Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Hubvorrichtung
der genannten Art zu schaffen, bei der auch bei nur geringer und/oder langsamer
Positionsveränderung
des hydraulischen Hubzylinders ein übermäßiger Verschleiß der Pumpe zuverlässig vermieden
ist.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer
hydraulischen Hubvorrichtung der genannten Art dadurch gelöst, daß die Steuervorrichtung
eine Sensorvorrichtung zur Erfassung der Hub- bzw. Senkgeschwindigkeit
des Hubzylinders aufweist, wobei die Geschwindigkeit des Hubzylinders
mittels der Drehzahl des Motors regelbar ist, wenn die erfaßte Hubgeschwindigkeit
einen ersten Grenzwert bzw. die erfaßte Senkgeschwindigkeit einen
zweiten Grenzwert überschreitet,
und wobei die Geschwindigkeit des Hubzylinders bei Unterschreiten
der Grenzwerte mittels des Hydrauliköl-Volumenstroms in der Zuführ- bzw.
Rückführleitung
regelbar ist.
Erfindungsgemäß wird die
Drehzahl des Elektromotors zur Regelung der Hub- bzw. Senkgeschwindigkeit
des hydraulischen Hubzylinders nur dann verwendet, wenn der Hubzylinder
ausreichend schnell verstellt wird bzw. die mittels der Sensorvorrichtung
erfaßte
Hubgeschwindigkeit einen vorbestimmten ersten Grenzwert vHG bzw. die Senkgeschwindigkeit einen vorbestimmten
zweiten Grenzwert vSH überschreiten. Die beiden Grenzwerte
können
gleich oder unterschiedlich sein und liegen vorzugsweise in der
Größenordnung
von 0,1 m/sec. Die Grenzwerte sollten so gewählt werden, daß die Pumpe
bei diesen Grenzwerten für
die Geschwindigkeit des Hubzylinders eine Mindestdrehzahl in der
Größenordnung
von 500 min–1 besitzt.
Bei dieser oder einer höheren
Drehzahl ist einerseits ein ausreichend hoher Wirkungsgrad gewährleistet
und insbesondere ein übermäßiger Verschleiß der Pumpe
vermieden. Wenn der Hubzylinder mit einer relativ geringen Geschwindigkeit
unterhalb der genannten Grenzwerte verstellt wird, wie es beispielsweise
beim Anfahren aus der Ruhestellung infolge der Trägheit und
auch bei einer gewählten
Schleichgeschwindigkeit der Fall ist, wird die Geschwindigkeit des
Hubzylinders nicht über
die Drehzahl des Elektromotors und somit der Pumpe, sondern über den
Volumen- bzw. Massenstrom des in der Zuführ- bzw. Rückführleitung strömenden Hydrauliköls verändert.
In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zuführleitung
eine Zweigleitung aufweist, über
die im Lasthebebetrieb Hydrauliköl
aus der Zuführ leitung
abzweigbar ist und daß in der
Zweigleitung ein Stromreglerventil angeordnet ist, mittels dessen
der den Hydraulikzylinder zugeführte
Hydrauliköl-Volumenstrom
veränderbar
ist. Beim Anheben einer Last aus der Ruhestellung wird der Elektromotor
und somit die Pumpe schlagartig auf eine vorgewählte Mindestdrehzahl von beispielsweise
500 min–1 gebracht
und gleichzeitig wird das Stromreglerventil in der Zweigleitung
vollständig
geöffnet. Die Pumpe fördert das Hydrauliköl aus dem Vorratsbehälter in
der Zuführleitung,
wobei ein nicht unerheblicher Teil des Hydrauliköls durch die Zweigleitung mit
dem geöffneten
Stromreglerventil wieder abfließt.
Wenn das Stromreglerventil nun allmählich geschlossen wird, steigt
der Volumenstrom des in der Zuführleitung
dem Hydraulikzylinder zugeführten
Hydrauliköls
an, wodurch der Hubzylinder mit einer größer werdenden Geschwindigkeit
verstellt wird. Wenn die Verstellung des Hubzylinders wieder langsamer erfolgen
soll, wird das Stromreglerventil entsprechend geöffnet und somit mehr Hydrauliköl über die Zweigleitung
aus der Zuführleitung
abgeführt,
so daß der
dem Hubzylinder zugeführte
Hydrauliköl-Volumenstrom
abnimmt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß auch bei sehr geringen und/oder
sehr langsamen Anhebebewegungen des Hubzylinders mit Geschwindigkeiten
unterhalb der vorbestimmten Grenzwerte der Elektromotor bzw. die
Pumpe mit ausreichender Mindestdrehzahl betrieben werden. Falls
nach einem vollständigen
Schließen
des Stromreglerventils und somit der Zweigleitung eine weitere Erhöhung der
Hubgeschwindigkeit des Hubzylinders erwünscht ist, wird diese über eine
Erhöhung
der Drehzahl der Pumpe erreicht.
Die
Erfassung der Hub- bzw. Senkgeschwindigkeit des Hubzylinders erfolgt
mittels der Sensorvorrichtung unmittelbar am Hubzylinder, wobei
entweder mittels eines Wegaufnehmersystems die aktuelle Ist-Position
der Last oder des Hubzylinders erfaßt und daraus unter Berücksichtigung
des zeitlichen Ablaufs die Geschwindigkeit errechnet oder auch die
Geschwindigkeit direkt abgegriffen werden kann.
In
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Rückführleitung ein Stromreglerventil angeordnet
ist, mittels dessen der Volumenstrom des vom Hydraulikzylinder in
den Vorratsbehälter
zurückgeführten Hydrauliköls veränderbar
ist. Beim Absenken des Hubzylinders bzw. der Last mit geringen Senkgeschwindigkeiten
wird die Geschwindigkeitsänderung
alleine durch Änderung
des Durchflußquerschnittes
des Stromreglerventils und somit des Volumen- bzw. Massenstroms
des aus dem Hubzylinder abgeleiteten Hydrauliköls erzielt. Das in der Rückführleitung
strömende
Hydrauliköl
durchströmt auch
einen Hydromotor oder die in diesem Zustand als Hydromotor wirkende
Pumpe, wobei der Elektromotor im Leerlauf dreht. Wenn die Senkgeschwindigkeit
einen Wert oberhalb des vorbestimmten Grenzwertes erreicht, kann
die Änderung
der Senkgeschwindigkeit durch Regelung des Elektromotors auf eine
bestimmte Drehzahl erreicht werden, wodurch ein Gegenmoment erzeugt
ist, wobei bei einer derartigen Senkgeschwindigkeit sichergestellt
ist, daß die Drehzahl
der Pumpe und somit des Elektromotors oberhalb der gerätespezifischen
Mindestdrehzahl von beispielsweise 500 min–1 liegt.
Dabei
wird in diesem Zustand die durch die angehobene Last bedingte potentielle
Energie des Gesamtsystems durch den als Generator wirkenden Elektromotor
in elektrische Energie umgewandelt und der Batterie zugeführt.
Obwohl
für die
Zuführleitung
und die Rückführleitung
jeweils individuelle Stromreglerventile vorgesehen sein können, ist
in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der das Stromreglerventil
aufweisende Leitungsabschnitt der Rückführleitung gleichzeitig Teil der
Zweigleitung ist, so daß das
Stromreglerventil sowohl beim Anheben als auch beim Absenken des
hydraulischen Hubzylinders in genannter Weise wirksam ist.
Im
Lastsenkbetrieb treibt das zum Vorratsbehälter zurückströmende Hydrauliköl einen
Hydromotor. Dieser kann unabhängig
von der Pumpe ausgebildet sein, alternativ ist es jedoch auch möglich, daß die Pumpe
im Lastsenkbetrieb als Hydromotor arbeitet.
Vorzugsweise
ist die Leitungsanordnung so vorgesehen, daß die Pumpe sowohl im Lasthebebetrieb
als auch im Lastsenkbetrieb in der gleichen Richtung von dem Hydrauliköl durchströmt ist und
somit immer in die gleiche Drehrichtung dreht, wobei vorzugsweise
vorgesehen ist, daß auch
der Elektromotor in beiden Betriebszuständen in die gleiche Richtung
dreht. Auf diese Weise läßt sich
der konstruktive Aufwand geringer halten. Darüber hinaus sind aufgrund der
gleichen Drehrichtung des Motors sowohl im Lasthebebetrieb als auch
im Lastsenkbetrieb die Reaktionszeiten bei Änderung der Bewegungsrichtung
wesentlich verkürzt,
wodurch ein genaueres Positionieren möglich ist.
Um
das Aufrechterhalten einer angefahrenen Hubposition sicherzustellen
und um bei Versagen des Systems oder bei einem Stromausfall ein Herabfallen
des hydraulischen Hubzylinders bzw. der Last zu vermeiden, ist in
der Rückführleitung
ein Sperrventil angeordnet sein, das in die Sperrstellung vorgespannt
ist. Bei Stromausfall schließen
das Sperrventil und das Stromreglerventil selbsttätig und verhindern
somit, daß das
Hydrauliköl
aus dem Hydraulikzylinder in den Vorratsbehälter zurückströmt. Dabei ist insbesondere
vorgesehen, daß das
Sperrventil nahe dem Stromreglerventil angeordnet ist. Dabei ist
bei Versagen der Motorregelung beim Senkvorgang die Haltefunktion
durch das Sperrventil und das Stromregler ventil in zweikanaliger
Weise sichergestellt.
Weitere
Einzelheiten der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich, wobei die einzige
Figur ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen hydraulischen Hubvorrichtung
zeigt.
Eine
in Figur dargestellte hydraulische Hubvorrichtung 10 umfaßt einen
Vorratsbehälter 11 für Hydrauliköl, der über eine
aus mehreren Abschnitten L1.1, L1.2 und L1.3 bestehende Zuführleitung
L1 mit zwei hydraulischen Hubzylindern 13 verbunden ist. Die
im folgenden verwendeten Angaben "stromauf" und "stromab" beziehen sich auf eine Ölströmung vom
Vorratsbehälter 11 zu
den Hubzylindern 13, d.h. in Zuführrichtung für den Lasthebebetrieb.
In
dem ersten Abschnitt L1.1 der Zuführleitung L1 ist ein erstes
Rückschlagventil 12 angeordnet,
das eine Ölströmung in
Zuführrichtung,
d.h. zu den Hubzylindern 13 zuläßt und ein Rückströmung verhindert.
Stromab
des ersten Rückschlagventils 12 ist eine
Hydropumpe P angeordnet, die mittels eines Elektromotors M antreibbar
ist, der über
einen Stromanschluß 21 Energie
von einer nicht dargestellten Batterie bezieht. Von der ersten Pumpe
P führt
eine Leckageleitung L3 zurück
in den Vorratsbehälter 11.
Stromab
der Pumpe P schließt
sich ein zweiter Abschnitt L1.2 der Zuführleitung L1 an, der zu einem
Sperrventil 15 führt,
das zwischen einer Offenstellung, in der eine Strömung in
beide Richtungen möglich
ist, und einer Sperrstellung verstellbar ist, in der nur eine Ölströmung in
Zuführrichtung,
d.h. zu den Hubzylindern 13, möglich und eine Rückströmung unterbunden
ist. Das Sperrventil 15 ist in mechanischer Weise beispielsweise
mittels einer Feder in eine Sperrstellung vorgespannt, die es bei
einem eventuellen Stromausfall selbsttätig einnimmt.
Zwischen
der Pumpe P und dem Sperrventil 15 ist ein zweites Rückschlagventil 14 angeordnet, das
ebenfalls nur eine Ölströmung in
Zuführrichtung, d.h.
zu den Hubzylindern 13 zuläßt und eine Rückströmung verhindert.
An
das Sperrventil 15 schließt sich ein dritter Abschnitt
L1.3 der Zuführleitung
L1 an, die an ihrem stromab gelegenen Ende in zwei Verbindungsleitungen
L4.1 und L4.2 verzweigt, die jeweils zu einem der hydraulischen
Hubzylinder 13 führen.
Im
dritten Abschnitt L1.3 der Zuführleitung
L1 zweigt eine Ablaßleitung
L5 ab, die ein normalerweise geschlossenes Ventil 17 aufweist
und in den Vorratsbehälter 11 zurückführt.
Zwischen
dem zweiten Rückschlagventil 14 und
dem Sperrventil 15 zweigt von dem zweiten Abschnitt L1.2
der Zuführleitung
L1 eine Zweigleitung L2 ab, in der ein Stromreglerventil 16 angeordnet
ist und die zwischen dem ersten Rückschlagventil 12 und
dem Pumpe P in den ersten Abschnitt L1.1 der Zuführleitung L1 mündet.
Vom
zweiten Abschnitt L1.2 der Zuführleitung
L1 zweigt zwischen der Pumpe P und dem zweiten Rückschlagventil 14 eine Überbrückungsleitung L6
ab, in der ein Druckbegrenzungsventil 19 angeordnet ist
und die in die Ablaßleitung
L5 zwischen dem Ventil 17 und dem Vorratsbehälter 11 mündet. Von
der Überbrückungsleitung
L6 zweigt eine ebenfalls in die Ablaßleitung L5 mündende Bypassleitung L7
ab, in der ein weiteres Sperrventil 18 angeordnet ist.
Auch dieses weitere Sperrventil 18 ist zwischen einer Offenstellung,
in der eine Strömung
in beide Richtungen möglich
ist, und einer Sperrstellung verstellbar, in der nur eine Strömung von
der Ablaßleitung
L5 zu dem zweiten Abschnitt L1.2 der Zuführleitung L1 möglich und
eine Strömung
in Gegenrichtung unterbunden ist.
Den
beiden Hubzylindern 13 ist jeweils eine nur schematisch
dargestellte Sensorvorrichtung 20 zugeordnet, die die aktuelle
Position der Hubzylinder 13 bzw. der Last erfaßt und ein
entsprechendes Steuersignal an eine Verarbeitungseinheit gibt, in
der die Hub- oder Senkgeschwindigkeit der Hubzylinder errechnet
wird.
Im
folgenden werden unterschiedliche Betriebsweisen der Hubvorrichtungen 10 erläutert:
Im
Lasthebebetrieb, d.h. zum Anheben der Hubzylinder 13 muß Hydrauliköl aus dem
Vorratsbehälter 11 durch
die Zuführleitung
L1 in die entsprechende Kammer der Hubzylinder 13 gefördert werden.
Ausgehend von einem Stillstand der Hubzylinder 13 wird das
Stromreglerventil 16 in der Zweigleitung 8 vollständig geöffnet und
gleichzeitig wird der Elektromotor M mit der Pumpe P auf eine Mindestdrehzahl
von 500 min–1 gebracht.
Das von der Pumpe P aus dem Vorratsbehälter 11 über den
ersten Abschnitt L1.1 der Zuführleitung
L1 angesaugte und über
den weiterführenden
zweiten Abschnitt L1.2 geförderte
Hydrauliköl wird
in diesem Zustand vollständig
oder zumindest annähernd
vollständig über die
Zweigleitung L2 aufgrund des vollständig geöffneten Stromreglerventils 16 in
einen stromauf der Pumpe P liegenden Bereich der Zuführleitung
L1 zurückgeführt. Anschließend wird
das Stromreglerventil 16 allmählich geschlossen, wodurch
ein zunehmender Anteil des von der Pumpe P geförderten Volumenstroms an Hydrauliköl durch
den dritten Abschnitte L1.3 der Zuführleitung und die Versorgungsleitungen
L4.1 und L4.2 zu den Hubzy lindern 13 gelangt, wodurch diese
zunächst langsam
und dann mit zunehmender Geschwindigkeit angehoben werden. Eine
Erhöhung
der Hubgeschwindigkeit wird durch eine Verringerung des Durchflußquerschnittes
des Stromreglerventils 16 und die damit verbundene Erhöhung des
Volumenstroms an Hydrauliköl
zu den Hubzylindern 13 erreicht. Entsprechend kann die
Hubgeschwindigkeit verringert werden, indem der Strömungsquerschnitt des
Stromreglerventils vergrößert und
somit der Volumenstrom an Hydrauliköl zu den Hubzylindern verringert
wird. Die auf diese Weise einzustellende maximale Hubgeschwindigkeit
wird bei vollständigem Schließen des
Stromreglerventils 16 erreicht. Wenn eine weitere Erhöhung der
Hubgeschwindigkeit der Hubzylinder 13 gewünscht ist,
kann diese über
eine Erhöhung
der Drehzahl des Elektromotors M und somit der Pumpe P erreicht
werden.
Die Änderung
der Hubgeschwindigkeit der Hubzylinder 13, die entweder über eine
Ansteuerung des Stromreglerventils 16 zwecks Veränderung
des Durchflußquerschnittes
oder durch eine Ansteuerung des Elektromotrs zwecks Änderung
der Drehzahl erfolgt, wird dabei in Abhängigkeit der aktuellen Hubgeschwindigkeit
vorgenommen, die über
die Sensorvorrichtungen 20 festgestellt wird. Wenn die
aktuelle Hubgeschwindigkeit unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes
vHG liegt, erfolgt die Änderung der Hubgeschwindigkeit
alleine durch Ansteuerung des Stromreglerventils. Wenn die aktuelle
Hubgeschwindigkeit oberhalb des Grenzwertes vHG liegt,
erfolgt die Änderung
der Hubgeschwindigkeit alleine durch Ansteuerung des Elektromotors
M, wobei in diesem Zustand sichergestellt ist, daß die Drehzahl
des Elektromotors M oberhalb einer Mindestdrehzahl von beispielsweise
500 min1 liegt.
Beim
Lastsenkbetrieb, d.h. dem Absenken. der Hubzylinder 13,
muß das
Hydrauliköl
aus den Hubzylindern in den Vorratsbehälter 11 zurückgefördert werden.
Zu diesem Zweck werden das Sperrventil 15 und das Stromreglerventil 16 geöffnet. Das Hydrauliköl kann dann
aus den Hubzylindern 13 über die Versorgungsleitungen
L4.1 und L4.2, den dritten Abschnitt L1.3 der Zuführleitung
L1 und durch das Sperrventil 15 in die Zweigleitung L2
einströmen,
wobei es durch das Stromreglerventil 16 strömt und in den
ersten Abschnitt L1.1 der Zuführleitung
L1 einströmt.
An einem direkten Rückströmen in den
Vorratsbehälter 11 ist
das Hydrauliköl
durch das erste Rückschlagventil 12 gehindert.
Das Hydrauliköl durchströmt dann
die Pumpe P, die in diesem Zustand als Hydromotor arbeiten kann,
und tritt in die Überbrückungsleitung
L6 und von dieser über
die Bypassleitung L7 und das geöffnete
weitere Sperrventil 18 in die zum Vorratsbehälter 11 führende Ablaßleitung
L5 ein. Bei kleinen Senkgeschwindigkeiten der Hubzylinder 13,
die durch die Sensorvorrichtungen 20 erfaßt werden,
wird die Rückströmung des
Hydrauliköls
alleine durch Ansteuerung des Stromreglerventils 16 in
der Zweigleitung L8 erreicht. Der Elektromotor, der von der als
Hydromotor wirkenden, von dem Hydrauliköl in der gleichen Richtung
wie beim Lasthebebetrieb durchströmten Pumpe P angetrieben wird,
arbeitet dabei im Leerlauf, so daß das Hydrauliköl drucklos
in den Vorratsbehälter 11 eingeleitet
wird. Eine Veränderung
der Senkgeschwindigkeit kann dabei durch Veränderung des Durchflußquerschnitts
des Stromreglerventils 16 erreicht werden. Bei vollständiger Öffnung des
Stromreglerventils 16 drehen die Pumpe P und der Elektromotor
M mit einer Drehzahl entsprechend der Mindestdrehzahl, beispielsweise
500 min1. Die zugehörige Senkgeschwindigkeit der
Hubzylinder 13 entspricht dem Grenzwert vSG.
Wenn
eine größere Senkgeschwindigkeit
gewünscht
ist, erfolgt deren Veränderung über die
Ansteuerung der Dreh zahl des Elektromotors M zur Erzeugung eines
Gegenmomentes, wobei das die Pumpe P durchströmende und antreibende Hydrauliköl den in
diesem Zustand als Generator wirkenden Elektromotor treibt, wobei
ein Energieüberschuß am Elektromotor
M abgenommen und über
die Leitung 21 in die Batterie gespeist wird.