DE10145992A1 - Mobile work machine with an internal combustion engine and a hydraulic steering pump driven by it - Google Patents
Mobile work machine with an internal combustion engine and a hydraulic steering pump driven by itInfo
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Abstract
Eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere Flurförderzeug, weist einen Verbrennungsmotor (1) und eine davon angetriebene hydraulischen Lenkpumpe (2) zur Speisung mindestens eines Lenkaktuators (4) auf. Um die Energieverluste, die vom Lenksystem verursacht werden, zu minimieren, ist ein hydraulischer Speicher (7) an die Lenkpunpe (2) und den Lenkaktuator (4) angeschlossen und ist das spezifische Fördervolumen der Lenkpumpe (2) so bemessen, dass der Betrieb des Lenkaktuators (4) bei geringen Betriebsdrehzahlen des Verbrennungmotors (1) das Einspeisen von Druckmitteln aus der Lenkpumpe (2) und dem Speicher (7) erfordert und bei Überschreiten einer Schwellendrehzahl der Betrieb des Lenkaktuators (4) durch alleiniges Einspeisen von Druckmitteln aus der Lenkpumpe (2) möglich ist. Das Volumen des Speichers (7) ist so bemessen, dass bei alleiniger Speisung des Lenkzylinders (4) durch Druckmittel aus dem vollen Speicher (7) ein mehrfaches Betätigen des Lenkaktuators (4) von Anschlag zu Anschlag möglich ist.A mobile working machine, in particular industrial truck, has an internal combustion engine (1) and a hydraulic steering pump (2) driven by it for supplying at least one steering actuator (4). In order to minimize the energy losses caused by the steering system, a hydraulic accumulator (7) is connected to the steering pump (2) and the steering actuator (4) and the specific delivery volume of the steering pump (2) is dimensioned so that the operation of the Steering actuator (4) at low operating speeds of the internal combustion engine (1) requires the feeding of pressure medium from the steering pump (2) and the memory (7) and, if a threshold speed is exceeded, the operation of the steering actuator (4) by feeding pressure medium from the steering pump ( 2) is possible. The volume of the accumulator (7) is dimensioned such that when the steering cylinder (4) is supplied solely by pressure medium from the full accumulator (7), it is possible to actuate the steering actuator (4) several times from stop to stop.
Description
Die Erfindung betrifft eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere Flurförderzeug, mit einem Verbrennungsmotor und einer davon angetriebenen hydraulischen Lenkpumpe zur Speisung eines Lenkaktuators. The invention relates to a mobile machine, in particular an industrial truck an internal combustion engine and a hydraulic steering pump driven by it for feeding a steering actuator.
Die Versorgung der Lenkanlage von verbrennungsmotorisch betriebenen Gabelstaplern mit hydraulischer Energie erfolgt durch eine Lenkpumpe, deren Fördervolumen an der unteren Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors bemessen ist. Bei dieser Drehzahl fördert die Lenkpumpe bereits ausreichend Druckmittel, um den Lenkaktuator so weit versorgen zu können, dass eine Mindestlenkgeschwindigkeit erreicht wird. Prinzipbedingt führt dies zu großvolumigen Lenkpumpen, die einen hohen Drehmomentbedarf aufweisen. Bei ansteigender Betriebsdrehzahl des Verbrennungsmotors entstehen erhebliche Energieverluste, da mehr Druckmittel von der Lenkpumpe gefördert wird als der Lenkaktuator benötigt. In Gabelstaplern, in denen die hydraulische Pumpe nicht nur den Lenkzylinder sondern auch eine Arbeitshydraulik versorgt (Prioritätsventilschaltung), wird immer das gesamte Druckmittel, also auch die für die Arbeitshydraulik benötigte Menge, unter Druck gesetzt. Auch dies führt zu Energieverlusten und zum Aufheizen des gesamten Hydrauliksystems. The supply of the steering system from combustion engine operated Forklifts with hydraulic energy are powered by a steering pump, the Delivery volume is measured at the lower idling speed of the internal combustion engine. at this speed the steering pump already delivers sufficient pressure medium to the Steering actuator to be able to supply so far that a minimum steering speed is achieved. In principle, this leads to large-volume steering pumps, one have high torque requirements. When the operating speed of the Internal combustion engine incurs considerable energy losses because more pressure medium from the Steering pump is promoted as the steering actuator is required. In forklifts where the hydraulic pump not only the steering cylinder but also working hydraulics The entire pressure medium is always supplied (priority valve circuit), including that amount required for working hydraulics, pressurized. This also leads to Energy losses and to heat up the entire hydraulic system.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine mobile Arbeitsmaschine der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei der die Energieverluste, die vom Lenksystem verursacht werden, minimiert sind. The object of the present invention is a mobile work machine of the type mentioned at the outset, in which the energy losses which caused by the steering system are minimized.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein hydraulischer Speicher an die Lenkpumpe und den Lenkaktuator angeschlossen ist und dass das spezifische Fördervolumen der Lenkpumpe so bemessen ist, dass der Betrieb des Lenkaktuators bei geringen Betriebsdrehzahlen des Verbrennungsmotors das Einspeisen von Druckmittel aus der Lenkpumpe und dem Speicher erfordert und bei Überschreiten einer Schwellendrehzahl der Betrieb des Lenkzylinders durch alleiniges Einspeisen von Druckmittel aus der Lenkpumpe möglich ist. This object is achieved in that a hydraulic accumulator is connected to the steering pump and the steering actuator and that the specific Delivery volume of the steering pump is dimensioned so that the operation of the steering actuator at low operating speeds of the internal combustion engine, the feeding of Pressure fluid from the steering pump and the memory required and if one is exceeded Threshold speed of operation of the steering cylinder by feeding in only Pressure fluid from the steering pump is possible.
Der erfindungswesentliche Gedanke besteht demnach darin, das spezifische Fördervolumen der Lenkpumpe, also das Fördervolumen pro Umdrehung, deutlich zu reduzieren und als Ausgleich einen ausreichend groß dimensionierten Speicher vorzusehen, der durch die Lenkpumpe geladen wird und aus dem in bestimmten Betriebszuständen, nämlich bei niedrigen Betriebsdrehzahlen des Verbrennungsmotors, zusätzlich zur Lenkpumpe Druckmittel in den Lenkaktuator eingespeist wird. Im Idealfall kann dadurch das Fördervolumen der Lenkpumpe halbiert bis gedrittelt werden. Damit werden die Energieverluste und der Drehmomentbedarf der Lenkpumpe im gleichen Maße reduziert. Die Lenkpumpe baut kleiner und benötigt weniger Platz in der Arbeitsmaschine. The idea essential to the invention is therefore the specific one Delivery volume of the steering pump, i.e. the delivery volume per revolution, increases significantly reduce and as compensation a sufficiently large storage to be provided, which is loaded by the steering pump and from which in certain Operating states, namely at low operating speeds of the internal combustion engine, in addition to the steering pump, pressure medium is fed into the steering actuator. Ideally the delivery volume of the steering pump can be halved or divided into three. In order to the energy losses and the torque requirement of the steering pump are the same Reduced dimensions. The steering pump is smaller and takes up less space in the Working machine.
Die Drehmomentanforderung an den Verbrennungsmotor sind besonders im Bereich niedriger Betriebsdrehzahlen verringert, was den Einsatz von klein bauenden Turbo- Motoren ermöglicht, die gerade in diesem Betriebsbereich eher drehmomentschwach sind. Insgesamt sind die Energieverluste im Lenkungskreislauf deutlich herabgesetzt. The torque requirements for the internal combustion engine are particularly in the area low operating speeds, which reduces the use of small turbo Engines that are rather weak in torque in this operating area are. Overall, the energy losses in the steering circuit are significantly reduced.
Zweckmäßigerweise ist das Volumen des Speichers so bemessen, dass bei alleiniger Speisung des Lenkaktuators durch Druckmittel aus dem vollen Speicher ein mehrfaches Betätigen des Lenkaktuators von Anschlag zu Anschlag möglich ist. Dadurch ist eine Notenergieversorgung des Lenkaktuators bei Ausfall des Verbrennungsmotors oder der Lenkpumpe sichergestellt. Es bedarf dabei keiner zusätzlichen Kraftanstrengung des Fahrers der Arbeitsmaschine, um die Notenergieversorgung einzusetzen. The volume of the memory is expediently dimensioned such that when it is alone Supply of the steering actuator by pressure medium from the full memory repeated actuation of the steering actuator from stop to stop is possible. This is an emergency power supply to the steering actuator if the internal combustion engine fails or the steering pump. No additional is required Power of the driver of the working machine to use the emergency energy supply.
Es erweist sich als günstig, wenn ein den Druck im Speicher direkt oder indirekt erfassender Drucksensor vorgesehen ist, der in Wirkverbindung mit einer Bremsanlage der Arbeitsmaschine steht, wobei bei Unterschreiten eines Druck-Grenzwertes ein zwangsgesteuerter Bremsvorgang auslösbar ist. Bei Druckverlust im Lenkungskreislauf wird die Arbeitsmaschine somit in einen sicheren Zustand gebracht. It turns out to be favorable if the pressure in the memory is direct or indirect Detecting pressure sensor is provided, which is in operative connection with a brake system Machine is stopped, whereby when the pressure falls below a limit positively controlled braking is triggered. If there is pressure loss in the steering circuit the working machine is thus brought into a safe state.
Die Schwellendrehzahl des Verbrennungsmotors liegt mit Vorteil im Bereich der mittleren Betriebsdrehzahlen. Hierbei reicht der von der Lenkpumpe zur Verfügung gestellte Volumenstrom (Produkt aus spezifischem Fördervolumen und Drehzahl des Verbrennungsmotors) aus, um ohne Einsatz des Speichers den Lenkaktuator zu versorgen. Das spezifische Fördervolumen der Lenkpumpe bemisst sich dabei beispielsweise im Falle eines Gabelstaplers nach dem Volumenstrom, den der Lenkaktuator bei einem Staplerarbeitsspiel im Bereich dieser mittleren Betriebsdrehzahl des Verbrennungsmotors erfordert. The threshold speed of the internal combustion engine is advantageously in the range of medium operating speeds. The one provided by the steering pump is sufficient Volume flow (product of specific delivery volume and speed of the Internal combustion engine) to supply the steering actuator without using the memory. The specific delivery volume of the steering pump is measured, for example, in In the case of a forklift truck based on the volume flow that the steering actuator produces Stacker working game in the range of this average operating speed of the Internal combustion engine requires.
Um die Energieverluste weiter zu minmieren, kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Lenkpumpe als Konstantpumpe ausgebildet sein, der eine förderdruckgesteuerte, zwischen zwei Schaltstellungen bewegliche Druckwaage nachgeschaltet ist, wobei die Lenkpumpe in der ersten Schaltstellung der Druckwaage mit dem Lenkaktuator und in der zweiten Schaltstellung mit einem Tank verbunden ist. In order to further minimize the energy losses, according to an advantageous Embodiment of the invention, the steering pump can be designed as a constant pump, the one Delivery pressure-controlled pressure balance that can be moved between two switch positions is connected downstream, with the steering pump in the first switching position of the pressure compensator the steering actuator and in the second switching position is connected to a tank.
Eine andere, nicht minder günstige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Lenkpumpe als Verstellpumpe ausgebildet ist. Hierbei ermöglicht eine Bedarfsstromregelung der Verstellpumpe die Minimierung von Umlaufverlusten. Another, no less favorable embodiment of the invention provides that the Steering pump is designed as a variable displacement pump. Here, a Demand flow control of the variable pump minimizing circulation losses.
Sofern eine Arbeitshydraulik mit vorgeschalteter Steuerventilanordnung an die Lenkpumpe und den Lenkaktuator angeschlossen ist, kann unter bestimmten Bedingungen Energie aus der Arbeitshydraulik in die Lenkhydraulik einspeist werden. So ist es beispielsweise bei einem Gabelstapler möglich, potentielle Energie des höhenbeweglichen Lastträgers und/oder der Last zu nutzen, um den Speicher zu laden und/oder den Lenkaktuator zu betätigen. If a working hydraulics with an upstream control valve arrangement to the Steering pump and the steering actuator is connected under certain conditions Energy from the working hydraulics can be fed into the steering hydraulics. That's the way it is for example possible with a forklift, potential energy of the to use the vertically movable load carrier and / or the load to load the storage and / or to actuate the steering actuator.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt: Further advantages and details of the invention are based on the in the schematic figures illustrated embodiment explained in more detail. It shows:
Fig. 1 einen Schaltplan einer hydraulischen Lenkanlage einer erfindungsgemäßen mobilen Arbeitsmaschine, Fig. 1 is a circuit diagram of a hydraulic steering system of a mobile machine according to the invention,
Fig. 2 eine erste Variante der Schaltung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 shows a first variant of the circuit of FIG. 1 and
Fig. 3 eine zweite Variante der Schaltung gemäß Fig. 1. Fig. 3 shows a second variant of the circuit of FIG. 1.
Die erfindungsgemäße mobile Arbeitsmaschine kann beispielsweise als Gabelstapler ausgebildet sein. Ein Verbrennungsmotor 1 treibt eine Lenkpumpe 2 an, deren Förderleitung 3 ein bespielsweise als Lenkzylinder ausgebildeter hydraulischer Lenkaktuator 4 angeschlossen ist, der durch ein vorgeschaltetes Lenksteuerventil 5 betätigbar ist. The mobile work machine according to the invention can be designed, for example, as a forklift. An internal combustion engine 1 drives a steering pump 2 , the delivery line 3 of which is connected to a hydraulic steering actuator 4 , for example a steering cylinder, which can be actuated by an upstream steering control valve 5 .
Stromab eines in Richtung zum Lenkaktuator 4 öffnenden Rückschlagventils 6 ist ein Speicher 7 an die Förderleitung 3 und somit an die Lenkpumpe 2 und an den Lenkaktuator 4 angeschlossen. Die Schaltung wird durch ein Druckbegrenzungsventil 8 und ein Filter 9 am Ausgang der Lenkpumpe 2 ergänzt. Ferner ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Drucksensor 10 vorgesehen, der den Druck in der Förderleitung 3 stromab des Rückschlagventils 6 misst und damit auch den Druck im Speicher 7. Der Drucksensor 10 steht mit einer in den Figuren nicht dargestellten Bremsanlage der Arbeitsmaschine in Wirkverbindung. Downstream of a check valve 6 opening in the direction of the steering actuator 4 , a reservoir 7 is connected to the delivery line 3 and thus to the steering pump 2 and to the steering actuator 4 . The circuit is supplemented by a pressure relief valve 8 and a filter 9 at the outlet of the steering pump 2 . Furthermore, a pressure sensor 10 is provided in the present exemplary embodiment, which measures the pressure in the delivery line 3 downstream of the check valve 6 and thus also the pressure in the accumulator 7 . The pressure sensor 10 is operatively connected to a brake system of the working machine, not shown in the figures.
Das spezifische Fördervolumen der Lenkpumpe 2 also das Fördervolumen pro Umdrehung, ist so dimensioniert, dass der Betrieb des Lenkaktuators 4 unterhalb einer bestimmten Schwellendrehzahl des Verbrennungsmotors 1 nur durch parallele Einspeisung von Druckmittel sowohl aus der Lenkpumpe 2 als auch aus dem Speicher 7 erfolgt. Bei nicht betätigter Lenkung wird in diesem Betriebszustand der Speicher 7 von der Lenkpumpe 2 geladen. The specific delivery volume of the steering pump 2, i.e. the delivery volume per revolution, is dimensioned such that the operation of the steering actuator 4 below a certain threshold speed of the internal combustion engine 1 takes place only by parallel supply of pressure medium both from the steering pump 2 and from the store 7 . When the steering is not actuated, the memory 7 is loaded by the steering pump 2 in this operating state.
Bei Erreichen der Schwellendrehzahl fördert die Lenkpumpe 2 einen Volumenstrom, der ausreicht, um den Lenkaktuator 4 ohne Druckmittel aus dem Speicher 7 zu speisen. Bei höheren Betriebsdrehzahlen (oberhalb der Schwellendrehzahl) wird von der Lenkpumpe 2 mehr Druckmittel gefördert als zur Betätigung des Lenkaktuators 4 nötig. Das überschüssige Druckmittel lädt den Speicher 7 oder wird über das Druckbegrenzungsventil 8 in den Tank abgelassen. When the threshold speed is reached, the steering pump 2 promotes a volume flow that is sufficient to feed the steering actuator 4 from the store 7 without pressure medium. At higher operating speeds (above the threshold speed), the steering pump 2 delivers more pressure medium than is necessary to actuate the steering actuator 4 . The excess pressure medium loads the accumulator 7 or is discharged into the tank via the pressure relief valve 8 .
Fällt die Lenkpumpe 2 aus, so ist es bei vollem Speicher 7 noch möglich, den Lenkaktuator 4 mehrmals von Anschlag zu Anschlag zu betätigen. Aus Sicherheitsgründen ist es auch empfehlenswert, wie in Fig. 1 dargestellt, die Energieversorgung des elektromagnetisch betätigbaren Lenksteuerventils 4 durch den Einsatz von Doppelmagneten M1, M2 zweikreisig auszuführen. If the steering pump 2 fails, it is still possible, with the memory 7 full, to actuate the steering actuator 4 several times from stop to stop. For safety reasons, it is also recommended, as shown in FIG. 1, to carry out the energy supply of the electromagnetically actuated steering control valve 4 by means of double magnets M 1 , M 2 in a double circuit.
Sofern ein bestimmtes Druckniveau in der Förderleitung 3 unterschritten wird, löst das von dem Drucksensor 10 erfasste Drucksignal eine Zwangsbremsung der Arbeitsmaschine aus, um sicher zu stellen, dass keine gefährlichen Fahrzustände entstehen. If the pressure in the delivery line 3 falls below a certain pressure level, the pressure signal detected by the pressure sensor 10 triggers an emergency braking of the working machine in order to ensure that no dangerous driving conditions arise.
Bei der Variante gemäß Fig. 2 ist der als Konstantpumpe ausgebildeten Lenkpumpe 2 eine vom Druck in der Förderleitung 3 gesteuerte Druckwaage 11 nachgeschaltet, die zwischen zwei Schaltstellungen beweglich ist. Hierbei ist die Lenkpumpe 2 in der ersten Schaltstellung mit dem Lenkaktuator 4 und in der zweiten Schaltstellung mit einem Tank T verbunden. Dadurch werden bei nicht betätigtem Lenkaktuator 4 die Verluste reduziert. Alternativ dazu ist es auch möglich, die Lenkpumpe 2 als Verstellpumpe auszubilden und mit einer Bedarfsstromregelung zu versehen. Hierbei wird die Pumpe stets auf ein möglichst geringes Fördervolumen eingestellt. In the variant according to FIG. 2, the steering pump 2 designed as a constant pump is followed by a pressure compensator 11 which is controlled by the pressure in the delivery line 3 and which is movable between two switching positions. Here, the steering pump 2 is connected to the steering actuator 4 in the first switching position and to a tank T in the second switching position. As a result, the losses are reduced when the steering actuator 4 is not actuated. Alternatively, it is also possible to design the steering pump 2 as a variable displacement pump and to provide it with a demand flow control. The pump is always set to the lowest possible delivery volume.
Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der stromab des Rückschlagventils 6 von der Förderleitung 3 eine Leitung 12 abzweigt, die zu einem Zylinder einer Arbeitshydraulik 13 führt. Dabei kann es sich beispielsweise um den Hubzylinder eines Gabelstaplers handeln. Der Arbeitshydraulik 13 ist eine Steuerventilanordnung 14 vorgeschaltet. Mit dieser Variante der Erfindung ist es im Prinzip möglich, Energie aus der Arbeitshydraulik 13 (z. B. potentielle Energie einer Last) zum Betreiben der Lenkung und/oder zum Laden des Speichers 7 zu nutzen. Fig. 3 shows an embodiment of the invention, downstream of the check valve 6 branches in from the conveying line 3, a line 12 leading to a cylinder of a working hydraulics. 13 This can be, for example, the lifting cylinder of a forklift. A control valve arrangement 14 is connected upstream of the working hydraulics 13 . With this variant of the invention, it is possible in principle to use energy from the working hydraulics 13 (for example potential energy of a load) to operate the steering and / or to load the memory 7 .
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