DE19804204C2 - Fahrzeug zum Bewegen von Lasten - Google Patents

Abstract

Bei einem Fahrzeug zum Bewegen von Lasten, das einen Verbrennungsmotor mit steuerbarer Leistung aufweist, ist zur Verbesserung der Energiebilanz vorgesehen, daß die Antriebe eine Rückgewinnung der in den sich bewegenden und/oder angehobenen Massen enthaltenen Energie und deren Einspeisung in den Energiespeicher ermöglichen, und daß ein Erfassungs- und Steuersystem bei einem ersten einer Reihe von sich wiederholenden, einander ähnlichen Arbeitszyklen den zeitlichen Verlauf des Leistungsbedarfs und -angebots registriert und bei nachfolgenden Zyklen anhand der registrierten Daten den Verbrennungsmotor so steuert, daß der Energiespeicher immer ausreichend freie Speicherkapazität aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug zum Bewegen von Lasten der im Oberbe­ griff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Solche Fahrzeuge finden beispielsweise beim Umschlagen von Containern in Hafenanlagen Verwendung. Dabei werden die Container angehoben, über relativ kurze Strecken transportiert und dann wieder abgesenkt. Die Hubhöhe kann entweder so gering sein, daß der jeweilige Container gerade soweit vom Boden freikommt, daß er in horizontaler Richtung bewegt werden kann. Es werden aber auch Portalstapler, sogenannte Straddle-Carriers, oder nicht an Schienen gebundene Portalkrane verwendet, mit denen die Container nicht nur in horizontaler Richtung transportiert, sondern auch soweit angehoben werden können, daß z. B. ein dritter Container auf zwei bereits übereinander gestapelte Container von oben her aufgesetzt werden kann.

Gemeinsam ist allen diesen und ähnlichen Fahrzeugen, daß sie auch dann völlig unabhängig von irgendwelchen Stromnetzen arbeiten, wenn die zum Fahren und Heben dienenden Antriebe von Elektromotoren gebildet werden. Als Energiequelle dient im allgemeinen ein Verbrennungs-, insbesondere Die­ selmotor, der einen Stromgenerator antreibt, der die für die Antriebe erforder­ liche elektrische Energie erzeugt. Bei Fahrzeugen, bei denen die Hebevor­ gänge mit Hilfe von Hydraulikzylindern ausgeführt werden, treibt der Diesel­ motor überdies eine Hydraulikpumpe an, welche die erforderlichen Drücke er­ zeugt.

Da insbesondere beim Anheben der im gefüllten Zustand mehr als 30 t schweren Container kurzzeitig ein enormer Leistungs-Spitzenbedarf auftritt, der das drei- bis vierfache des durchschnittlichen Leistungsbedarfes betragen kann, wäre es extrem unwirtschaftlich, den Dieselmotor so auszulegen, daß er diese Spitzenleistung zur Verfügung stellen kann.

Es ist bekannt, statt dessen mit deutlich kleineren Dieselmotoren zu arbeiten, die in Zeiten, in denen sie nicht voll ausgelastet sind, die zu Verfügung ste­ hende Überschußleistung wird in einen Energiespeicher einspeisen, der von einem Hydraulik-Druckspeicher, einem Schwungradspeicher oder einem Speicher für elektrische Energie gebildet werden kann.

Zu Zeiten des Leistungs-Spitzenbedarfs kommt dann parallel zur Leistung des Dieselmotors auch die im Energiespeicher vorhandene Energie zum Einsatz. Um in dieser Betriebsart möglichst lange möglichst viel Energie zur Verfügung zu haben, ist es üblich, den Energiespeicher in den Zeiträumen geringen Lei­ stungsbedarfs soweit wie nur irgend möglich zu laden.

Die DE 196 28 877 A1 zeigt bereits ein Fahrzeug der im Oberbegriff des Anspruches 1 ge­ nannten Art mit einer Primärenergiequelle, wobei der Energiespeicher sowohl von der Pri­ märenergiequelle als auch mit von dem Antriebssystem rückgewinnbarer Energie aufgeladen werden kann. Der Energiespeicher nimmt die gesamte Rückgewinnungsenergie auf, bis er voll ist. Falls diese für den nachfolgenden Energiebedarf nicht ausreicht, wird er von der Pri­ märenergiequelle nachgeladen. Überschüssige Rückgewinnungsenergie geht jedoch verlo­ ren. Mit der bekannten Lösung kann demnach zwar ein Teil der Rückgewinnungsenergie genutzt werden, durch den verlorenen Anteil wird jedoch die Gesamtenergiebilanz nachteilig belastet, so daß nach wie vor ein verhältnismäßig hoher Primärenergiebedarf besteht.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Art so weiterzubilden, daß der Bedarf an Primärenergie deutlich gesenkt werden kann.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug der im Ober­ begriff des Anspruches 1 genannten Art so weiterzubilden, daß der Bedarf an Primärenergie deutlich gesenkt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 1 zusammen­ gefaßten Merkmale vor.

Es wurde schon früher als Nachteil angesehen, daß bei herkömmlichen Systemen die Energiemengen, die für das Beschleunigen bzw. Anheben der massereiche Lasten dienen, welche durch die in Rede stehenden Fahrzeuge bewegt werden, ungenutzt verloren gehen, da sie beim Verzögern bzw. Absenken durch mechanische Bremsen in Wär­ me umgewandelt werden.

Um zu einer günstigeren Energiebilanz zu gelangen, hat man daher vorgesehen, solche handelsüblichen Antriebe, insbesondere aus einer Gleichstromschiene gespeiste Inverterantriebe zu verwenden, die in der Lage sind, die beim Verzögern der Horizontalbewegungen bzw. beim Absenken an­ gehobener Lasten frei werdende kinetische bzw. potentielle Energie in elektri­ sche Energie zurückzuverwandeln, welche dann entweder unmittelbar oder durch geeignete Umformer in den vorhandenen Energiespeicher eingespeist werden kann.

Diese Maßnahmen wären an sich zur Optimierung der Energiebilanz ausreichend, wenn ein Energiespeicher mit unbegrenzter Speicherkapa­ zität zur Verfügung stehen würde. Da die erfindungsgemäß weitergebildeten Fahrzeuge aber netzunabhängig arbeiten, müssen sie einen Energiespeicher mit begrenzter Speicherkapazität mit sich führen. Ohne weitere Maßnahmen würde hierdurch die Wirksamkeit der oben erläuterten Energierückgewinnung stark vermindert, weil sehr häufig die Situation auftreten würde, daß beim An­ fallen von rückgewinnbarer Energie der Energiespeicher entweder völlig ge­ füllt ist oder nur noch eine geringe freie Speicherkapazität besitzt. Dies hätte zur Folge, daß entweder die gesamte rückgewinnbare Energie oder zumindest der größte Teil hiervon doch wieder durch mechanische Bremsen in Wärme umgewandelt werden müßte und somit verloren ginge.

Hier schafft nun das kennzeichnende Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung Abhilfe, dem die Erkenntnis zugrunde liegt, daß die in Rede stehenden Fahr­ zeuge normalerweise so eingesetzt werden, daß aufeinanderfolgende Ar­ beitszyklen sich hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs des Leistungsbedarfes stark ähneln bzw. nahezu identisch sind.

Beispielsweise wird sehr häufig ein auf dem Boden stehender Container zu­ nächst soweit angehoben, daß er über eine gewisse Strecke in horizontaler Richtung transportiert werden kann, um dann während des Transportvorgan­ ges oder an dessen Ende zusätzlich so stark angehoben zu werden, daß er auf einem wesentlich höheren Stapelniveau abgestellt werden kann. Danach fährt das Fahrzeug zum nächsten auf dem Boden stehenden Container, nimmt diesen ebenfalls wieder auf und bringt ihn auf das eben erwähnte we­ sentlich höhere Stapelniveau, usw..

Gemäß der Erfindung ist nun vorgesehen, ein Erfassungs- und Steuersystem durch ein Kommandosignal, das beispielsweise von Hand ausgelöst werden kann, dazu zu veranlassen, bei dem ersten einer solchen Reihe von einander ähnlichen Arbeitszyklen den zeitlichen Verlauf des Energiebedarfs und -an­ gebots zu erfassen und zu speichern, da zu erwarten ist, daß weitere ähnliche oder gleiche Arbeitszyklen folgen werden.

Bei jedem weiteren Arbeitszyklus kann dann das Erfassungs- und Steuersy­ stem aufgrund der gespeicherten Werte "voraussehen", in welchen Zeitab­ schnitten rückgewinnbare Energie zur Verfügung stehen wird. Somit wird es möglich, den Verbrennungsmotor in seiner Leistungsabgabe mit entsprechen­ dem zeitlichen Vorlauf so zu steuern, daß der Energiespeicher am Beginn von Zeiträumen, in welchen Energie zurückgewonnen werden kann, soviel freie Speicherkapaziät aufweist, daß zumindest der weitaus größte Teil dieser Energie vom Energiespeicher aufgenommen und gespeichert werden kann.

Man kommt somit insgesamt zu einem Leistungs-Management, bei dem der Verbrennungsmotor in Zeiträumen geringen Leistungsbedarfes nur soviel Überschußleistung erzeugt, daß der Energiespeicher mit der vom Dieselmotor abgegebenen Energie nur so weit geladen wird, daß in den entscheidenden Momenten ausreichend freie Speicherkapazität für rückgewonnene Energie zur Verfügung steht.

Da bei unterschiedlichen Arbeitszyklen der zeitliche Verlauf des Energie- bzw. Leistungsbedarfs sehr unterschiedlich sein kann, ist das Erfassungs- und Steuersystem für das Leistungs-Managment als lernendes System ausgebil­ det, das aufgrund des bereits erwähnten Steuerkommandos zumindest im er­ sten einer Folge von Arbeitszyklen, erfoderlichenfalls auch über mehrere sol­ che Arbeitszyklen hinweg die benötigten Parameter erfaßt und registriert.

Als Energiespeicher können auch bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeug die bekannten Arten verwendet werden, wie z. B. hydraulische Druckspeicher, Schwungradspeicher oder elektrische Speicher.

Da zum Einspeisen von Energie in einen hydraulischen Speicher eine elek­ trisch betriebene Pumpe und zum Beschleunigen eines Schwungradspeichers ein Elektromotor zum Einsatz kommen kann, wird vorzugsweise die gesamte vom Verbrennungsmotor erzeugte Energie zunächst mit Hilfe eines Dreh­ stromgenerators mit nachfolgender Gleichrichtung in eine elektrische Gleich­ strom- bzw. Gleichspannungs-Schiene eingespeist. Sowohl für die Fahr- und Hub-Antriebe des Fahrzeugs als auch für eine eventuelle Hydraulikpumpe oder den Antrieb eines Schwungradspeichers können dann Inverter-Motoren zum Einsatz kommen, wobei jeweils die auf der Gleichspannungsschiene zur Verfügung stehende Gleichspannung zerhackt und die hieraus resultierende Wechselspannung zum Antrieb des betreffenden Motors verwendet wird. Durch Variation der Zerhackerfrequenz kann dann auch die Drehzahl bzw. Leistungsaufnahme und -abgabe jedes dieser Motoren individuell gesteuert werden, die in bekannter Weise auch als Generatoren wirken können.

Bei Verwendung eines elektrischen Energiespeichers werden vorzugsweise die zum Glätten der Gleichspannung auf der Gleichspannungsschiene die­ nenden Kondensatoren so groß ausgelegt, daß sie auch als Energiespeicher dienen.

Claims (10)

1. Fahrzeug zum Bewegen von Lasten, insbesondere über kurze hori­ zontale und/oder vertikale Distanzen, das folgende Aggregate aufweist:

• - einen Verbrennungsmotor mit steuerbarer Leistung zur Erzeu­ gung der von den Antrieben des Fahrzeugs benötigten Energie,
• - einen Energiespeicher mit begrenzter Speicherkapazität, in den in Betriebsphasen, in denen ein verminderter Leistungsbedarf besteht, vom Verbrennungsmotor erzeugte Überschußenergie für eine vorübergehende Speicherung eingespeist wird, um in Betriebsphasen mit sehr hohem Leistungsbedarf zusätzlich zu der vom Verbrennungsmotor erzeugten Energie für die Antriebe des Fahrzeuges zur Verfügung zu stehen,
• - wobei die Antriebe des Fahrzeuges so ausgebildet sind, daß sie eine Rückgewinnung der in den sich bewegenden und/oder an­ gehobenen Massen enthaltenen kinetischen und/oder potenti­ ellen Energie und deren Einspeisung in den Energiespeicher ermöglichen,
• - dadurch gekennzeichnet,
• - daß ein Erfassungs- und Steuersystem vorgesehen ist, das auf ein entsprechendes Steuersignal hin den zeitlichen Verlauf des Energiebedarfs und -angebotes eines wählbaren Arbeitszy­ klusses erfaßt und speichert und bei nachfolgenden entspre­ chenden Arbeitszyklen die Leistungsabgabe des Verbren­ nungsmotors so steuert, daß der Energiespeicher zum Beginn von Zeiträumen, in denen von den Antrieben rückgewonnene Energie in ihn eingespeist werden kann, über ausreichend freie Speicherkapazität zur Aufnahme zumindest eines erheblichen Teils dieser rückgewonnen Energie besitzt.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­ brennungsmotor ein Dieselmotor ist.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor einen Stromgenerator als Energiewandler antreibt.

4. Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom­ generator ein Drehstromgenerator ist.

5. Fahrzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stromgenerator ein Gleichrichter nachgeordnet ist und daß die Antrie­ be Inverterantriebe sind, die ihre Energie vom Gleichrichter beziehen und die rückgewonnene Energie in die Gleichspannungsschiene ein­ speisen, von der sie in den Energiespeicher gelangt.

6. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Energiespeicher ein Schwungradspeicher ist.

7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher ein Speicher für elektrische Energie ist.

8. Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ener­ giespeicher eine Kondensatoranordnung ist, die gleichzeitig zum Glät­ ten der vom Gleichrichter abgegebenen elektrischen Spannung dient.

9. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher ein hydraulischer Energiespeicher ist.

10. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es ein Container-Transport- und -Hubfahrzeug ist.