DE4324464A1 - Hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurförderzeuge - Google Patents
Hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene FlurförderzeugeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Hubvor
richtung für batteriebetriebene Flurförderzeuge nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Elektrisch betriebene Flurförderzeuge mit Hubvorrichtungen
weisen normalerweise mindestens einen Hubzylinder auf,
dessen Förderdruck von einem Elektromotor mit angetriebe
ner Pumpe erzeugt wird. Die Hubgeschwindigkeit wird durch
ein entsprechendes Handventil eingestellt, das gleichzei
tig die Drehzahl des Motors vorgibt. Dadurch wird beim
Heben der fast eine Änderung der Hubgeschwindigkeit ohne
wesentliche Drosselverluste erreicht.
Die Senkgeschwindigkeit wird mit Hilfe eines Wegeventils
im Senkzweig eingestellt. Dabei wird die potentielle Ener
gie der fast an der Drosselstelle des Wegeventils in Wärme
umgesetzt und mit dem Fluid in den Tank abgeführt. Es ist
jedoch auch bereits bekannt, die beim Senkvorgang frei
werdende potentielle Energie in elektrische Energie umzu
wandeln und die das Förderzeug versorgende Batterie zu
laden.
Aus der US 3 947 744 ist bekannt, dem Steuerventil für das
Heben des Hydraulikzylinders einen Bypass zuzuordnen, der
im Senkbetrieb geöffnet und über den hydraulischen Motor
eines Hydraulikaggregats geführt wird. Der Hydraulikmotor
treibt einen Induktionsmotor an, der über eine Gleichrich
terschaltung die Batterie auflädt. Das Öffnen des Bypasses
geschieht über ein Bypassventil, das von dem Druck eines
Speichers angesteuert wird, der von dem den Hubzylinder
versorgenden Hydraulikaggregat aufgeladen wird. Bei einer
Umschaltung auf Senkbetrieb im Steuerventil gelangt der
Speicherdruck auf das Bypassventil und öffnet den Bypass.
Bei der bekannten Anordnung ist die maximale Senkgeschwin
digkeit durch eine Drossel in der Leitung vor dem Hydrau
likmotor vorgegeben. Die in dem Hydraulikaggregat umwan
delbare Senkenergie ist daher durch die Größe der Drossel
verluste reduziert. Bei einem Senken ohne fast bewirken
Drossel und Hydraulikmotor, daß unter Umständen die er
wünschte hohe Senkgeschwindigkeit gar nicht erreicht wird.
Es kommt daher zu mehr oder weniger geringen Senkgeschwin
digkeiten.
Aus der DE 26 18 046 ist ebenfalls bekannt, ein separates
aus Hydraulikmotor und Gleichstrommaschine bestehendes
Hydraulikaggregat vorzusehen, das im Senkbetrieb zur Ener
gierückgewinnung eingesetzt wird. Zwar ist aufströmseitig
im Senkbetrieb eine Drossel vor dem Hydraulikmotor ange
ordnet, sie befindet sich indessen zwischen einem handge
steuerten Steuerventil und dem Hydraulikmotor, so daß die
Senkgeschwindigkeit allein durch die Einstellung des Hand
ventils erreicht wird. Es fehlt daher an einer entspre
chenden Sicherheitsvorkehrung, die verhindert, daß bei
einem Leck oder Platzen einer Leitung der Hubzylinder eine
unzulässig hohe Senkgeschwindigkeit erreicht.
In der DE 27 24 383 ist ebenfalls ein besonderes Hydrau
likaggregat für die Energierückgewinnung beschrieben, das
eine Verbindung des Hydraulikmotors mit dem Senkzweig des
handbetätigten Steuerventils vorsieht, wobei zwischen dem
Steuerventil und dem Hubzylinder eine verstellbare Drossel
angeordnet ist zur Einstellung einer vorgegebenen Senkge
schwindigkeit auch bei maximal geöffnetem Steuerventil.
Dem Senkzweig ist ein Hydraulikspeicher zugeordnet, gegen
dessen Druck das vom Hubzylinder kommende Medium anströmt,
um eine dosierte Zuführung zum Hydraulikmotor zu erhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrauli
sche Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurförderzeuge
mit einer Wiedergewinnung der potentiellen Energie des
Hubzylinders im Senkbetrieb zu schaffen, bei welcher auch
bei kleinen Lasten ausreichend hohe Senkgeschwindigkeiten
erreichbar sind, die jedoch im Senkbetrieb mit Last zu
einer ausreichenden Energierückgewinnung führt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Patentanspruchs 1 bzw. Patentanspruchs 4 gelöst.
Bei der Erfindung ist ein volumenstromabhängig gesteuertes
Umschaltventil zwischen dem Hubzylinder und dem Steuerven
til angeordnet. Der hydraulische Motor des zweiten Hydrau
likaggregates ist in einem vom Umschaltventil gesteuerten
Bypass angeordnet, wobei der Bypass geöffnet wird, wenn
der Volumenstrom einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
Wird beim Senken der Gabeln ohne oder mit sehr geringer
Last die Soll-Geschwindigkeit nicht erreicht, so bleibt
das Umschaltventil auf den Bypass geschaltet, und der Ge
nerator braucht nicht angetrieben zu werden. Dadurch sind
die Widerstände minimiert; die maximale Senkgeschwindig
keit ohne Last wird erreicht. Ist der Fluidstrom beim Sen
ken mit Teil- bis Nennlast ausreichend hoch, so wird der
Fluidstrom auf den Hydromotor, der den Generator antreibt,
geschaltet und die Senkenergie zurückgewonnen. Der Ar
beitsbereich, in dem Energie zurückgewonnen werden kann,
ist relativ groß. Wenn gemäß einer Ausgestaltung der Er
findung das Umschaltventil selbsttätig volumenabhängig
umschaltet und die für die Steuerung notwendige Drossel
Bestandteil des Umschaltventils ist, dann kann die Drossel
mit einem relativ großen Durchströmquerschnitt versehen
werden, so daß die Drosselverluste während der Rückgewin
nung minimiert sind. Nach einer Ausgestaltung der Erfin
dung kann der zum ersten Hydraulikaggregat gehörende elek
trische Motor als Reihenschlußmaschine ausgeführt werden,
während der elektrische Generator des zweiten Hydraulik
aggregats vorzugsweise eine fremderregte Gleichstromma
schine ist.
Um eine maximale Senkgeschwindigkeit über das zweite Hy
draulikaggregat zu realisieren, wird nach einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung der elektrische Generator über
eine geeignete Drehzahlregelung auf eine konstante Dreh
zahl geregelt. Dies geschieht vorzugsweise über die Ver
stellung der Erregung der fremderregten Gleichstrommaschi
ne in Abhängigkeit von der Drehzahl, die mit Hilfe eines
geeigneten Drehzahlsensors ermittelt wird. Senkgeschwin
digkeiten unterhalb der vorgegebenen Generatordrehzahl
werden dann über die ventilhebelstellungsabhängige Dros
selstelle im manuell betätigten Steuerventil erreicht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen
näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung der Hub
vorrichtung nach der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Schaltungs
anordnung der Hubvorrichtung nach der Erfindung.
Fig. 3 zeigt die Arbeitskennlinien der Hubvorrichtung nach
Fig. 2.
Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des
Generators der Vorrichtung nach Fig. 1 oder 2.
Fig. 5 zeigt schematisch ein Blockschaltbild der Regelung
des Generators nach Fig. 4.
Ein Hubzylinder 10 eines nicht näher dargestellten Hub
staplers oder dergleichen wird von einer Pumpe 12 über ei
nen Ventilblock 14 mit Hydraulikmedium versorgt, das die
Pumpe aus einem Tank 16 ansaugt. Die Pumpe 16 wird von ei
ner Gleichstrommaschine 18 angetrieben, die eine Reihen
schlußmaschine sein kann. Ein Überdruckventil 20 führt das
Medium über ein Filter 22 zum Tank 16 zurück bei Erreichen
eines entsprechenden Druckes. Über den Ventilblock 14 wer
den auch Nebenfunktionen versorgt, wie bei 24 durch ein
zelne Leitungen angedeutet.
Im Falle des Hebens gelangt das Medium über das handbetä
tigte Ventil 14 und ein Kugelrückschlagventil 26 zum Hub
zylinder 10. Die Drehzahl des Reihenschlußmotors 18 wird
von der nicht näher dargestellten Motorsteuerung, die als
Tiefsetzstelle arbeitet, ventilhebelstellungsabhängig ge
steuert. Außerdem ist im Ventil 14 eine ventilhebelstel
lungsabhängige Drosselstelle angeordnet, so daß die beiden
erwähnten Maßnahmen eine ventilhebelstellungsabhängige
Hubgeschwindigkeit ermöglichen.
Der Motor 18 wird mit einer Drehzahl betrieben, die sich
aus zwei Drehzahlkomponenten zusammensetzt. Zunächst wird
ein konstanter Drehzahlwert für die Versorgung der Neben
funktionen 24 eingestellt, zu dem dann eine ventilhebel
stellungsabhängige Drehzahlkomponente zur Versorgung der
Hubfunktion hinzu addiert wird. Dadurch können Hub- und
Nebenfunktionen mit einem Minimum an Drosselverlusten pa
rallel versorgt werden. Eine ventilhebelstellungsabhängige
Nebenfunktionsgeschwindigkeit wird über nicht gezeigte
Drosselstellen im Ventil 14 ermöglicht. Der überschüssige
Volumenstrom wird über das Filter 22 in den Tank 16 zu
rückgeleitet.
Zwischen dem Hubzylinder 10 und dem Ventil 14 sind ein vo
lumenstromabhängiges Schaltventil 28 und ein zweites Hy
draulikaggregat 30 angeordnet, wobei letzteres aus einem
Hydraulikmotor 32 und einer Gleichstrommaschine 34 be
steht, die fremderregt ist. Der Hydraulikmotor 32 liegt
parallel zu einer Leitung 34, welche das Schaltventil 28
direkt mit dem Ventil 14 verbindet. Eine dritte parallele
Leitung 36 enthält ein Rückschlagventil 38.
Beim Senken wird der Volumenstrom vom Zylinder 10 über das
Schaltventil 28, das eine einstellbare Drossel enthält,
das Ventil 14 mit der ventilstellungsabhängigen Drossel
stelle und das Filter 12 in den Tank 16 geleitet. Eine va
riable Senkgeschwindigkeit wird über die schon erwähnte
ventilhebelstellungsabhängige Drosselstelle im handbetä
tigten Ventil 14 erhalten. Überschreitet der Volumenstrom
über das Schaltventil 28 einen eingestellten Sollwert,
schaltet es den Volumenstrom auf den Hydromotor 32, der
die fremderregte Gleichstrommaschine 34 als Generator an
treibt. Der Generator wird beschleunigt, bis die Anker
spannung die Batteriespannung erreicht.
Anhand der Fig. 4 und 5 soll die elektrische Steuerung
beim Senkbetrieb näher erläutert werden.
Der mit einer Diode 40 in Reihe liegende Generator ist pa
rallel zur Batterie 42 des nicht gezeigten Förderfahrzeugs
geschaltet. Zum Generator 34 gehört ein Drehzahlsensor 42,
der hier als Tachogenerator dargestellt ist. Es kann je
doch auch ein anderer beliebiger Drehzahlsensor verwendet
werden. Über ein Mosfet 44 liegt die Erregerspule 46 des
Generators 34 an den Klemmen der Batterie 42, wobei je
weils parallel zur Feldwicklung 46 und parallel zum Tran
sistor 44 eine Diode 48 bzw. 50 parallel geschaltet ist.
Die vom Drehzahlsensor 42 gemessene Drehzahl nist wird an
einer Additionsstelle 52 (Fig. 5) mit dem Drehzahlsollwert
nsoll verglichen. Die Regeldifferenz wird einem Drehzahl
regler 54 zugeführt, der einen Feldstromsollwert Ifsoll
erzeugt. Dieser wird an eine Additionsstelle 56 mit dem
Feldstromistwert Ifist verglichen. Die Regeldifferenz wird
einem Feldstromregler 58 zugeführt, der daraus ein puls
weitenmoduliertes Stellsignal für den Transistor 44 in der
Weise erzeugt, daß sich der gewünschte Feldstrom in der
Feldwicklung 46 einstellt. Der Feldstrom fließt während
der Phase, in der der Transistor 44 leitet, von der Batte
rie 42 durch die Feldspule 46 und den Transistor 44 zur
Batterie 42 zurück. Ist der Transistor 44 gesperrt, fließt
der von der Induktivität der Feldspule 48 getriebene Strom
über die Freilaufdiode 48.
Wie schon erwähnt, ist der Anker des Generators 34 direkt
über die Diode 40 an die Batterie 42 angeschlossen, so daß
eine generatorische Zurückspeisung nur erfolgt, wenn die
Quellenspannung die Batteriespannung übersteigt. Da die
Gleichstrommaschine 18 (Fig. 1) während des oben beschrie
benen Senkvorgangs nicht aktiv ist, kann das Hydraulik
aggregat zur Bedienung der Nebenfunktionen 24 während des
Senkvorgangs eingesetzt werden. Die Pumpe fördert das
Fluid aus dem Tank 16 zur Versorgung der Nebenfunktionen
24 zum Ventil 14, wobei die Geschwindigkeit der Nebenfunk
tionen 24 über die ventilhebelstellungsabhängigen Drossel
stellen im Ventil 14 variiert wird.
In der Ausführungsform nach Fig. 2 werden die Teile, die
mit denen von Fig. 1 übereinstimmen, mit gleichen Bezugs
zeichen versehen, denen ein Index a hinzugefügt ist.
Der fremderregte Gleichstrommotor 18a treibt die Pumpe 12a
an, die das Fluid vom Tank 16a über das handbetätigte Ven
til 14a und ein Zweiwegestromregelventil 28a in den Hubzy
linder 10a fördert. Die Drehzahl des Motors 18a wird ven
tilhebelstellungsabhängig über eine Steuerung, die als
Tiefsetzsteller arbeitet, gesteuert. Außerdem ist im Ven
til 14a eine ventilhebelstellungsabhängige Drosselstelle
angeordnet, so daß eine ventilhebelstellungsabhängige Hub
geschwindigkeit erhalten wird. Die Versorgung der Neben
funktionen 24a erfolgt in der gleichen Weise wie in Ver
bindung mit Fig. 1 beschrieben, so daß nicht erforderlich
ist, hierauf näher einzugehen.
Der Senkvorgang wird in zwei Betriebsbereiche unterteilt.
Der Volumenstrom wird vom Hubzylinder 10a über das Zwei
wegestromregelventil 28a, die Leitung 34a, das Ventil 14a
mit ventilstellungsabhängiger Drosselstelle, die Leitung
60, ein volumenstromabhängiges Schaltventil 62 und
das Ölfilter 22 zum Tank 16a geleitet. Eine variable Senk
geschwindigkeit wird über die ventilhebelstellungsabhängi
ge Drosselstelle im Ventil 14a erreicht.
Bei einem größeren Volumenstrom entsteht über das Stromre
gelventil 28a ein Druckabfall, der sich als Druckdifferenz
zwischen einer Steuerleitung 64 für das Schaltventil 62
und eine Steuerleitung 68 zwischen Stromregelventil 28a
und Schaltventil 62 einstellt. Der höhere Druck in der
Leitung 64 betätigt das Ventil 62 gegen eine Feder und den
Druck in der Steuerleitung 68. Das Ventil 62 wird darauf
hin geschlossen. Vom Ventil 28a fließt der Volumenstrom
nun weiter zum Ventil 14a, dessen Drosselstelle ganz ge
öffnet ist, damit der Druckverlust in diesem Ventil gering
ist. Vom Ventil 14a fließt der Volumenstrom zum Hydromotor
32a, der den Generator 34a antreibt. Vom Hydromotor fließt
der Volumenstrom über das Filter 22a zum Tank 16a. Die
Steuerung des Generators 34a erfolgt in der gleichen Wei
se, wie in Verbindung mit den Fig. 1, 4 und 5 beschrie
ben.
In Fig. 3 ist die Kennlinie des Stromregelventils 28a dar
gestellt. Die Kennlinie 70 gibt den Verlauf im Senkbetrieb
und die Kennlinie 72 gibt den Verlauf im Hebenbetrieb an.
Der oben beschriebene Feinsteuerbereich 74 erstreckt sich
über einen Bereich relativ geringen Volumenstroms bzw. ge
ringer Druckdifferenz. Der Arbeitsbereich für den Genera
tor 34a ist mit 76 gekennzeichnet. Die Menge der zurückge
winnbaren Energie ist bei der zuletzt beschriebenen Aus
führungsform geringer als bei der Ausführungsform nach
Fig. 1, weil im Zweiwegestromventil 28a Energie vernichtet
wird und daher der Arbeitsbereich kleiner ist.
Claims (9)
1. Hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flur
förderzeuge, mit mindestens einem hydraulischen Hubzy
linder, einem aus elektrischem Motor und hydraulischer
Pumpe bestehenden ersten Hydraulikaggregat und einem
zwischen Pumpe und Hubzylinder angeordneten, eine steu
erbare Drossel enthaltenden Steuerventil zur Einstel
lung der Hub- und Senkgeschwindigkeit, ferner mit einem
aus einem hydraulischen Motor und einem elektrischen
Generator bestehenden zweiten Hydraulikaggregat, wobei
der hydraulische Motor in einem von einem Ventil ge
steuerten Bypass angeordnet und der Generator an die
Klemmen der Batterie angeschlossen ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein volumenstromabhängig gesteuertes Um
schaltventil (28) zwischen dem Hubzylinder (10) und dem
Steuerventil (14) und der hydraulische Motor (32) des
zweiten Hydraulikaggregates (30) in einem vom Umschalt
ventil (28) gesteuerten Bypass angeordnet ist, wobei
der Bypass geöffnet wird, wenn der Volumenstrom einen
vorgegebenen Wert unterschreitet.
2. Hubvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Umschaltventil (28) als selbsttätig volumenab
hängig abschaltbar ausgebildet ist.
3. Hubvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drossel des Umschaltventils (28) gleichzeitig
als Sicherungsorgan dient und unmittelbar am Hubzylin
der (10) angeordnet ist.
4. Hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flur
förderzeuge, mit mindestens einem hydraulischen Hubzy
linder, einem aus elektrischem Motor und hydraulischer
Pumpe bestehenden ersten Hydraulikaggregat und einem
zwischen Pumpe und Hubzylinder angeordneten, eine steu
erbare Drossel enthaltenden Steuerventil zur Einstel
lung der Hub- und Senkgeschwindigkeit, ferner mit einem
aus einem hydraulischen Motor und einem elektrischen
Generator bestehenden zweiten Hydraulikaggregat, wobei
der hydraulische Motor in einem von einem Ventil ge
steuerten Bypass angeordnet und der Generator an die
Klemmen der Batterie angeschlossen ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen der Ablaufseite des Steuerven
tils (14a) und dem Tank (16a) der Pumpe (32a) des
ersten Hydraulikaggregats der hydraulische Motor (32a)
des zweiten Hydraulikaggregats geschaltet ist und dem
hydraulischen Motor (32a) ein Bypass zugeordnet ist,
der im Senkbetrieb volumenstrom- oder staudruckabhängig
gesteuert wird, wobei der Bypass geöffnet wird, wenn
der Volumenstrom oder Staudruck einen vorgegebenen Min
destwert unterschreitet.
5. Hubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß der elektrische Motor des
ersten Hydraulikaggregats ein Reihenschlußmotor (18,
18a) ist.
6. Hubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß der elektrische Generator
(34, 34a) des zweiten Hydraulikaggregats eine fremder
regte Gleichstrommaschine ist.
7. Hubvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Drehzahlregelung für den Generator (34, 34a)
vorgesehen ist, die auf den Erregerstrom wirkt.
8. Hubvorrichtung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Generator (34, 34a) auf konstante
Drehzahl geregelt wird.
9. Hubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da
durch gekennzeichnet, daß der Generator (34) nur über
eine Diode (40) auf die Batterie (42) geschaltet ist.
Priority Applications (1)
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DE19934324464 DE4324464C2 (de) | 1993-07-21 | 1993-07-21 | Hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurförderzeuge |
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