DE19511591C2 - Verfahren zur Bestimmung der Last eines Flurförderzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestim­ mung der Last eines Flurförderzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Flurförderzeugen ist die Tragfähigkeit naturgemäß be­ grenzt. Es ist bekannt, in die hydraulische Hubvorrichtung ein Druckbegrenzungsventil einzubauen, das zur Unwirksam­ keit der Hubvorrichtung führt, wenn die Last den vorgege­ benen Wert überschreitet.

Die Stabilität eines Flurförderzeugs hängt u. a. auch von der Höhe ab, auf die eine Last angehoben wird. Je größer die Hubhöhe, um so geringer die aufzunehmende Last, um die Stabilität des Fahrzeugs, insbesondere während der Fahrt, nicht zu weit zu schwächen. Aus der US 4,231,450 ist ein Stapler bekanntgeworden, der mit zwei Druckschaltern im Hydraulikkreis für den Hubzylinder versehen ist. Ein erster Druckschalter spricht an, wenn bei Aufnahme der Last das zulässige Gewicht überschritten worden ist. Der zweite Druckschalter wird erst ab einer definierten Höhe der Last aktiviert und sichert so die hubhöhenabhängige Resttragfähigkeit ab. Es versteht sich, daß demgemäß auch eine Hubhöhensensierung vorgesehen ist. Diese gehört eben­ falls zum Stand der Technik.

Aus der US 5 373 121 ist eine Hubvorrichtung bekanntge­ worden, bei der die Hubgeschwindigkeit von der Last abhän­ gig gemacht wird. Bei einer Ausführungsform der bekannten Vorrichtung wird eine Verstellpumpe verwendet, wobei der Verstellweg der Verstellpumpe von dem Druck in der Zuführ­ leitung zum Hubzylinder abhängig gemacht wird. Mit stei­ gender Last wird somit die Hubgeschwindigkeit reduziert, auch wenn der elektrische Motor mit konstanter Drehzahl betrieben wird. Bei einer zweiten Ausführungsform wird eine Pumpe mit konstantem Fördervolumen von einem Elektro­ motor mit veränderlicher Drehzahl angetrieben. Der Motor wird über einen Frequenzumformer angesteuert, wobei die Frequenz von dem gemessenen Druck in der Förderleitung ab­ hängig gemacht wird. In beiden Fällen bestimmt die Last den Hubbetrieb der Hubvorrichtung, ohne daß diese selbst quantitativ erfaßt wird.

Bei der bekannten Vorrichtung wird nicht die tatsächliche Last gemessen, sondern ein bestimmter Druck, wobei jedoch über einen entsprechenden Algorithmus auch das Gewicht er­ rechnet werden könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Last eines Flurförderzeugs anzugeben, bei dem auf zusätzliche Sensoren, wie z. B. Drucksensoren, verzichtet werden kann und bei dem das Lastgewicht nur aus den Systemparametern ermittelt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von einer Hubvorrich­ tung für Flurförderzeuge aus, bei denen die von einem Elektromotor betriebene Hydraulikpumpe über eine elektro­ nische Steuervorrichtung gesteuert bzw. geregelt wird. Derartige Steuerungen enthalten naturgemäß einen Rechner (Prozessor) und auch mindestens einen Sensor zur Ermitt­ lung des vom Motor auf genommenen elektrischen Stroms. Das am Elektromotor entwickelte Drehmoment ist im wesentlichen von nur einer Veränderlichen abhängig, nämlich dem aufge­ nommenen Strom, während die anderen das Drehmoment bestim­ menden Größen Motorkonstanten sind, wie z. B. der magne­ tische Nennfluß. Das am Motor zu entwickelnde Moment ist naturgemäß abhängig vom Lastgewicht. Zwischengeschaltet ist indessen der Hubzylinder vorgegebener Geometrie und die Hydraulikpumpe mit einem spezifischen Fördervolumen und Wirkungsgrad. Falls zwischen dem Lastaufnahmemittel und dem Hubzylinder eine Übersetzung abweichend von 1 vor­ liegt, ist diese naturgemäß ebenfalls zu berücksichtigen. Die erwähnten Konstanten, die üblicherweise von den Her­ stellern der Komponenten angegeben werden, werden im Speicher des Rechners abgelegt. Aus den bekannten Formeln für die Drehmomente am Elektromotor und an der Hydraulik­ pumpe wird dann die Masse der Last aufgrund des jeweils gemessenen Stroms ermittelt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich sowohl bei Gleich­ strom- als auch bei Drehstrommotoren durchführen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß spe­ zielle Lastsensoren, beispielsweise Drucksensoren, nicht erforderlich sind. Vielmehr lassen sich die Parameter, die betriebsbedingt sind, durch die ohnehin vorhandenen Vor­ kehrungen, wie Messung des Motorstroms, anwenden. Ledig­ lich die Software für den Rechner ist so auszulegen, daß der Rechner über die gemessene Stromaufnahme die jeweilige Last ermittelt. Dabei kann der Rechner das Lastgewicht quantitativ ermitteln, was für viele Anwendungsfälle vor­ teilhaft ist. Im übrigen kann das jeweils gemessene Last­ gewicht in Beziehung zur sensierten Hubhöhe gesetzt wer­ den, um diese zu begrenzen bzw. entsprechende Vorkehrungen zu treffen, damit bei entsprechender Hubhöhe die Stabili­ tät des Fahrzeugs ausreichend ist.

Manche Konstanten des Elektromotors sind stromabhängig, wie z. B. die Magnetisierung oder die Kupferverluste. Daher wird nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß auch die stromabhängige Kennlinie für die Magnetisie­ rung und/oder die Kupferverluste tabellarisch abgelegt wird. Entsprechendes gilt für die stromabhängige Kennlinie für die Wirbelstromverluste und/oder die Hysterese.

Der Pumpenwirkungsgrad ist normalerweise drehzahlabhängig. Daher kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung im Speicher auch die drehzahlabhängige Kennlinie für den Wir­ kungsgrad der Hydraulikpumpe tabellarisch abgelegt werden. Zur Nutzung dieses Parameters ist jedoch erforderlich, daß eine Drehzahlmessung vorgenommen wird. Diese ist jedoch ebenfalls zumeist Bestandteil einer hydraulischen Hubvor­ richtung für Flurförderzeuge mit elektronischer Steuerung.

Wenn die Hydraulikpumpe neben dem Hubzylinder weitere hy­ draulische Verbraucher versorgt, führt das erfindungsge­ mäße Verfahren nicht zum gewünschten Ergebnis. Es ist da­ her erforderlich, zu berücksichtigen, ob bei einer Ermitt­ lung eines Lastgewichtes eine Nebenfunktion parallel läuft. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß dem Verbraucher oder dem zugehörigen Ven­ til ein Schalter zugeordnet wird, der ein Signal auf den Rechner gibt, wenn der Verbraucher betätigt wird. Es ve­ rsteht sich, daß eine Lastsensierung auf diese Weise nur erfolgen kann, wenn getrennte Kreise für den reinen Hub- und Senkkreis und die Nebenfunktionen vorliegen.

Eine Lastbestimmung läßt sich nach einer alternativen Lö­ sung der Erfindung auch dadurch vornehmen, indem etwa der Motorstrom im Leerlauf (ohne Last) gemessen wird. Der Stromwert entspricht der Last "Null". Die Stromwerte bei definierten Lasten, die von der Hubvorrichtung anzuheben sind, geben dann im Verhältnis zu dem "Nullwert" den ge­ messenen Lastwert wieder. So läßt sich eine Tabelle oder eine Kurve erstellen, in der ein Stromwert einer bestimm­ ten Last entspricht.

Um durch Störgrößen entstehende Fehler zu kompensieren, kann erfindungsgemäß bei einem mehrschüssigen Hubgerüst ein Abgleich vorgenommen werden. Die beim Übergang zwischen Freihub und Masthub auftretende Druckdifferenz ist konstant und entspricht mithin einem Normgewicht; sie läßt sich daher für einen derartigen Abgleich heranziehen. Zur Kompensation von dynamischen Anteilen, z. B. Druck­ spitzen beim Übergang zwischen zwei Mastschüssen, werden Mittelwerte gebildet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen nä­ her erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Schaltbild einer hydrau­ lischen Hubvorrichtung für ein Flurförderzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 2 zeigt ebenfalls eine hydraulische Hubvorrichtung für ein Flurförderzeug, wobei zusätzliche hydrau­ lische Kreise für die Versorgung von Nebenfunktio­ nen vorgesehen sind.

Ein nicht gezeigtes Hubgerüst eines nicht gezeigten Flur­ förderzeugs weist einen Hubzylinder 10 auf zum Anheben und Absenken eines nicht gezeigten Lasttragmittels. Der Hub­ zylinder 10 wird von einer Hydraulikpumpe 12 über ein Lasthalteventil 14 mit Hydraulikflüssigkeit aus einem Re­ servoir 16 versorgt. Die Hydraulikpumpe 12 wird von einem Elektromotor 18, im vorliegenden Fall von einer fremder­ regten Gleichstrommaschine, angetrieben. Die Steuerung der Gleichstrommaschine erfolgt mit Hilfe einer elektronischen Steuervorrichtung, die einen PWM-Steller (Pulsweitenmodu­ lation) enthält, wie an sich allgemein bekannt. Die Ansteuerung erfolgt über die Wirkungslinie 22. Über die Wir­ kungslinie 24 wird ein nicht gezeigter Strommesser mit der Steuervorrichtung 20 verbunden. Bei einer fremderregten Gleichstrommaschine wird sowohl der Feldstrom als auch der Ankerstrom gemessen. Bei einer Reihenschlußmaschine oder einer Asynchronmaschine braucht lediglich der Ankerstrom bzw. der Ständerstrom gemessen zu werden.

Die Steuervorrichtung 20 enthält einen Rechner zur Berech­ nung des Lastgewichts, das vom Hubzylinder 10 anzuheben ist. Die Berechnung der Masse der gehobenen Last erfolgt nach den nachstehenden Beziehungen, die für eine fremder­ regte Gleichstrommaschine gelten.

Das Drehmoment für den Hydraulikmotor ist

wobei Qp das spezifische Fördervolumen der Hydraulikpumpe, p der Druck und der Wirkungsgrad der Pumpe sind.

Ferner ist

wobei F das Lastgewicht, u die Übersetzung am Hubgerüst und A die Zylinderfläche des Hubzylinders sind.

Daraus ergibt sich

wobei m die Masse der Last und g die Erdbeschleunigung darstellen.

Das Drehmoment am Motor 18 ist wie folgt:

M = cm · Φ₀ · tan h (I_F/I_F0) · I_A

wobei cm eine Motorkonstante, Φ₀ der magnetische Nennfluß, I_F der Feldstrom, I_F0 der Nennfeldstrom und I_A der Anker­ strom sind.

Daraus folgt für die Masse der Last, berechnet aus der Stromaufnahme des Hubmotors:

wobei m_HG die Masse der mitgehobenen Hubgerüst-Bauteile ist.

Wie aus dieser Gleichung zu erkennen, sind in der zuletzt auf geführten Gleichung nur der Feldstrom I_F und der Anker­ strom I_A Veränderliche. Sie werden in geeigneter Weise ge­ messen. Vorzugsweise erfolgt eine Mittelwertbildung o. dgl. zur Kompensation von dynamischen Anteilen. Die anderen Größen sind Systemparameter, die entsprechend im Speicher des Rechners der Steuervorrichtung 20 abgelegt sind. Im Speicher können ferner tabellarisch Kennlinien für die Magnetisierung und die Kupferverluste des Elektromotors 18 sowie die Wirbelstromverluste abgelegt werden. Außerdem kann im Speicher die Kennlinie für den drehzahlabhängigen Pumpenwirkungsgrad abgelegt werden. Zur Berücksichtigung des letzteren Falls ist indessen auch die Erfassung der Drehzahl erforderlich, was normalerweise ebenfalls bei derartigen Steuervorrichtungen erfolgt.

Zum Heben der Last wird über die Steuervorrichtung 20 (Impulssteuerung) eine elektrische Spannung an den Hubmo­ tor 18 gelegt. In Abhängigkeit von dieser Spannung stellt sich am Hubmotor eine definierte Drehzahl ein, mit der die Pumpe 18 angetrieben wird. Die Feinsteuerbarkeit der Last­ geschwindigkeit kann durch eine Drehzahlregelung des Hub­ motors 18 erfolgen oder durch ein Ventil (siehe hierzu später). Während des Hubvorgangs wird ständig der Anker- und der Feldstrom gemessen und mittels der obigen Gleichung direkt aus den Meßwerten die Last berechnet.

Soweit in Fig. 2 mit Fig. 1 gleiche Teile oder Komponenten verwendet werden, sind diese mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Man erkennt in Fig. 2, daß parallel zum Hubzylinder 10 weitere Zylinder 30, 32, 34 angeordnet sind und ebenfalls von der Hydraulikpumpe 12 versorgt werden. Zur Betätigung der Zylinder 10, 30, 32 und 34 sind Steuerventile 36, 38, 40 und 42 vorgesehen. Sie können hand- oder fußbetätigt sein, wie durch den Hebel 44, 46, 48 bzw. 50 angedeutet. Von den Hebeln 44 bis 50 werden Schalter 52, 54, 56 bzw. 58 betätigt, die über Wirkungslinien 60 mit der Steuervor­ richtung 20 verbunden sind. Nur wenn der Schalter 52 be­ tätigt ist und die Schalter 54 bis 58 ausgeschaltet sind, kann auf die oben beschriebene Art und Weise eine Lastbe­ rechnung vorgenommen werden.

Die erwähnten Ventile 36 bis 42 sind in einem gemeinsamen Ventilblock 62 untergebracht, der strichpunktiert gezeich­ net ist.

Claims (7)

1. Verfahren zur Bestimmung der Last eines Flurförder­ zeugs, wobei die Last mit Hilfe einer einen Hubzylinder enthaltenden Hubvorrichtung angehoben wird, die von einer Hydraulikpumpe gespeist wird, die ihrerseits von einem Elektromotor angetrieben wird und wobei der Elektromotor eine einen Rechner enthaltende elektro­ nische Steuer- oder Regelvorrichtung aufweist, die auch eine Meßvorrichtung für den Motorstrom einschließt, da­ durch gekennzeichnet, daß die hydraulischen und mecha­ nischen Konstanten der hydraulischen Hubvorrichtung, wie Wirkungsgrad und spezifisches Fördervolumen der Hydraulikpumpe und Zylinderfläche des Hubzylinders und Übersetzung des Hubgerüstes und die elektrischen Kon­ stanten des Elektromotors, wie magnetischer Nennfluß und die Motorkonstanten im Speicher des Rechners abge­ legt werden und der Rechner die Masse der Last aus dem jeweiligen beim Anheben und Absenken der Last gemesse­ nen Motorstrom aus den bekannten Formeln für das Dreh­ moment der Hydraulikpumpe und des Elektromotors errech­ net.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Speicher auch die stromabhängige Kennlinie für die Magnetisierung und/oder die Kupferverluste tabellarisch abgelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die stromabhängige Kennlinie für die Wirbel­ stromverluste und/oder die Hysterese tabellarisch im Speicher abgelegt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kennlinie für den drehzahlabhän­ gigen Wirkungsgrad der Hydraulikpumpe im Speicher abge­ legt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Hydraulikpumpe weitere parallele Verbraucher über ent­ sprechende Steuerventile versorgt, dadurch gekennzeich­ net, daß den Verbrauchern oder den zugehörigen Steuer­ ventilen Schalter zugeordnet werden, die ein Signal auf den Rechner geben, wenn die Verbraucher betätigt wer­ den.

6. Verfahren zur Bestimmung der Last eines Flurförder­ zeugs, wobei die Last mit Hilfe einer einen Hubzylinder enthaltenden Hubvorrichtung angehoben wird, die von einer Hydraulikpumpe gespeist wird, die ihrerseits von einem Elektromotor angetrieben wird und wobei der Elektromotor eine einen Rechner enthaltende elektro­ nische Steuer- oder Regelvorrichtung aufweist, die auch eine Meßvorrichtung für den Motorstrom ein­ schließt, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Hub­ vorrichtung ohne Last betätigt und der gemessene Motor­ strom als Last "Null" gesetzt wird, anschließend die Hubvorrichtung bei definierten Lasten betätigt wird und die Motorstromwerte den Lasten zugeordnet und in Speichern des Rechners abgespeichert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mehrschüssigen Hubgerüst ein Abgleich zwischen Freihub und Masthub vorgenommen wird.