Ein solcher elektrohydraulischer Steuerkreis ist z.B. aus der WO 2014/165888 A1 bekannt. Der hier offenbarte elektrohydraulische Steuerkreis, welcher vorzugsweise in Form eines Hydraulikblockes direkt an den oder in der Nähe der hydraulischen Antriebsaggregate anzubringen ist, hat insbesondere gegenüber klassisch aufgebauten hydraulischen Systemen zur Ansteuerung der hydraulischen Antriebsaggregate mit zentralem Maststeuerblock große dynamische Vorteile zur Umsetzung einer aktiven Schwingungsdämpfung und vereinfacht die Steuerung des Mastes aufgrund eines verbesserten Ansprechverhaltens der einzelnen Mastsegmente. Allerdings ist der hier vorgeschlagene Steuerkreis in Summe wesentlich schwerer und größer als die üblichen Senkbrems- und Druckbegrenzungsventile, welche ansonsten bei einem klassisch aufgebauten System mit zentralem Maststeuerblock an den hydraulischen Antrieben angebracht sind. Dies ist ein Nachteil dieses Ansatzes, da bei der Konstruktion von Manipulatoren, insbesondere Großmanipulatoren für Autobetonpumpen, die Reduzierung von Gewicht eine entscheidende Rolle bei der Erhöhung der Reichweite spielt. Aus diesem Grund ist für die Auswahl der einzelnen Komponenten des Steuerkreises deren Gewicht ein maßgebliches Kriterium. Die Ventile, welche zur proportionalen Steuerung der hydraulischen Antriebe verwendet werden, werden üblicherweise mit Proportionalmagneten verstellt. Dabei kann der Ventilschieber durch die von den Proportionalmagneten generierten Kräfte entweder direkt oder elektrohydraulisch vorgesteuert angetrieben werden. Nachteilig an diesen Ventilen ist jedoch, dass diese aufgrund der Proportionalmagnete verhältnismäßig schwer sind. Insbesondere typische am Markt erhältliche Ventile, welche für Volumenströme über 100 l/min ausgelegt sind, wie es bei Großmanipulatoren zum Teil erforderlich ist, weisen ein Gewicht von etwa 7-8 kg auf. Dies ist für die Umsetzung des vorgeschlagenen elektrohydraulischen Steuerkreises von erheblichem Nachteil. Bei dem in der aus der WO 2014/165888 A1 offenbarten Hydraulikkonzept wird auf die übliche Verwendung von Druckwaagen zur Steuerung des Volumenstroms aufgrund von Gewichts- und Bauraumbetrachtungen sowie deren dynamischen Einflusses verzichtet, sodass der sich einstellende Volumenstrom und damit die Geschwindigkeit des Zylinderkolbens stark von den Druckverhältnissen abhängig sind. Zur Steuerung der Verfahrgeschwindigkeit des Hydraulikzylinders werden alternativ die lokalen Drücke in den Zylinderkammern und der Versorgungsdruck gemessen, um damit jene Ventilstellung zu ermitteln und einzustellen, welche quasistatisch zu der vom Benutzer gewünschten Verfahrgeschwindigkeit führt. Aufgrund dieser Lösungsvariante treten jedoch erhöhte Strömungskräfte an den Ventilen auf, da hier große Volumenströme bei zum Teil großen Druckdifferenzen aufrechtzuerhalten sind. Dies ist ein weiterer Grund für das Erfordernis nach lagegeregelten Ventilen, welche die Strömungskräfte kompensieren können. Bei Ventilen, welche mit Proportionalmagneten angesteuert werden, können diese Effekte jedoch trotz Sensoren zur Lageüberwachung nur unvollständig kompensiert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen elektrohydraulischen Steuerkreis anzugeben bzw. einen Manipulator zu schaffen, der die beschriebenen Nachteile behebt und eine einfache Steuerung und ein optimales Ansprechverhalten der Antriebe bzw. Mastsegmente ermöglicht. Gelöst wird diese Aufgabe durch einen elektrohydraulischen Steuerkreis mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Manipulator gemäß Anspruch 9. Dadurch, dass das Proportionalventil mit einem Schrittmotor angesteuert wird, lässt sich ein elektrohydraulischer Steuerkreis realisieren, der ein optimales Ansprechverhalten der Mastsegmente gewährleistet. Zudem sind mit einem Schrittmotor ansteuerbare Proportionalventile deutlich leichter und kleiner als ähnlich leistungsfähige Ventile mit Proportionalmagneten, was eine deutliche Gewichtseinsparung und eine Reduzierung des erforderlichen Bauraums ermöglicht.

Die Vorteile des optimalen Ansprechverhaltens der Antriebsaggregate und der deutlichen Gewichtseinsparung kommen insbesondere zum Tragen, wenn das Proportionalventil mit dem Schrittmotor dezentral, das heißt am oder in unmittelbarer Nähe zum Antriebsaggregat angeordnet ist. Durch die kurzen hydraulischen Verbindungsleitungen führen die sehr genauen und in kleinen Schritten einstellbaren Stellschritte des Schrittmotors zu einer noch feinfühligeren Ansteuerung der Antriebsaggregate. Bei der üblichen Anordnung der Proportionalventile zur Steuerung der Antriebsaggregate eines Großmanipulators in einem zentral, abseits der Antriebsaggregate angeordnetem, Steuerblock sind die Proportionalventile über relativ lange Hydraulikleitungen mit den Antriebsaggregaten verbunden. Weil bei dieser Anordnung Schlauchbrüche oder ähnliches nicht auszuschließen sind, sind an den Antriebsaggregaten üblicherweise Senkbremsventile angeordnet die ein Absinken des Großmanipulators im Schadensfall verhindern. Diese Senkbremsventile müssen bei Maschinen nach dem Stand der Technik zunächst durch den Hydraulikdruck aufgedrückt werden, bevor eine Reaktion des Antriebsaggregates erfolgen kann, in Verbindung mit den langen Hydraulikleitungen bzw. -Schläuchen führt dies zu einem stark verzögerten Ansprechverhalten der Antriebsaggregate. Bei der Anordnung des Proportionalventils mit dem Schrittmotor an oder in unmittelbarer Nähe zum Antriebsaggregat kann die Hydraulikverschlauchung zwischen dem Proportionalventil und dem Antriebsaggregat entfallen und die Senkbremsventile können durch Rückschlagventile mit einem im Vergleich schnelleren Aufsteuerverhalten ersetzt werden, wodurch die Reaktion des Antriebsaggregates auf Stellbefehle des Proportionalventils weiter verbessert wird. Die Ausführung des Proportionalventils mit einem Schrittmotor ermöglicht zudem eine besonders präzise Steuerung des Ventilkolbens insbesondere im Falle hoher Volumenströme, welche unweigerlich mit hohen Strömungskräften verbunden sind. Sofern die Strömungskräfte nicht die maximal möglichen Haltekräfte des Schrittmotors überschreiten, wird eine angefahrene Position des Ventilkolbens bzw. ein angefahrener Schritt durch den Schrittmotor exakt gehalten.

Dies bietet insbesondere große Vorteile, wenn bei der Steuerung der Verfahrgeschwindigkeit des hydraulischen Antriebsaggregates auf die Verwendung von Druckwaagen verzichtet wird und anstelle dessen anhand der Messung der Druckverhältnisse die Stellung des Ventilkolbens gesteuert wird.

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

Von besonderem Vorteil ist, dass der Schrittmotor einen nicht-selbsthemmenden Schrittmotorantrieb aufweist. Dadurch kann das Proportionalventil bzw. der Ventilkolben von Rückstellfedern in eine Neutral-/Sperrstellung geschoben werden, wenn der Schrittmotor stromlos ist oder nicht angesteuert wird oder ausgefallen ist.

Weiter vorteilhaft ist, dass über Drucksensoren eine Stellung des Proportionalventils ermittelt wird, die zu einer gewünschten Verfahr- geschwindigkeit des Antriebsaggregates führt. Durch die Messung der Drücke mit den Drucksensoren wird also jene Stellung des Proportionalventils ermittelt und entsprechend angesteuert, welche zu einem gewünschten Volumenstrom bzw. einer gewünschten Verfahrgeschwindigkeit des hydraulischen Antriebsaggregats führt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das 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 es für Reparaturen unter Umständen schlecht erreichbar ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Ansteuerung des Ventilkolbens über eine Zahnstange, insbesondere über ein Getriebe mit Zahnrad und Zahnstange, erfolgt. Eine derartige Ansteuerung des Ventilkolbens ermöglicht eine besonders genaue Einhaltung der Position des Ventilkolbens im Proportionalventil. Aus diesem Grund kann die Ansteuerung des Antriebsaggregates besonders genau erfolgen, was zu einer deutlichen Verbesserung des Ansprechverhaltens von Mast bzw. Mastsegment führt. Weiter vorteilhaft ist, dass der Schrittmotor eine Überwachungseinheit zur Überwachung der vom Schrittmotor durchgeführten Stellschritte aufweist. Eine solche Überwachungseinheit macht eine aufwändige sensorgestützte Überwachung der Ventilkolbenlage überflüssig, wie sie bei Ventilen mit Proportionalmagneten erforderlich ist. Von besonderem Vorteil ist, dass die Überwachungseinheit einen Speicher für die durchgeführten Stellschritte aufweist. Mit einem solchen Speicher gehen die Informationen über die vom Schrittmotor durchgeführten Stellschritte des Ventilkolbens im Proportionalventil nicht verloren.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht weiter vor, dass das Proportionalventil Volumenströme von bis zu 150 l/min regelt und ein Gesamtgewicht von 3 bis 4 kg aufweist. Ein solches Proportionalventil bietet einen großen Gewichtsvorteil gegenüber bekannten ähnlich leistungsfähigen Ventilen. Dieser Gewichtsvorteil wird dabei insbesondere durch den Verzicht auf einen Proportionalmagneten erreicht. Weiter vorteilhaft ist, dass das Proportionalventil eine Gesamtlänge von höchstens 275 mm, vorzugsweise höchstens 265 mm, bei einer Gesamthöhe von höchstens 120 mm, vorzugsweise höchstens 1 10 mm, aufweist. Ein solches Proportionalventil bietet einen großen Vorteil hinsichtlich des notwendigen Bauraums gegenüber bekannten ähnlich leistungsfähigen Ventilen. Dieser Vorteil wird insbesondere durch den Verzicht auf einen Proportionalmagneten erreicht. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schrittmotor eine Schrittweite für die Stellschritte zwischen 20 μιτι und 5 μιτι, vorzugsweise 10 μιτι aufweist. Ein solcher Abstand zwischen zwei Stellschritten des Schrittmotors führt zu einer entsprechenden Schrittweite des Ventilkolbens, sodass eine besonders präzise Ansteuerung der Antriebsaggregate gewährleistet werden kann.

Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Manipulator, insbesondere einen Großmanipulator für Autobetonpumpen, mit einem ausfaltbaren Knickmast, der einen um eine Hochachse drehbaren Drehschemel und eine Mehrzahl von Mastsegmenten aufweist, wobei die Mastsegmente an Knickgelenken jeweils um Knickachsen gegenüber einem benachbarten Mastsegment oder dem Drehschemel mittels je eines hydraulischen Antriebsaggregates begrenzt verschwenkbar sind, wobei ein elektrohydraulischer Steuerkreis gemäß der vorherigen und nachfolgenden Beschreibung zum Steuern wenigstens eines der Antriebsaggregate vorgesehen ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform dieses Manipulators sieht vor, dass das Proportionalventil direkt am oder in unmittelbarer Nähe zum zugeordneten, zu steuernden Antriebsaggregat angeordnet ist. Aufgrund der besonders geringen Größe und des geringen Gewichts des erfindungsgemäßen Proportionalventils eignet sich dieses besonders für einen dezentralen hydraulischen Steuerkreis. So kann das 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 und dabei zuverlässig schaltet. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den folgenden Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen

Steuerkreises. Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrohydraulischen Steuerkreises 1 zum Ansteuern eines hydraulisch betätigten Antriebsaggregates

2, mittels dessen ein nicht gezeigtes Mastsegment eines Manipulators, insbesondere eines Großmanipulators für Autobetonpumpen, hinsichtlich seiner Orientierung verstellbar ist, mit einem elektrisch angesteuerten Proportionalventil

3, welches mit den hydraulischen Arbeitsleitungen 4, 5 des Antriebsaggregates 2 zu dessen Ansteuerung verbunden ist. Das Proportionalventil 3 ist mit einem Schrittmotor 6 ansteuerbar, wobei das Proportionalventil 3 ein Gehäuse aufweist welches einen Ventilkolben, eine Rückstellfeder und den Schrittmotor 6 enthält. Die Ansteuerung des Ventilkolbens am Proportionalventil 3 erfolgt über eine Zahnstange mittels des Schrittmotors 6. An dem Schrittmotor 6 ist eine Überwachungseinheit zur Überwachung der von dem Schrittmotor 6 durchgeführten Stellschritte vorgesehen. Um nachvollziehen zu können, in welcher Stellung sich das Proportionalventil 3 befindet, ist zudem ein Speicher vorgesehen für die Speicherung der durchgeführten Stellschritte des Schrittmotors 6. Die Ansteuerung mittels Schrittmotor 6 ermöglicht eine präzise Einstellung des Proportionalventils 3 unabhängig von den auftretenden Strömungskräften, was eine besonders genaue Steuerung des Antriebsaggregates 2 ermöglicht. Da das durch den Schrittmotor 6 generierte Drehmoment über ein internes Getriebe mit einer Zahnstange als Kraft auf den Ventilkolben übersetzt wird, kann dieser vorteilhafter Weise wesentlich leichter als ein Proportionalmagnet bei gleicher Leistung ausgestaltet sein. Diese Eigenschaft ermöglicht die Konstruktion eines Proportionalventils 3, welches für Volumenströme bis zu 150 l/min ausgelegt ist und dabei lediglich ein Gesamtgewicht von 3-4 kg aufweist. Weiter vorteilhaft ist, dass das Proportionalventil 3 durch den Entfall der Proportionalmagneten sowie des Sensors zur Lageüberwachung wesentlich kompakter gebaut werden kann. Dies ermöglicht die Konstruktion eines Proportionalventils 3 mit den genannten Leistungsdaten mit einer Gesamtlänge von unter 275 mm bei einer Gesamthöhe von unter 120 mm.

Über das elektrisch angesteuerte Proportionalventil 3 kann das als Hydraulikzylinder ausgestaltete Antriebsaggregat 2 verfahren werden, indem das Proportionalventil 3 die dem Antriebsaggregat 2 zugeordneten Arbeitsleitungen 4, 5 mit einer Druckdifferenz beaufschlagt. Hierfür werden die Arbeitsleitungen 4, 5 wahlweise jeweils mit einer ersten Druckversorgung (P1 ) 14 oder einem ersten Rücklauf (T1 ) 15 durch das Proportionalventil 3 verbunden.

Die Ansteuerung des Proportionalventils 3 erfolgt über den zugeordneten Schrittmotor 6 durch eine elektronische Steuereinrichtung ECU (electronic control unit). Die elektronische Steuereinrichtung ECU überwacht den Zustand des Systems, ermöglicht die Implementierung komplexer Algorithmen, bietet eine Schnittstelle zur Kommunikation nach außen über ein Bussystem (beispielsweise CAN) sowie die Möglichkeit, eine Vielzahl von Sensoren mit dieser zu verbinden. Abhängig von der Stellung des Proportionalventils 3 wird ein der Druckversorgung P1 (14) zugeordneter Versorgungsdruck auf eine Arbeitsleitung 4 oder 5 des zugeordneten Antriebsaggregates 2 gegeben. Die Sperrventile 8, 8a erfüllen eine Lasthaltefunktion, wenn sich der Steuerkreis 1 in einem inaktiven Zustand oder sicheren Zustand befindet. Das Sperrventil 13 hat ebenfalls eine Sicherheitsfunktion, insbesondere verhindert es ein Aufdrücken der Sperrventile 8, 8a im Falle eines klemmenden Ventilkolbens im Proportionalventil 3 außerhalb der Mittellage. Mit den Sensoren 7, 7a, 7b werden der Versorgungsdruck der Zuleitung P1 , durch Sensor 7 im aktiven Zustand des Steuerkreises 1 und die Drücke in den Arbeitsleitungen 4, 5, durch Sensoren 7a,7b, zu dem hydraulischen Antriebsaggregat 2 gemessen. Diese Messungen werden von der Steuereinrichtung ECU zur Ermittlung jener Sollstellung des Ventils 3 herangezogen, welche quasistatisch zu einem gewünschten Volumenstrom bzw. einer gewünschten Verfahrgeschwindigkeit des hydraulischen Antriebsaggregats 2 führt. Der Schrittmotor 6 hat hier gegenüber einem Ventil mit Proportionalmagneten den Vorteil, dass die Sollstellung des Ventils besonders genau und weitestgehend unempfindlich gegenüber auftretenden Strömungskräften eingestellt werden kann. Damit wird eine genaue und proportionale Steuerung der Verfahrgeschwindigkeit des hydraulischen Antriebsaggregats 2 ohne das Erfordernis einer gesonderten Druckwaage ermöglicht. Der elektrohydraulische Steuerkreis 1 umfasst in der dargestellten Ausführung außerdem einen optionalen, dem Proportionalventil 3 parallel geschalteten hydraulischen Notkreis für den Notbetrieb. Dieser Notkreis ermöglicht ein Verfahren des Antriebsaggregates 2 bei Ausfall der dem Proportionalventil 3 zugeordneten (vor- bzw. nachgeschalteten) Bauteile. Jedem Proportionalventil 3 zur Steuerung eines Antriebsaggregates 2 ist vorzugsweise ein eigener Notkreis zugeordnet. Der Notkreis umfasst ein Steuerventil 1 1 zur Steuerung der Verfahrrichtung des Antriebsaggregates 2 im Notbetrieb sowie zwei gegenseitig verkoppelte Ventile 10, 10a, welche als hydraulische entsperrbare Rückschlagventile oder Senkbremsventile 10, 10a in klassischer Verschaltung ausgeführt sind. Mit den nachgeschalteten einstellbaren Drosseln 9, 9a kann die Verfahrgeschwindigkeit im Notbetrieb begrenzt werden. Das Antriebsaggregat 2, insbesondere der Hydraulikzylinder, kann so im Notbetrieb verfahren werden, indem das Steuerventil 1 1 für den Notbetrieb die dem Antriebsaggregat 2 zugeordneten Arbeitsleitungen 4, 5 mit einer Druckdifferenz beaufschlagt. Hierfür werden die Arbeitsleitungen 4, 5 wahlweise jeweils mit einer zweiten Druckversorgung (P2) 16 oder einem zweiten Rücklauf (T2) 17 von dem Steuerventil 1 1 verbunden. Im Notbetrieb erfolgt die Druckversorgung des Antriebsaggregates 2 vorzugsweise über die separate Druckversorgung (P2) 16 und den separaten Rücklauf (T2) 17, so dass bei einer Undichtigkeit der Druckversorgung (P1 ) 14 oder des Rücklaufs (T1 ) 15 weiterhin eine Steuerung des Antriebsaggregates 2 möglich ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass bei Ausfall der regulären Maststeuerung samt Proportionalventil 3 der Mast noch verfahren werden kann, um beispielsweise den Mast einzufahren und gegebenenfalls den Restbeton aus der Betonpumpe und den Förderrohren herauszupumpen. Die elektronische Steuereinrichtung ECU überwacht hierzu den Zustand und das Verhalten des Steuerkreises 1 mittels der zur Verfügung stehenden Sensoren. Sobald die elektronische Steuereinrichtung ECU einen Fehler erkennt, schaltet sie den Steuerkreis 1 automatisch in einen sicheren Zustand. Die Ansteuerung der elektronischen Steuereinrichtung kann über ein BUS-System erfolgen, welches Steuerbefehle und Sollwerte überträgt, die vorzugsweise über eine Benutzerschnittstelle von einem Benutzer vorgegeben werden können. Die Druckversorgungsleitungen (P1 , P2) sowie die Rücklaufleitungen (T1 , T2) müssen nicht notwendigerweise separiert sein, sondern können auch in geeigneter Weise zusammengefasst sein, um das Gesamtgewicht des Großmanipulators möglichst gering zu halten.

Des Weiteren ist es sinnvoll, für die Proportionalventile 3 mit Schrittmotoren 6 unterschiedliche Leistungsklassen hinsichtlich der zu fördernden Volumenströme vorzusehen, da sich deren Bedarf bezüglich der am Mast befindlichen hydraulischen Antriebe 2 stark unterscheiden kann. Insbesondere werden für hydraulische Antriebe 2 in Form von Zylindern zur Ansteuerung von Gelenken des Mastes, welche bei ausgestrecktem Mast weit vom Drehschemel entfernt sind, wesentlich kleinere Zylinder im Vergleich zu jenen Gelenken, welche sich nahe am Drehschemel befinden, eingesetzt, da die zu erbringenden Kräfte wesentlich geringer sind. Durch den Einsatz von Proportionalventilen 3 mit an die eingesetzten hydraulischen Antriebe 2 abgestuften Leistungsklassen können noch zusätzliche Einsparungen hinsichtlich des Gewichts und des Bauraums erzielt werden, was für die Auslegung und Konstruktion des Mastes wesentlich von Vorteil sein kann.

Die Antriebsaggregate 2 bei einem Großmanipulator sind in der Regel als doppelt wirkende Hydraulikzylinder ausgebildet. Alternativ könnte es sich bei dem Antriebsaggregat 2 beispielweise um einen in der Schrift WO 2013/0681 12 A1 gezeigten Drehantrieb handeln, bei dem die dort gezeigten zwei Ringkolben von zwei separaten, mit Schrittmotoren angesteuerten, Proportionalventilen angesteuert werden.

- Bezugszeichenliste -

Bezuqszeichenliste

1 Steuerkreis

Antriebsaggregat

Proportionalventil

Arbeitsleitung A

5 Arbeitsleitung B

6 Schrittmotor

7 7a, 7b Drucksensoren

8 8a Lasthalte-/Sperrventile

9 9a einstellbare Drosseln

10 10a Senkbrems-(Rückschlag-)ventile

1 1 Steuerventil (Notbetrieb)

12 Freigabeventil

13 Sperrventil

14 Versorgung (Normalbetheb) 15 Rücklauf (Nornnalbetneb)

16 Versorgung (Notbetrieb)

17 Rücklauf (Notbetrieb)

ECU Steuereinrichtung

Patentansprüche -