DE4324464A1 - Hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurförderzeuge - Google Patents

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 n_ist wird an einer Additionsstelle 52 (Fig. 5) mit dem Drehzahlsollwert n_soll verglichen. Die Regeldifferenz wird einem Drehzahl­ regler 54 zugeführt, der einen Feldstromsollwert I_fsoll erzeugt. Dieser wird an eine Additionsstelle 56 mit dem Feldstromistwert I_fist 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.