verhaltens der Senkbremsventile kommt es bei diesen hydraulischen Steuerkreisen zu merkbaren Verzögerungen zwischen der Verstellung des Steuerhebels in eine Stellrichtung und der Ausführung einer Bewegung durch die Antriebsaggregate an den einzelnen Knickgelenken. Diese Verzögerung ist im Allgemeinen nicht für alle Knickgelenke gleich, sondern es ergeben sich Unterschiede bedingt durch die unterschiedlichen Leitungslängen zwischen den Senkbremsventilen und den Steuerventilen sowie aufgrund der Druckverhältnisse und der angeforderten Bewegungsgeschwindigkeit. Besonders zu Beginn einer Bewegung des Manipulators, eingeleitet durch die Verstellung des Steuerhebels in eine Stellrichtung, sind diese Verzögerungen von großem Nachteil, insbesondere wenn bei dieser eingeleiteten Bewegung mehrere Knickgelenke gleichzeitig verfahren werden, um die angeforderte Bewegung auszuführen. Die Unterschiede hinsichtlich des Ansprechverhaltens der einzelnen Knickgelenke können dann besonders zu Beginn einer Bewegung unerwünschte Verschwenkbewegungen des Mastes in nicht beabsichtigte Richtungen erzeugen. Insbesondere bei kleinen Verschwenkgeschwindigkeiten der einzelnen Knickgelenke führen die üblichen Senkbremsventile oft zu einer ungleichförmigen, Undefinierten Bewegung, da bei diesen geringen Geschwindigkeiten der Öffnungszustand der Senkbremsventile nicht eindeutig ist. In diesem Fall entspricht die ausgeführte Bewegung nicht der Vorgabe durch den Steuerhebel. Hierdurch sind das Ansprechverhalten und die Genauigkeit insbesondere bei kleinen Verschwenkgeschwindigkeiten erheblich beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Manipulator anzugeben, der die beschriebenen Nachteile behebt und eine einfache Bedienung und ein hervorragendes Ansprechverhalten ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Manipulator gemäß Anspruch 1 . Dadurch, dass die Steuereinheit einen Fahrbefehl, der eine gewünschte Bewegung der Mastspitze des Knickmastes oder eines daran angebrachten Endschlauchs angibt, beispielsweise in Richtung kartesischer oder Polar-Koordinaten, wobei der Fahrbefehl durch eine Verstellung des Steuerhebels in wenigstens eine Stellrichtung erzeugbar ist, in Bewegungsvorgaben für die Antriebsaggregate umsetzt und die Antriebsaggregate mittels jeweils eines elektrisch angesteuerten Proportionalventil betätigbar sind, welches mit hydraulischen Arbeitsleitungen des jeweiligen Antriebsaggregates zu dessen Ansteuerung verbunden ist, und mindestens ein Proportionalventil direkt an oder in unmittelbarer Nähe zu den zu steuernden Antriebsaggregaten angeordnet ist, lässt sich ein Manipulator realisieren, der ein hervorragendes Ansprechverhalten gewährleistet. Das mindestens eine Proportionalventil ist direkt an einem zugeordneten, zu steuernden Antriebsaggregat, d.h. am Anbringungsort des Antriebsaggregates, angeordnet. So kann das mindestens eine Proportionalventil an dem zu steuernden Antriebsaggregat derart angeordnet sein, dass das Proportionalventil zusammen mit dem Antriebsaggregat am Mastsegment des Knickmastes seine Position gegenüber dem Drehschemel bzw. der Betonpumpe ändert. Durch die direkte Anordnung des Proportionalventils an dem zugeordneten, zu steuernden Antriebsaggregat kann die Länge der Arbeitsleitungen zwischen dem Proportionalventil und dem Antriebsaggregat deutlich reduziert werden, wodurch das Ansprechverhalten des Manipulators verbessert wird und sich dieser agiler und dynamischer verfahren lässt.

Der Effekt, den die Erfindung bewirkt ist am stärksten ausgeprägt, wenn alle Proportionalventile in der Nähe der zu steuernden Antriebsaggregate angeordnet sind. Es ist aber schon mit der Anordnung mindestens eines Proportionalventiles in der Nähe eines zu steuernden Antriebsaggregates oft schon eine sehr deutliche Verbesserung des Ansprechverhaltens des Manipulators gegeben. Je mehr Proportionalventile in der Nähe der zu steuernden Antriebsaggregate angeordnet sind, desto besser ist letztendlich aber das Ansprechverhalten des Manipulators auf Steuerbefehle.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Fahrbefehl eine gewünschte Bewegung der Mastspitze des Knickmastes oder eines daran angebrachten Endschlauchs in Richtung kartesischer oder Polar- Koordinaten angibt. Hierdurch ist eine besonders einfache Bedienung des Manipulators möglich.

Besonders vorteilhaft ist, dass das mindestens eine Proportionalventil mit einem Schrittmotor ansteuerbar ist. Hierdurch lässt sich ein Manipulator realisieren, der ein hervorragendes Ansprechverhalten der Mastsegmente gewährleistet. Zudem sind mit einem Schrittmotor ansteuerbare Proportionalventile deutlich leichter und kleiner als ähnlich leistungsfähige konventionelle Ventile mit Proportionalmagneten, was eine deutliche Gewichtseinsparung und eine Reduzierung des erforderlichen Bauraums ermöglicht. Aufgrund der besonders geringen Größe und des geringen Gewichts des mindestens einen Proportionalventils eignet sich dieses besonders für einen dezentralen hydraulischen Steuerkreis.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Proportionalventil ein Gehäuse aufweist, welches einen Ventilkolben, eine Rückstellfeder und den Schrittmotor enthält. Ein derartiges Proportionalventil ist einfach und störungsunanfällig aufgebaut, was insbesondere beim Einsatz in Manipulatoren von besonderem Vorteil ist. Insbesondere wenn das Proportionalventil direkt an dem zugeordneten, zu steuernden Antriebsaggregat angeordnet ist, wo das Proportionalventil für Reparaturen schlecht erreichbar sein kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zur Lasthaltefunktion verwendete Ventile als hydraulische entsperrbare Rückschlagventile ausgebildet sind. Dies bietet insbesondere für die Umsetzung einer aktiven Schwingungsdämpfung große dynamische Vorteile, da diese Ventile ein besonders gutes Ansprechverhalten bieten.

Weiter vorteilhaft ist eine mögliche Ausgestaltung, bei der die Stellung der Rückschlagventile unabhängig von der Stellung des mindestens einen direkt an einem zugeordneten, zu steuernden Antriebsaggregat angeordneten Proportionalventils durch die erste Steuereinheit und oder eine weitere Steuereinheit veränderbar ist. Hierdurch ist es möglich, das Ansprechverhalten des Großmanipulators, insbesondere bei der Realisierung der Lasthaltefunktion, deutlich zu verbessern. Es hat sich gezeigt dass eine elektronische Ansteuerung der Rückschlagventile einen definierten Öffnungszustand auch bei kleinen Verschwenkgeschwindigkeiten in den Knickgelenken sicherstellt. Von besonderem Vorteil ist, wenn der Manipulator einen zu dem mindestens einen Proportionalventil parallelen hydraulischen Notkreis aufweist, wobei der Notkreis bevorzugt zumindest ein steuerbares Schaltventil, welches direkt an oder in unmittelbarer Nähe zu dem zu steuerndem Antriebsaggregat angeordnet ist und vorzugsweise über eine eigene Druckversorgungsleitung versorgt ist, sowie hydraulisch entsperrbare Rückschlagventile oder Senkbremsventile zum Erreichen einer Lasthaltefunktion enthält. Hierdurch lässt sich der Manipulator auch noch bei Ausfall des Proportionalventils steuern.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der die Steuereinheit zur aktiven Schwingungsdämpfung eingerichtet ist, wobei die Steuereinheit Ansteuersignale für die Antriebsaggregate zur Dämpfung von Schwingungen des Knickmastes erzeugt. Dies hat besondere Vorteile bei der Bedienung des Manipulators, da Schwingungen des Knickmastes durch eine direkte Ansteuerung des mindestens einen Proportionalventils durch die Steuereinheit gegenüber dem Stand der Technik besser gedämpft werden können. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umsetzung der Bewegungsvorgaben in Ansteuersignale für das mindestens eine direkt an einem zugeordneten, zu steuernden Antriebsaggregat angeordnete Proportionalventil durch eine lokale Steuereinheit erfolgt. Hierdurch wird der elektrische Verkabelungsaufwand bzw. die Auslastung des verwendeten BUS- Systems wesentlich reduziert.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnungen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den folgenden Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Einander entsprechende Gegenstände sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

Figur 1 einen erfindungsgemäßen Manipulator und

Figur 2 einen Schaltplan eines Steuerkreises für ein hydraulisches Antriebsaggregat des Manipulators.

In Figur 1 schematisch dargestellt ist ein erfindungsgemäßer Manipulator 1 , insbesondere Großmanipulator für Autobetonpumpen, mit einem ausfaltbaren Knickmast 2, der einen um eine Hochachse 4 drehbaren Drehschemel 5 und eine Mehrzahl von Mastsegmenten 6, 6a, 6b, 6c aufweist. Die Mastsegmente 6, 6a, 6b, 6c sind an Knickgelenken 7, 7a, 7b jeweils um Knickachsen gegenüber einem benachbarten Mastsegment 6, 6a, 6b, 6c oder dem Drehschemel 5 mittels je eines Antriebsaggregates 1 1 (Fig. 2) begrenzt verschwenkbar. Mit einem Steuerhebel 8 an einer Fernsteuereinrichtung 9, der in mehrere Stellrichtungen verstellbar ist, lassen sich Bewegungsvorgaben an eine zentrale Steuereinheit 10 übermitteln. Dies kann beispielsweise eine gewünschte Bewegung der Mastspitze 3 des Knickmastes 2 oder eines daran angebrachten Endschlauchs sein. Hierzu wird der Steuerhebel 8 in eine Stellrichtung verstellt und die zentrale Steuereinheit 10 empfängt den generierten Fahrbefehl. Die zentrale Steuereinheit 10 setzt den Fahrbefehl in Bewegungsvorgaben für die einzelnen Antriebsaggregate 1 1 (Fig. 2) um. Hierfür wird von der zentralen Steuereinheit 10 die messtechnisch erfasste Stellung des Manipulators 1 , was beispielsweise durch Neigungssensoren an den Mastsegmenten 6, 6a, 6b, 6c oder Drehwinkelsensoren in den Knickgelenken 7, 7a, 7b umgesetzt sein kann, verarbeitet.

Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrohydraulischen Steuerkreises 17 zum Ansteuern eines hydraulisch betätigten Antriebsaggregates 1 1 , mittels dessen ein Mastsegment 6, 6a, 6b, 6c (Fig. 1 ) des Manipulators 1 (Fig. 1 ) hinsichtlich seiner Orientierung verstellbar ist, mit einem elektrisch angesteuerten Proportionalventil 12, welches mit den hydraulischen Arbeitsleitungen 13, 14 des Antriebsaggregates 1 1 zu dessen Ansteuerung verbunden ist. Zur besseren Übersicht ist in Figur 2 lediglich der Steuerkreis 17 für ein Antriebsaggregat 1 1 gezeigt, wobei an mindestens einem Knickgelenk bzw. in der in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an jedem Knickgelenk, je ein Antriebsaggregat 1 1 mit eigenem Steuerkreis 17 vorgesehen ist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand dieser bevorzugten Ausführungsform beschrieben. Mischformen, bei denen einzelne Proportionalventile für einige Knickgelenke Teil eines zentralen hydraulischen Steuerblocks gemäß dem Stand der Technik sind und die übrigen Proportionalventile am oder in der Nähe zum Antriebsaggregat angeordnet sind, sind möglich und verbessern die Steuerbarkeit des Manipulators. Die den einzelnen Anthebsaggregaten 1 1 zugeordneten Proportionalventile 12 sind auf der ersten Druckversorgung (P1 ) 24 und auf dem ersten Rücklauf (T1 ) 25 parallel zueinander angeordnet. Das Proportionalventil 12 ist mit einem Schrittmotor 15 ansteuerbar, wobei das Proportionalventil 12 ein Gehäuse aufweist, welches einen Ventilkolben, eine Rückstellfeder und den Schrittmotor 15 enthält. Die Ansteuerung des Ventilkolbens am Proportionalventil 12 erfolgt über eine Zahnstange mittels des Schrittmotors 15. An dem Schrittmotor 15 ist eine Überwachungseinheit zur Überwachung der von dem Schrittmotor 15 durchgeführten Stellschritte vorgesehen. Um nachvollziehen zu können, in welcher Stellung sich das Proportionalventil 12 befindet, ist zudem ein Speicher vorgesehen für die Speicherung der durchgeführten Stellschritte des Schrittmotors 15. Die Ansteuerung mittels Schrittmotor 15 ermöglicht eine präzise Einstellung des Proportionalventils 12 unabhängig von den auftretenden Strömungskräften, was eine besonders genaue Steuerung des Antriebsaggregates 1 1 ermöglicht und das Ansprechverhalten des Manipulators 1 (Fig. 1 ) nachhaltig verbessert.

In Figur 2 ist weiterhin das elektrisch angesteuerte Proportionalventil 12 erkennbar, mit welchem das Antriebsaggregat 1 1 , insbesondere der Hydraulikzylinder, verfahren werden kann, indem das Proportionalventil 12 die dem Antriebsaggregat 1 1 zugeordneten Arbeitsleitungen 13, 14 mit einer Druckdifferenz beaufschlagt. Hierfür werden die Arbeitsleitungen 13, 14 wahlweise jeweils mit einer ersten Druckversorgung (P1 ) 24 oder einem ersten Rücklauf (T1 ) 25 durch das Proportionalventil 12 verbunden. Die Ansteuerung des Proportionalventils 12 erfolgt über einen zugeordneten Schrittmotor 15 durch eine lokale elektronische Steuereinrichtung ECU (electronic control unit) 10a. Diese überwacht und steuert den Zustand des lokalen elektrohydraulischen Steuerkreises 17 samt zugehörigem Antriebsaggregat 1 1 , ermöglicht die Implementierung komplexer Algorithmen, bietet eine Schnittstelle zur Kommunikation nach außen über ein BUS-System (beispielsweise CAN) sowie die Möglichkeit, eine Vielzahl von Sensoren, wie z.B. Neigungssensoren an den Mastsegmenten, Drehwinkelsensoren in den Knickgelenken oder Drucksensoren zur Erfassung der Drücke in den Arbeitsleitungen mit dieser zu verbinden. Außerdem empfängt die Steuereinrichtung 10a die durch die zentrale Steuereinrichtung 10 (Fig. 1 ) übermittelte Bewegungsvorgabe, welche von der zentralen Steuereinrichtung 10 (Fig. 1 ) anhand des durch die Verstellung des Steuerhebels 8 (Fig. 1 ) generierten Fahrbefehls berechnet wird, für das zugehörige Antriebsaggregat und verarbeitet diesen in ein Ansteuersignal für das Proportionalventil 12, wobei dieses hierdurch geschaltet wird und das Antriebsaggregat 1 1 betätigt. Abhängig von der Stellung des Proportionalventils 12 wird ein der Druckversorgung (P1 ) 24 zugeordneter Versorgungsdruck auf eine Arbeitsleitung 13 oder 14 des zugeordneten Antriebsaggregates 1 1 geschaltet. Die Sperrventile 16, 16a erfüllen eine Lasthaltefunktion, wenn sich der Steuerkreis 17 in einem inaktiven Zustand oder sicheren Zustand befindet. Diese Sperrventile 16, 16a sind als hydraulisch entsperrbare Rückschlagventile 16, 16a ausgebildet, welche unabhängig von der Stellung des Proportionalventils 12 durch die lokale Steuereinrichtung 10a geöffnet und geschlossen werden können. Das Sperrventil 23 hat ebenfalls eine Sicherheitsfunktion, insbesondere verhindert es ein Aufdrücken der Sperrventile bzw. Rückschlagventile 16, 16a im Falle eines klemmenden Ventilkolbens außerhalb der Mittellage im Proportionalventil 12. Darüber hinaus werden mit den Sensoren 18, 18a, 18b der Versorgungsdruck der Zuleitung P1 , durch Sensor 18, im aktiven Zustand des elektrohydraulischen Steuerkreises 17 und die Drücke in den Arbeitsleitungen 13, 14, durch Sensoren 18a, 18b, zu dem hydraulischen Antriebsaggregat 1 1 gemessen. Diese Messungen werden von der lokalen Steuerung 10a zur Ermittlung jener Sollstellung des Proportionalventils 12 herangezogen, welche quasistatisch zu einem gewünschten Volumenstrom bzw. der Umsetzung der von der zentralen Steuerung 10 übermittelten Bewegungsvorgabe für das hydraulischen Antriebsaggregat 1 1 führt. Der elektrohydraulische Steuerkreis 17 umfasst in der dargestellten Ausführung außerdem einen optionalen dem Proportionalventil 12 parallel geschalteten hydraulischen Notkreis für den Notbetrieb. Dieser Notkreis ermöglicht ein Verfahren des Antriebsaggregates 1 1 bei Ausfall der dem Proportionalventil 12 zugeordneten (vor- bzw. nachgeschalteten) Bauteile. Jedem Proportionalventil 12 zur Steuerung eines Antriebsaggregates 1 1 ist vorzugsweise ein eigener Notkreis zugeordnet. Der Notkreis umfasst ein Steuerventil 21 zur Steuerung der Verfahrrichtung des Antriebsaggregates 1 1 im Notbetrieb sowie zwei gegenseitig verkoppelte Ventile 20, 20a, welche als hydraulisch entsperrbare Rückschlagventile oder Senkbremsventile 20, 20a in klassischer Verschaltung ausgeführt sind. Mit den nachgeschalteten einstellbaren Drosseln 19, 19a kann die Verfahr- geschwindigkeit im Notbetrieb begrenzt werden. Das Antriebsaggregat 1 1 , insbesondere der Hydraulikzylinder, kann so im Notbetrieb verfahren werden, indem das Steuerventil 1 1 für den Notbetrieb die dem Antriebsaggregat 1 1 zugeordneten Arbeitsleitungen 13, 14 mit einer Druckdifferenz beaufschlagt. Hierfür werden die Arbeitsleitungen 13, 14 wahlweise jeweils mit einer zweiten Druckversorgung (P2) 26 oder einem zweiten Rücklauf (T2) 27 von dem Steuerventil 21 verbunden. Im Notbetrieb erfolgt die Druckversorgung des Antriebsaggregates 1 1 vorzugsweise über die separate Druckversorgung (P2) 26 und den separaten Rücklauf (T2) 27, sodass bei einer Undichtigkeit der Druckversorgung (P1 ) 24 oder des Rücklaufs (T1 ) 25 weiterhin eine Steuerung des Antriebsaggregates 1 1 möglich ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass bei Ausfall der regulären Maststeuerung samt Proportionalventil 12 der Mast 2 (Fig. 1 ) noch verfahren werden kann, um beispielsweise den Mast 2 (Fig. 1 ) einzufahren und gegebenenfalls den Restbeton aus der Betonpumpe und den Förderrohren herauszupumpen. Die jedem Proportionalventil 12 zugeordneten Steuerventile 21 sind auf der separaten Druckversorgung (P2) 26 und auf dem separaten Rücklauf (T2) 27 parallel zueinander angeordnet. Die lokale elektronische Steuereinrichtung 10a überwacht zudem den Zustand und das Verhalten des Steuerkreises 17 mittels der zur Verfügung stehenden Sensoren. Sobald die lokale elektronische Steuereinrichtung 10a einen Fehler erkennt, schaltet sie den Steuerkreis 17 automatisch in einen sicheren Zustand.

Alternativ könnten die Aufgaben der lokalen Steuereinheiten 10a direkt von der zentralen Steuereinheit 10 übernommen werden, sodass auf die lokalen Steuereinheiten 10a verzichtet werden kann. Dies hat jedoch den Nachteil, dass der elektrische Verkabelungsaufwand bzw. die Auslastung des verwendeten BUS-Systems wesentlich erhöht wird. Denkbar wäre es auch im Sinne eines Kompromisses, mehrere lokale Steuereinheiten zusammenzufassen, sodass diese die Steuerung von jeweils mehr als einem Antriebsaggregat übernehmen. Weiter vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der die Rückschlagventile einen definierten Öffnungszustand schalten. Mittels dieses definierten Öffnungszustands lässt sich der Manipulator auch bei kleinen Verschwenkgeschwindigkeiten in den einzelnen Knickgelenken einfach und sicher durch den Benutzer am Steuerhebel bedienen.

Durch die Minimierung und Verkürzung der hydraulischen Arbeitsleitungen zwischen den Proportionalventilen 12 und dem hydraulischen Antriebsaggregat 1 1 und dem definierten Öffnungszustand der Ventile 16, 16a für die Lasthaltefunktion, welcher unabhängig von der Stellung des Proportionalventils 12 sowie der auftretenden Druckverhältnisse ist, wird für die einzelnen Antriebsaggregate 1 1 ein optimales Ansprechverhalten mit minimierter Verzögerungszeit zwischen der Verstellung des Steuerhebels 8 in eine Stellrichtung und der Ausführung einer Bewegung durch die Antriebsaggregate 1 1 erreicht. Insbesondere ist diese Verzögerungszeit für alle Antriebsaggregate 1 1 des Knickmasts 2 näherungsweise identisch, sodass bei der Einleitung einer Bewegung des Knickmastes 2 mit gleichzeitiger Betätigung mehrerer Antriebsaggregate 1 1 die Bewegung sehr präzise umgesetzt werden kann, ohne dass zu Beginn der Bewegung unerwünschte Verschwenkbewegungen des Knickmastes 2 in nicht beabsichtigte Richtungen erzeugt werden.

Bezuaszeichenliste Manipulator

Knickmast

Mastspitze

Hochachse

Drehschemel

6a ,6b, 6c Mastsegmente

7a, 7b Knickgelenke

Steuerhebel

Fernsteuereinrichtung

10 Zentrale Steuereinheit

10a - Lokale Steuereinheit(en)

1 1 Antriebsaggregat

12 Proportionalventil

3 Arbeitsleitung A

14 Arbeitsleitung B

15 Schrittmotor

16 16a Lasthalt-/Sperrventile

17 Steuerkreis 18 18a, 18b Drucksensoren

19 19a einstellbare Drosseln

20 20a Senkbrems-(Rückschlag-)ventile

21 Steuerventil

22 Freigabeventil

23 Sperrventil

24 Druckversorgung (Nornnalbetrieb)

25 Rücklauf (Nornnalbetrieb)

26 Druckversorgung (Notbetrieb) 27 Rücklauf (Notbetrieb)