Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hydraulischen Steuerung eines meh- rere Mastarme umfassenden Betonverteilermasts, bei welchem zum An- trieb der gelenkig miteinander verbundenen Mastarme ausgebildete hyd- raulische Antriebszylinder über eine Hydraulikschaltung angesteuert wer- den, wobei über eine Hydraulikpumpe der Hydraulikschaltung ein Versor- gungsdruck geliefert wird, und in den Antriebszylindern durch jeweils min- destens einen Druckaufnehmer ein Drucksignal erfasst wird. Die Erfindung betrifft weiter ein System zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Aus der DE 10 2005 035 981 A1 ist eine hydraulische Schaltungsanordnung bekannt, bei der für eine Anfahrphase eines Betonverteilermasts eine auf den Lastdruck ansprechende Steuergruppe mit einem Schaltventil vorgese- hen, die unterhalb eines vorgegebenen Mindestwerts des Lastdrucks ein Verstellorgan der Hydraulikpumpe in seine Position für maximalen Förder- strom bringt. Die Abgriffe für die durch hydraulische Steuerleitungen über- mittelten Lastdrücke befinden sich dabei jeweils auf der Verbraucherseite von Proportionalventilen zur Ansteuerung der Antriebszylinder, wobei die über eine Wechselventilkette weitergemeldet werden. Da an den Antriebs- zylindern so genannte Lasthalteventile vorgesehen sind, sind die erfassten Lastdrücke zunächst gleich Null. Je höher nun die feste Vorgabe für das Schaltventil eingestellt wird, desto höher ist der Systemdruck über eine län- gere Zeit, woraus ein entsprechender Energieverlust resultiert.

Bei aktuellen Steuersystemen für Betonverteilermasten, wie sie von der An- melderin als so genannte EBC-Steuerung (Ergonic Boom Control) vertrie- ben werden, kann der Bediener mit einem Joystick einer Fernbedienung alle Mastarme rechnergestützt gleichzeitig ansteuern, so dass gezielte Be- wegungen in einem Maschinenkoordinatensystem ohne besonderen Hand- habungsaufwand möglich sind. Hierfür werden Drucksignale direkt in den Antriebszylindern erfasst. Beispielsweise könnte sich der Mast in einer bo- genförmigen Stellung befinden, so dass zum horizontalen Bewegen der Mastspitze bzw. des Endschlauchs einzelne Mastarme angehoben und an- dere abgeknickt werden müssen. In diesem gekoppelten Betrieb reagieren bedingt durch den benötigten Druckaufbau die stellungsbedingt niedrigbe- lasteten Mastarm- bzw. Antriebszylinder früher als Antriebszylinder mit hö- herer Last. Dadurch kann der Mast zu Schwingungen angeregt werden und die Bahnkurve der Mastspitze unerwünscht beeinflusst werden.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Verfahren und Systeme zur Maststeuerung weiter zu verbessern und eine möglichst rasche gezielte Druckanpassung insbe- sondere für eine Verbesserung der Bahnkurve bei der Mastbewegung an- zugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 bzw. 15 angege- bene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen An- sprüchen.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, an den bzw. allen Antriebszy- lindern direkt abgegriffene Druckmesswerte als elektrisch übermittelte Sig- nale für eine elektronische Vorsteuerung des Versorgungsdrucks zu nut- zen. Dementsprechend wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der höchste Druck in den Antriebszylindern aus den Drucksignalen ermittelt wird, und dass der Versorgungsdruck nach Maßgabe des höchsten Drucks durch eine elektronische Steuereinheit angepasst wird. Durch die elektri- sche Signalübertragung werden Totzeiten bzw. Laufzeiteffekte in hydrauli- schen Steuerketten vermieden, während durch die elektronische Steuerein- heit der von der aktuellen bzw. momentanen Maststellung abhängige Ver- sorgungsdruck zielgenau als variable Stellgröße eingestellt werden kann. Daraus resultieren insbesondere in der Anfahrphase genauere Bahnkurven und verminderte Schwingungen, ohne dass ein Überschuss an hydrauli- scher Energie erforderlich ist.

Zur Vermeidung eines verzögerten Druckaufbaus ist es weiter von Vorteil, wenn die Drucksignale als elektrische Signale über elektrische Signalleitun- gen von den Druckaufnehmern an die elektronische Steuereinheit übertra- gen werden. Die bspw. als piezoresistiver oder Dehnungs-messender Druckmessumformer arbeitenden Druckaufnehmer wandeln dabei die phy- sikalische Messgröße Druck in ein elektrisches Signal, insbesondere ein Standard-Bussignal bspw. für einen CAN-Bus um.

Um hydraulische Signalleitungen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die Drucksignale jeweils an der Bodenseite und/oder der Stangenseite der An- triebszylinder direkt abgegriffen werden.

Für eine elektronische Signalverarbeitung ist es vorteilhaft, wenn die elektri- schen Drucksignale an einen insbesondere durch eine elektronische Schal- tung oder Software gebildeten Vergleicher der Steuereinrichtung übertra- gen werden.

Für eine indirekte Anpassung des Versorgungsdrucks ist es vorteilhaft, wenn der Versorgungsdruck durch ein an einer Speiseleitung der Hydrau- likpumpe insbesondere über eine Abzweigleitung angeschlossenes, regel- bares Druckbegrenzungsventil als Stellglied angepasst wird. Um auch hier Laufzeiteffekte zu vermeiden und eine feinfühlige Druckein- stellung zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn das Druckbegrenzungs- ventil über eine elektrische Steuerleitung insbesondere mittels eines Mag- neten betätigt wird.

In einer einfachen Schaltungsvariante ist es vorgesehen, dass die Hydrau- likpumpe als Konstantpumpe ausgebildet ist.

Alternativ ist es auch möglich, dass der Versorgungsdruck durch Regelung einer als Verstellpumpe ausgebildeten Hydraulikpumpe über einen hydrau- lischen oder elektrischen Pumpenregler angepasst wird.

Um eine hinreichende Versorgung aller hydraulischen Verbraucher zu ge- währleisten, sollte der Versorgungsdruck auf den Wert des höchsten Drucks oder einen um einen vorgegebenen Betrag darüberliegenden Wert einge- stellt werden.

Die elektronische Ansteuerung lässt sich variabel darauf anpassen, dass der jeweilige Druck in den Antriebszylindern durch die momentane bzw. ak- tuelle Stellung der Mastarme beeinflusst wird, wobei insbesondere eine An- fahrstellung berücksichtigt werden kann.

Um einen robusten Betrieb zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn der Ver- sorgungsdruck nach einer Anfahrphase des Betonverteilermasts insbeson- dere durch einen Load-Sensing-Regler unabhängig von den Drucksignalen der Druckaufnehmer eingestellt wird.

Für eine möglichst exakte Mastbewegung ist es günstig, wenn die Antriebs- zylinder über jeweils ein zugeordnetes Stellglied der Hydraulikschaltung, insbesondere ein Proportional-Wegeventil mit einem von dem Versor- gungsdruck abgeleiteten Arbeitsdruck beaufschlagt werden. Eine weitere Erhöhung des Gebrauchsnutzens ergibt sich dadurch, dass die Bewegung der Mastarme des Betonverteilermasts nach Vorgabe von Fahrbefehlen rechnerunterstützt koordiniert wird.

Günstig ist es auch, wenn am Anfang einer Bewegungsphase, insbeson- dere beim Anfahren des Betonverteilermasts aus den Drucksignalen der höchste Druck ermittelt wird. Im Hinblick auf ein Steuerungssystem wird vorgeschlagen, dass eine elekt- ronische Steuereinheit dazu ausgebildet ist, zumindest beim Anfahren des Betonverteilermasts aus den Drucksignalen einen höchsten Druck zu ermit- teln und den Versorgungsdruck nach Maßgabe des höchsten Drucks anzu- passen. Daraus ergeben sich Systemvorteile analog zu den eingangs er- läuterten vorteilhaften Wirkungen.

Um eine rasche Signalübertragung direkt von den Antriebszylindern an die Steuereinheit zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn die Druckaufnehmer ausgangsseitig über elektrische Signalleitungen an die Steuereinheit ange- schlossen sind.

Vorteilhafterweise besitzt die Steuereinheit einen mit den Drucksignalen be- aufschlagten Vergleicher zur Ermittlung des höchsten Drucks, so dass auf aufwendige hydraulische Ventilketten für einen Druckvergleich verzichtet werden kann.

Eine flexible Anpassung wird dadurch ermöglicht, dass die Steuereinheit eine Auswerteroutine zur Ermittlung eines Sollwerts des Versorgungs- drucks in Abhängigkeit von dem höchsten Druck aufweist. Ein weiterer Systemvorteil ergibt sich dadurch, dass die Steuereinheit einen hydraulischen oder elektrischen Pumpenregler oder ein an einer Speiselei- tung der Flydraulikpumpe angeschlossenes, regelbares Druckbegren- zungsventil zur Anpassung des Versorgungsdrucks aufweist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Autobetonpumpe mit einem durch hydraulische Antriebszy- linder an seinen Mastarmen bewegbaren Betonverteilermast in ei- ner Seitenansicht,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Systems zur Ansteuerung des Betonver- teilermasts unter lastdruckabhängiger Anpassung des Versor- gungsdrucks;

Fig. 3 eine Flydraulikschaltung mit einer Konstantpumpe und einem last- druckabhängig angesteuerten Druckbegrenzungsventil. Die in Fig. 1 in einer abgestützten Arbeitsstellung gezeigte Autobetonpumpe 10 umfasst ein Fahrzeug 12 und einen damit transportierbaren Betonvertei- lermast 14, dessen gelenkig miteinander verbundene Mastarme 16 mittels jeweils eines hydraulischen Antriebszylinders 18 um ein jeweiliges Gelenk 20 schwenkbar sind, so dass ein Endschlauch 22 zum Ausbringen von Be- ton im Arbeitsraum positionierbar ist.

Fig. 2 zeigt ein Steuerungssystem 24 für den Betonverteilermast 14. Dieses umfasst Stellglieder 26 für die doppeltwirkenden hydraulischen Antriebszy- linder 18 und für einen Drehantrieb 28 zur Mastdrehung um eine Fahrzeug- hochachse, eine rechnerunterstützte Fernbedieneinheit 30 zur Betätigung der Stellglieder 26 unter Kontrolle eines Maschinisten, einer eine Hydraulik- pumpe 32 enthaltenden Hydraulikschaltung 34 zur hydraulischen Ansteue- rung der Antriebszylinder 18 über deren Stellglieder 26 und eine elektroni- schen Steuereinrichtung 36 zur lastabhängigen Anpassung des von der Hydraulikpumpe 32 gelieferten Versorgungsdrucks zumindest beim Anfah- ren des Betonverteilermasts 14.

Zu diesem Zweck ist jeder Antriebszylinder 18 mit boden- und stangensei- tigen Druckaufnehmern 38 versehen, deren Drucksignale als elektrische Ausgangssignale über elektrische Signalleitungen 40 einem Vergleicher 42 der Steuereinrichtung 36 zugeführt werden. Dieser ist dazu ausgebildet, den höchsten Druckwert aus den Drucksignalen zu ermitteln und an eine Auswertestufe 44 der Steuereinrichtung 36 weiterzuleiten. In der Auswerte- stufe 44 kann daraus ein Sollwert des Versorgungsdrucks bestimmt wer- den, wobei ggf. der ermittelte höchste Druckwert noch um einen vorgege- benen Betrag erhöht wird. Um den Versorgungsdruck auf diesen Sollwert einzustellen, ist ein Druckstellglied 46 vorgesehen, das durch die Steuer- einrichtung 36 über eine Steuerleitung 48 ansteuerbar ist.

In der in Fig. 2 gezeigten Ausführung umfasst der Druckregler 46 ein Druck- begrenzungsventil 50, dessen Eingang über eine Abzweigleitung 52 an eine ausgangsseitige Speiseleitung 54 der Hydraulikpumpe 32 angeschlossen ist. Die Ventilbetätigung erfolgt über einen Proportionalmagnetspule 56 am Ende der Steuerleitung 48. Der Ausgang des Druckbegrenzungsventils 50 ist über eine Rückführleitung 58 an den Tank 60 angeschlossen.

Der Versorgungs- bzw. Lieferdruck der als Verstellpumpe ausgebildeten Hydraulikpumpe 32 wird über die Hydraulikschaltung 34 parallel auf die Stellglieder 26 verteilt. Diese basieren auf Proportionalwechselventilen, die sich boden- oder stangenseitig auf die Antriebszylinder 18 aufschalten las- sen und in ihrer Nullstellung für eine hydraulische Verriegelung sorgen, so dass die Mastarme 16 in einer gegebenen Stellung verharren und die Hyd- raulikpumpe 32 nicht stetig unter Volllast arbeiten muss.

Der jeweilige Druck in den Antriebszylindern 18 wird durch die momentane Stellung der Mastarme 16 beeinflusst und ist damit unterschiedlich hoch. Beispielsweise benötigt der fahrzeugnahe erste Antriebszylinder 18 in Fig. 1 für das Aufrichten den größten Druck, während der letzte Antriebszylinder vor dem Mastende für das Abknicken weniger Druck braucht. Der Hydrau- likdruck kann aber nicht sprungartig bereitgestellt werden, sondern baut sich über eine gewisse Zeit auf.

Wenn nun der Betonverteilermast 14 aus einer gegebenen Stellung ange- fahren werden soll, sorgt das automatische Steuerungssystem 24 selbsttä- tig dafür, dass der aktuell maximal erforderliche Versorgungsdruck bereit- gestellt wird. Hierfür werden die als elektrische Signale bzw. Stromsignale bereitgestellten Messsignale der Druckaufnehmer 38 in dem Vergleicher 42 verarbeitet, um den höchsten benötigten Druck elektronisch bzw. digital zu ermitteln. Die Auswertestufe 44 sorgt als Teil eines Mikroprozessors für die entsprechende Bestromung der Proportionalmagnetspule 56 des Druckbe- grenzungsventils 50 zur Einstellung des höchsten benötigten Drucks als Vorspanndruck. Damit können alle Antriebszylinder 18 gleichzeitig angefah- ren werden, weil keiner für seinen erforderlichen Arbeitsdruck während ei- ner gewissen Totzeit unterversorgt bleibt. Nach dieser Anfahrphase sind Laufzeiteffekte in der Kette von Stellgliedern 26 eher untergeordnet und es steht genügend Hydrauliköl zur Verfügung, so dass ggf. die Druckregelung außer Funktion gesetzt werden kann.

Anstelle der indirekten Drucksteuerung mittels eines regelbaren Druckbe- grenzungsventils 50 ist es auch denkbar, dass die Steuereinheit 36 über eine Steuerleitung 48‘ und einen nicht gezeigten Pumpenregler direkt auf den Schwenkwinkel einer Verstellpumpe 32 wirkt, um einen gewünschten Vorspanndruck einzustellen.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Einsatz der Steuerein- richtung 36 in Verbindung mit einer Konstantpumpe 32‘, wobei in dem Schaltplan zur Vereinfachung nur zwei Stellglieder 26 mit ihren Proportio- nalventilen 62 und nachgeordneten hydraulischen Antriebszylindern 18 dar- gestellt sind. Auch dort wird der Lastdruck über Druckaufnehmer 38 ermittelt und an dem Druckbegrenzungsventil 50 über eine Proportionalmagnetspule 56 entsprechend dem höchsten erfassten Druck variabel voreingestellt. So- bald im weiteren Mastbetrieb ein höherer Druck erforderlich wird, schließt das Wegeventil 64, und die Druckübertragung erfolgt hydraulisch über eine Load-Sensing-Leitung 66 an die Druckwaage 68. Dort wird das überschüs- sige Hydrauliköl vom Abzweigpunkt 70 zum Tank 60 abgeleitet. Die Druck- waage 68 weist hierfür ein Schaltventil 72 auf, das an seinem einen feder- vorgespannten Steuereingang mit dem Load-Sensing-Druck und an seinem anderen Steuereingang mit dem Pumpendruck beaufschlagt ist und ent- sprechend in eine Zwischenstellung durchsteuert oder sperrt.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, befinden sich die Abgriffe 74 für die Lastdruck- Übermittlung auf der Versorgungsseite der Proportionalventile 62. Die Wechselventilkette 76 sorgt dafür, dass im Fährbetrieb nur der höchste Lastdruck auf die Load-Sensing-Leitung 66 durchgesteuert wird.

Im Stand-by-Betrieb, also in der gezeigten Mittelstellung der Proportional- ventile 62, sind die Antriebszylinder 18 durch die Lasthalteventile 78 verrie- gelt, und es wird kein Load-Sensing-Signal bereitgestellt. Hier ermöglicht die mit den Druckaufnehmern 38 gekoppelte Steuereinrichtung 36 die er- forderliche Druckvorspannung, um mittels einer elektronischen Mastkontrol- leinrichtung (beispielsweise bekannt als EBC, Ergonic Boom Control) einen Anfahrbefehl in geeignete synchronisierte Schwenkbewegungen der Mast- arme 16 umzusetzen, ohne dass einzelne Antriebszylinder 18 mit geringe- rem Versorgungsdruckbedarf voreilen.