DE4402653A1 - Hydraulische Hubvorrichtung über drehbetriebene Flurförderzeuge - Google Patents
Hydraulische Hubvorrichtung über drehbetriebene FlurförderzeugeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Hubvor
richtung für batteriegetriebene Flurförderzeuge nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei derartigen hydraulischen Hubvorrichtungen wird die
Druckmittelquelle von einer Konstantpumpe gebildet, die
von einem Elektromotor angetrieben ist. Die Drehzahl des
Motors wird in Abhängigkeit von der Stellung des Ventil
hebels gesteuert. Dadurch wird beim Heben der Last eine
Änderung der Hubgeschwindigkeit ohne wesentliche Drossel
verluste erreicht. Es ist bekannt, die Senkgeschwindigkeit
ebenfalls ventilhebelstellungsabhängig zu machen, und zwar
über ein Wegeventil im Senkzweig. Dabei wird die poten
tielle Energie der Last an der Drosselstelle des Wegeven
tils in Wärme umgesetzt und mit dem Hydraulikmedium in den
Tank abgeführt. Es ist jedoch auch schon bekanntgeworden,
die Motorpumpeneinheit während der Senkphase für die Über
nahme der Lasthaltefunktion einzusetzen und einen Teil der
potentiellen Energie der Last über den generatorisch ar
beitenden Elektromotor in die Batterie zurückzuwerfen.
Aus DE 20 14 605, DE 26 18 046, DE 30 18 156 ist bekannt,
die Senkgeschwindigkeit über hydraulische Speicher oder
über Drosselstellen einzustellen. Alternativ arbeitet der
Motor in nur einem Arbeitsgang. Dadurch hat der Elektro
motor im generatorischen Bereich nur einen sehr einge
schränkten Betriebsbereich. Aus der US 3 947 744 ist
bekannt, im Senkbetrieb den Elektromotor durch eine ein
fache Feldregelung zu steuern und aus DE 36 02 551 einen
Reihenschlußmotor zu verwenden, der in einem eingeschränk
ten Betriebsbereich arbeitet. Die Betriebsbereiche, die
nicht über den generatorisch betriebenen Elektromotor
abgedeckt werden, müssen weiter über hydraulische Drossel
stellen abgedeckt werden, wobei die potentielle Energie
der Last naturgemäß nicht nutzbar ist.
Bei Flurförderzeugen sind meistens zusätzliche Verbraucher
mit hydraulischem Druck zu versorgen. Es ist bekannt,
diese hydraulischen Verbraucher ebenfalls über die Hydraulikpumpe
zu bedienen, indem für die Versorgung der Neben
funktionen ein konstanter Drehzahlwert eingestellt wird,
zu dem dann die ventilhebelstellungsabhängige Drehzahlkom
ponente zur Versorgung der Hubfunktion addiert wird. Im
Senkbetrieb kann die Hydraulikpumpe nicht gleichzeitig als
Generator arbeiten und die Nebenfunktionen versorgen. Es
ist daher aus der US 3 947 744 auch bekannt, zur Versor
gung der Nebenfunktionen eine ,zusätzliche Motorpumpenein
heit vorzusehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische
Hubvorrichtung für batteriegetriebene Flurförderzeuge zu
schaffen, bei der die Antriebsmaschine für die Hydraulik
pumpe über den gesamten Arbeitsbereich, den die hydrauli
sche Anlage beim Heben und Senken der Last erfordert, be
trieben wird, ohne daß zur Versorgung der Nebenfunktionen
eine zusätzliche Motorpumpeneinheit nötig wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs
1 bzw. des Patentanspruchs 9 gelöst.
Bei der Erfindung nach Patentanspruch 1 wird eine fremd
erregte Gleichstrommaschine vorgesehen, die nach einer
Ausgestaltung der Erfindung eine Regelung der Erreger- und
Ankerspannung unabhängig voneinander vorsieht. Zu diesem
Zweck kann eine separate Feldstromregelungseinrichtung
vorgesehen werden mit einem Sollwertgeber, der aus vorge
gebenen Beziehungen von Drehzahl und Ankerstrom den Soll
wert für den Feldstrom ermittelt, wobei der Feldwicklung
und dem Anker von der Regeleinrichtung stellbare Leistungs
schalter zugeordnet sind, deren Anordnung und Ansteuerung
die Größe und die Richtung des Stroms durch Anker und
Feldwicklung vorgeben und die Steuervorrichtung einen
Richtungsgeber für Heben und Senken aufweist.
Erfindungswesentlich ist ferner, daß der Senkzweig zwi
schen der Ventilanordnung und einer Verbindung zwischen
einem Rückschlagventil und dem Eingang der Hydraulikpumpe
vorgesehen ist, wobei für den weiteren hydraulischen Ver
braucher die Hydraulikpumpe sorgt. Dadurch wird die Gleich
strommaschine stets in der gleichen Drehrichtung betrieben
unabhängig davon, ob Hub- oder Senkbetrieb vorliegt. Der
hydraulische Verbraucher kann dann direkt mit der hydrau
lischen Energie aus dem Senkvorgang versorgt werden, so
daß Wirkungsgradverluste über zusätzliche Energiewandlun
gen vermieden werden.
Bei der Erfindung erfolgt eine lastunabhängige Steuerung
der Senkgeschwindigkeit sowohl im generatorischen Betrieb
der Gleichstrommaschine als auch bei einer Steuerung
allein über die Ventilanordnung. Die Lasthaltefunktion
kann durch das handbetätigte Steuerventil realisiert wer
den, das stetig verstellbar ist und daher eine sehr fein
fühlige Regulierung der Hub- und Senkgeschwindigkeit er
möglicht.
Der Normalfall beim Senken ist der, daß die Versorgung des
zusätzlichen hydraulischen Verbrauchers durch die hydrau
lische Energie aus dem Senkvorgang stattfinden kann. Der
überschüssige Volumenstrom wird dann in den Tank abgeführt.
Es ist jedoch auch denkbar, daß während des Senkvorgangs
zwar der Druck größer ist als für die Versorgung des zu
sätzlichen Verbrauchers erforderlich, jedoch ein zu klei
ner Volumenstrom bereitsteht. Die Drehzahlregelung bewirkt,
daß der Elektromotor die Pumpe antreibt. Um zu verhindern,
daß dadurch die Senkgeschwindigkeit zu groß wird, sieht
eine Ausgestaltung der Erfindung im Senkzweig einen hy
draulischen Volumenstrombegrenzer vor, der den Volumen
strom aus dem Hydraulikzylinder am Eingang auf einen über
die Ventilhebelstellung vorgegebenen Wert begrenzt. Die
ser kann von einer Druckwaage gebildet sein, die vom Volumenstrom
und dem Eingangsdruck der Steuerventilanord
nung gesteuert wird. Bei dieser Konstellation ist sicher
gestellt, daß die Senkgeschwindigkeit annähernd konstant
bleibt. Sowie die Durchflußmenge in der Druckwaage einen
bestimmten Wert im Verhältnis zur Ventilhebelstellung am
Steuerventil überschreitet, beginnt die Druckwaage zu
regeln. Sie arbeitet in Verbindung mit der Drosselstelle
im Steuerventil wie ein Zweiwegemengenregler und hält so
die eingestellte Senkgeschwindigkeit konstant. Auf diese
Weise wird ferner sichergestellt, daß die Hydraulikpumpe
über das Rückschlagventil ansaugen kann. Vorzugsweise wird
bei dieser Betriebsart eine konstante Drehzahl geregelt,
die so bemessen ist, daß der von der Pumpe geförderte Vo
lumenstrom ausreicht, den maximalen Volumenstrombedarf des
zusätzlichen Verbrauchers zu decken. Eine ventilhebel
stellungsabhängige Geschwindigkeit oder Drehzahl des zu
sätzlichen Verbrauchers wird über ein zusätzliches Steuer
ventil eingestellt, wobei der überschüssige Volumenstrom
in den Tank zurückgeleitet wird.
Schließlich kann auch der Fall eintreten, daß sowohl der
Druck als auch der Volumenstrom während des Senkvorgangs
kleiner ist als für die Nebenfunktion erforderlich. Für
diesen Fall sieht eine Ausgestaltung der Erfindung die
Anordnung eines Schaltventils zwischen Druckbegrenzer und
Hydraulikpumpe vor. Das Schaltventil lenkt das Hydraulik
medium direkt zum Tank, wenn Druck und Volumen im Senk
zweig kleiner sind als für die Versorgung des hydrauli
schen Verbrauchers erforderlich. Die Kombination aus
Druckwaage und Schaltventil arbeitet dann wie ein Zwei
wegemengenregler. Die Versorgung des zusätzlichen hydrau
lischen Verbrauchers erfolgt in gleicher Weise, wie bereits
beschrieben.
Das Hubgerüst eines hydraulischen Förderzeugs besteht u. a.
aus einem Freihubzylinder und, mindestens einem Masthub
zylinder. Das Ölvolumen des Freihubzylinders wird beim
Senkvorgang erst entleert, nachdem der Masthubzylinder
ganz eingefahren ist und damit kein Ölvolumen mehr ent
hält. Dadurch entsteht ein Übergang zwischen dem Senkvor
gang im Masthub und im Freihub. Durch die unterschied
lichen Zylinderflächen im Masthub und Freihub entstehen
bei gleicher Generatordrehzahl unterschiedliche Senkge
schwindigkeiten. Um dies auszugleichen, wird nach einer
Ausgestaltung der Erfindung sensiert, ob sich das Hubge
rüst im Mast- oder Freihubbereich befindet, und es werden
dann Proportionalitätsfaktoren zwischen Senkgeschwindig
keitssollwert und Motordrehzahl in der Steuerung verändert,
so daß die gleiche Senkgeschwindigkeit im Mast- und Frei
hub erreicht wird.
Aus "Microprocessor-based High-Efficiency Drive of a DC
Motor" aus IEEE Transactions on Industrial Electronics
Vol. IE 34 No. 4. November 1987, Seiten 433 bis 440 ist
bekanntgeworden, Anker und Feld einer Gleichstrommaschine
dadurch zu steuern bzw. zu regeln, daß der Sollwert für
den Feldstrom aus vorgegebenen Beziehungen von Drehzahl
und Ankerstrom, hier des Ankerstromistwerts, ermittelt
wird. Hierzu ist ein entsprechender Algorithmus bzw. eine
entsprechende Tabelle vorzusehen.
Die Steuerung bzw. die Sollwertvorgabe für die Hubvorrich
tung erfolgt durch ein elektrisches Signal, beispielsweise
über ein handbetätigtes Potentiometer, wobei zusätzlich
ein Richtungsgeber vorzusehen ist, dessen Signale den
Betriebsvorgang Heben bzw. Senken anzeigen. In dem Augen
blick, in dem über die Steuerventilanordnung der Hydraulik
strom im Senkzweig zu fließen beginnt, treibt die Hydrau
likpumpe die als Generator wirkende Gleichstrommaschine
an. Da jedoch der Sollwert für die Drehzahl noch Null ist,
versucht die Regelung diesen Wert zu erreichen, wodurch
der zugehörige Leistungsschalter für den Anker komplett
durchschaltet. Die Leistungsschalter für die Feldwicklung
werden so betrieben, daß der Strom maximal ist. Dadurch
wird ein maximales Bremsmoment erzeugt, das ausreichend
ist, die Last mit minimaler Geschwindigkeit abzusenken,
falls dies gewünscht wird. Durch entsprechende Sollwert
vorgabe für die Drehzahl läßt sich andererseits die Hebe- und
Senkgeschwindigkeit auf den gewünschten Wert ein
stellen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vor
gesehen, daß der Feldstrom-Sollwertgeber den Sollwert für
den Feldstrom aus dem Ankerstromsollwert und der Istdreh
zahl ermittelt. Dies hat den Vorteil, daß die Drehzahl
regelung auch in dem Betriebsbereich arbeiten kann, in dem
eine höhere Ankerspannung als sie bei der Batteriespannung
notwendig ist, um mit optimalem Wirkungsgrad generatorisch
zu senken.
Anstelle einer fremderregten Gleichstrommaschine kann auch
eine Drehstrom-Asynchronmaschine verwendet werden, die
über Umrichter entsprechend gespeist ist. Eine Drehzahl
regeleinrichtung ermittelt mit Hilfe eines Drehzahlmessers
die Istläuferfrequenz der Maschine und bildet eine Regel
abweichung mit einem Drehzahlsollwert bzw. Frequenzsoll
wert, um sowohl für das Heben als auch das Senken die
gewünschte Drehzahl zu erreichen. Je nachdem, ob die
Differenz aus Ist- und Sollfrequenz einen positiven oder
einen negativen Schlupf anzeigt, arbeitet die Asynchron
maschine als Motor oder Generator. Die Rückspeisung von
elektrischer Energie in die Batterie erfolgt automatisch,
ohne daß besondere Vorkehrungen zu treffen sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen
näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine hydraulische Hubvorrichtung nach der Er
findung.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild zur Regelung der Hubvor
richtung nach Fig. 1
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Leistungsteile der
Gleichstrommaschine nach Fig. 1 bzw. Fig. 2.
Fig. 4 bis 6 zeigen Diagramme von verschiedenen Steuersig
nalen der erfindungsgemäßen Hubvorrichtung.
Fig. 7 zeigt eine Handbetätigung für die Hubvorrichtung
nach der Erfindung.
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild zur Regelung einer Hub
vorrichtung ähnlich der nach Fig. 1 mit einer Dreh
strom-Asynchronmaschine.
Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild des Leistungsteils der
Asynchronmaschine nach Fig. 8.
Eine fremderregte Gleichstrommaschine 10 treibt eine Hy
draulikpumpe 12 an, die wahlweise als Motor arbeitet. Die
Pumpe 12 saugt aus einem Tank 14 über ein Rückschlagventil
16 Hydraulikmedium an und fördert es über eine Steuerven
tilanordnung 18 zu einem Hubzylinder 20 bzw. zu einer
Gruppe von Nebenfunktionen 22. Die Ventilanordnung 18 ist
handbetätigt. Für die Betätigung des Hubzylinders 20 ist
beispielsweise ein Handhebel 24 vorgesehen. Für die Betä
tigung der Nebenfunktionen 22 sind zusätzliche nicht ge
zeigte Handhebel vorgesehen. Eine später noch zu beschrei
bende Drehzahlregeleinrichtung ist so eingestellt, daß
zunächst eine konstante Drehzahl des Gleichstrommotors 10
für die Versorgung der Nebenfunktionen 22 dient. Über
schüssiger Volumenstrom wird dann über eine Leitung 26 und
ein Filter 28 in den Tank 14 zurückgeleitet. Drehzahlab
hängig erfolgt dann das Heben bzw. Senken des Hubzylinders
20. Das Senken erfolgt über die Betätigung des Handhebels
24, wobei ein Senkzweig 28 die Steuerventilanordnung 18
mit einem Punkt zwischen der Pumpe 12 und dem Rückschlag
ventil 16 verbindet. Der Volumenstrom beim Senkvorgang
treibt die Hydraulikpumpe 12 in gleicher Richtung an wie
sie als Pumpe betrieben wird, so daß sie als Hydraulik
motor die Gleichstrommaschine 10 antreibt, die mithin
generatorisch arbeitet, um die potentielle Energie aus dem
Hubzylinder in elektrische Energie umzuwandeln und die
Batterie mit elektrischer Energie aufzuladen. Im Senkzweig
28 ist eine hydraulische Druckwaage 30 angeordnet sowie
ein Schaltventil 32, das, wenn es vom Betätigungsmagneten
34 unbetätigt ist, in der Offenstellung sich befindet.
Wird es hingegen betätigt, verbindet es den oberen Teil
des Senkzweigs 28 über eine Leitung 36 mit der Leitung 26
und damit zum Tank 14. Die hydraulische Waage 30 wird über
einen Steuereingang mit dem Druck im Senkzweig zwischen
Hubzylinder 20 und Steuerventil 18 beaufschlagt, wie durch
die gestrichelte Linie 36a angedeutet. Die hydraulische
Waage wird mit dem Differenzdruck, der über das Ventil 18
abfällt und der ventilhebelstellungsabhängig ist, beauf
schlagt. Wird der Differenzdruck größer als ein vorgegebe
ner Wert, regelt die Druckwaage und über das Ventil 30
fällt der Lastdruck ab, so daß an der Pumpe 12 Umgebungs
druck herrscht und Volumenstrom aus dem Tank gepumpt wer
den kann. Übersteigt der Volumenstrom in der Druckwaage 30
einen durch das Handventil 18 vorgegebenen Wert, wird eine
Begrenzung vorgenommen, so daß der Volumenstrom beim Um
schalten des Ventils 32 nicht schlagartig ansteigt, wobei
die Pumpe 12, sollte sie von der Gleichstrommaschine 10
angetrieben werden, Hydraulikmedium aus dem Tank 14 an
saugen kann.
Das Heben des Hubzylinders 20 sowie die Versorgung der
Nebenfunktionen sind bereits beschrieben worden. Auch der
Senkvorgang wurde im wesentlichen erläutert. Die ventil
hebelstellungsabhängige Regelung der Drehzahl des Motors
10 ist direkt proportional der Senkgeschwindigkeit, von
vernachlässigbaren Leckverlusten der Pumpe 12 abgesehen.
Wird während der Senkphase eine Nebenfunktion 22 angefor
dert, dann wird das Fluid im Steuerventil 18 auf den er
forderlichen Druck der Nebenfunktion angedrosselt. Die
Nebenfunktion wird direkt aus der im Senkvorgang frei wer
denden Energie versorgt, wenn Druck und Volumenstrom aus
reichend sind. Dies ist normalerweise immer der Fall, wenn
mit Last abgesenkt wird. Ein Reversieren der Pumpe 12 ent
fällt. Reichen Druck und Volumenstrom aus dem Senkvorgang
aus, die Nebenfunktionen zu versorgen, erfolgt eine unmit
telbare hydraulische Versorgung mit dem Volumenstrom des
Senkvorgangs, wobei der überschüssige Volumenstrom über
die Steuerventilanordnung 18 in den Tank 14 abgeführt
wird.
Sobald eine Nebenfunktion angefordert wird, vergleicht die
Steuerung die Motoristdrehzahl, resultierend aus der Senk
geschwindigkeit mit der Solldrehzahl, entsprechend dem
Volumenstrombedarf der Nebenfunktion. Übersteigt der Vo
lumenstrombedarf der Nebenfunktion das Angebot aus dem
Senkvorgang, dann wird die Motordrehzahl entsprechend
erhöht. Für diese Konstellation muß sichergestellt werden,
daß die Senkgeschwindigkeit annähernd konstant bleibt.
Dies wird, wie erwähnt, durch die Druckwaage 30 bewerk
stelligt im Zusammenwirken mit der veränderlichen Drossel
stelle in der Steuerventilanordnung 18. Sobald die Durch
flußmenge an der Druckwaage 30 einen bestimmten Wert im
Verhältnis zur Ventilhebelstellung am Ventil 18 überschrei
tet, beginnt die Druckwaage 30 zu regeln. Sie arbeitet nun
in Verbindung mit der Drosselstelle im Ventil 18 wie ein
Zweiwegemengenregler und hält so die eingestellte Senk
geschwindigkeit konstant. Dadurch ist gewährleistet, daß
der Druck aus dem Senkvorgang an der Druckwaage 30 abge
baut und ein Nachsaugen über das Ventil 16 und damit die
Versorgung der Nebenfunktion 22 sichergestellt ist. Der
Motor 10 wird mit konstanter Drehzahl betrieben, die so
bemessen ist, daß der von der Pumpe 12 geförderte Volumen
strom ausreicht, den maximalen Volumenstrombedarf der
Nebenfunktionen zu decken. Eine ventilhebelstellungsab
hängige Nebenfunktionsgeschwindigkeit wird über eine hebel
betätigte Drosselstelle in der Steuerventilanordnung 18
ermöglicht. Überschüssiger Volumenstrom wird über den
Filter 28 in den Tank 14 zurückgeleitet.
Ist der Druck aus dem Senkvorgang kleiner und der Volumen
strom kleiner oder größer als für die Nebenfunktion erfor
derlich, wird das Schaltventil 32 ausgeschaltet und das
Fluid über den Filter 28 direkt in den Tank 14 geleitet.
Die Senkgeschwindigkeit wird über die Druckwaage 30 in
Verbindung mit der über den Ventilhebel veränderbaren
Drosselstelle in der Steuerventilanordnung 18 konstant
gehalten. Diese Kombination arbeitet wie ein Zweiwegemen
genregler. Die Versorgung der Nebenfunktion 22 erfolgt
über den Gleichstrommotor 10 und die Hydraulikpumpe 5, wie
oben beschrieben.
Die Drehzahlregelung der fremderregten Gleichstrommaschine
10 der Vorrichtung nach Fig. 1 wird anhand der Fig. 2
bis 7 näher erläutert.
Fig. 7 zeigt einen Handhebel 44, der nach links und rechts
verschwenkbar ist, wobei das Ausmaß der Verschwenkung mit
-X bzw. +X angegeben ist. Er betätigt ein bei 46 angedeute
tes Potentiometer, das in Abhängigkeit von der Auslenkung
ein Signal P erzeugt. Das Signal P ist in Fig. 4 angege
ben. Die auslenkungsabhängigen Signale in Fig. 4 unter
scheiden sich nicht durch das Vorzeichen, daher ist dem
Hebel 44 ein Paar Mikroschalter (nicht gezeigt) zugeordnet,
welche das Vorzeichen des Signals P vorgeben. Dies ist
durch die Signale S1 und S2 in Fig. 5 bzw. Fig. 6 angedeu
tet. Ein Drehzahlsollwertgeber 44 errechnet aus den Signa
len P, S1 und S2 einen Drehzahlsollwert nSoll, wobei der
Absolutwert von P den Absolutwert von nSoll bestimmt und
die Signale S1 bzw. S2 das entsprechende Vorzeichen. Falls
vom Geber 42 ein Signal erhalten wird, wird der Drehzahl
sollwert entsprechend modifiziert, um eine konstante Senk
geschwindigkeit beizubehalten. (Hierauf wird weiter unten
noch näher eingegangen). Ein mit der Gleichstrommaschine
10 verbundener Drehzahlsensor 46a liefert einen Drehzahl
istwert nIst auf einen Sollistwertvergleich 48, und die
Regelabweichung wird auf einen Drehzahlregler 50 gegeben.
Er bildet einen Sollwert für den Ankerstrom IASoll, der in
einem Sollistwertvergleich 52 mit dem Ankerstromistwert
IAIst verglichen wird. Die Regelabweichung gelangt auf
einen Ankerstromregler 56 und von dort auf einen mit 58
angedeuteten Stellwertgeber.
In einer Wertetabelle 60 sind Beziehungen zwischen Dreh
zahl und Ankerstrom gespeichert. In einer entsprechenden
Rechenstufe 62 wird aus den Daten der Tabelle 60 der Soll
wert für die Feldwicklung IFSoll errechnet. Wesentlich ist
dabei, daß zur Berechnung der Ankerstromsollwert IASoll
herangezogen wird. Der Sollwert IFSoll wird in einem Ist
sollwert-Vergleich 64 mit dem Feldstromistwert verglichen,
wobei die Regelabweichung auf einen Feldstromregler 66
gegeben wird, der ein entsprechendes Stellsignal im Stell
wertgeber 68 erzeugt. Die Regler 56, 66 sind als digitale
Regler ausgebildet und erzeugen über nachgeschaltete
Leistungsteile 58, 68 pulsweitenmodulierte Spannungen,
über die die vorgegebenen Stromwerte IASoll und IFSoll
eingeregelt werden. Dadurch, daß als Eingangsgröße zur
Errechnung des Feldstromsollwerts IFSoll neben dem Dreh
zahlistwert nIst der Ankerstromsollwert IASoll herange
zogen wird, kann auch in einem Betriebsbereich gearbeitet
werden, in dem eine höhere Ankerspannung als die Batterie
spannung UBatt notwendig wäre, um mit optimalem Wirkungs
grad generatorisch zu senken, wie noch beschrieben wird.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, liegt der Anker der fremderreg
ten Gleichstrommaschine 10 über eine aus den Mosfets T1
und T2 bestehende Halbbrücke 50 an einer Batterie 52. Dio
den 54, 56 liegen antiparallel zu den Mosfets T1 und T2.
Die Feldwicklung 58a liegt in Reihe mit dem Mosfet T3 pa
rallel zur Halbbrücke 50 an den Klemmen der Batterie 52,
wobei eine Diode antiparallel zur Feldwicklung 58 bzw. zum
Mosfet T3 liegt.
Die Mosfets T1 und T2 werden zyklisch angesteuert, d. h.
Mosfet T1 ist ausgeschaltet, wenn T2 eingeschaltet ist und
umgekehrt. Die Größe des Stromflusses ergibt sich somit
aus dem Tastverhältnis der Impulse für die Mosfets T1 und
T2. Gleiches gilt für das Mosfet T3. Mosfet T1 arbeitet im
motorischen Hubbetrieb als sogenannter Tiefsetzsteller und
Mosfet T2 im generatorischen Senkbetrieb als Hochsetz
steller.
Wird der Hebel 44 aus der Ruhelage in Richtung Senken so
weit ausgelenkt, daß die Anforderung der Senkfunktion über
das Signal S2 erzeugt wird, andererseits das Signal P noch
einen Drehzahlsollwert von nSoll = 0 meldet, bewirkt das
Signal S2 ein Öffnen des Ventils 18, wodurch Hydraulikvo
lumen durch die Pumpe 12 strömt und die Gleichstromma
schine 10 antreibt. Durch die auf diese Weise auftretende
ständige Regelabweichung wird ein TASoll auf den Sollist
wertvergleich 52 gegeben, und der Ankerstromregler 56
sorgt dafür, daß der Anker über Mosfet T2 kurzgeschlossen
ist. Außerdem wird die Feldwicklung 58a mit maximalem
Feldstrom versorgt. Der sich nun einstellende Drehzahlwert
ist so klein, daß die sich einstellende kleinstmögliche
Senkgeschwindigkeit ausreicht, um ein feinfühliges Senken
des Hubzylinders 20 zu gewährleisten. In diesem Betriebs
punkt der Gleichstrommaschine 10 wird indessen keine Ener
gie in die Batterie 52 zurückgespeist.
Wird indessen durch eine weitere Auslenkung des Ventilhe
bels ein Drehzahlsollwert nSoll < 0 eingestellt, nimmt der
Regler 56 die Pulsweite des Mosfets T2 von der 100%igen
Ansteuerung zurück, bis sich die gewünschte Drehzahl nSoll
einstellt. Der Mosfet T2 arbeitet nun bei jeder Pulsweite
< 100% im Hochsetzstellerbetrieb, und es wird Energie in
die Batterie 52 zurückgespeist.
In Fig. 8 erzeugt ein Drehzahlsollwertgeber 44a aus den
Signalen P, S1 und S2 einen Läuferfrequenzsollwert f2soll
für eine Drehstromasynchronmaschine 10a, die anstelle der
fremderregten Gleichstrommaschine nach Fig. 1 in die dort
gezeigte Schaltung eingesetzt werden kann. Das in den
Sollwertgeber 44a eingespeiste Signal P entspricht dem
Ausmaß der Auslenkung z. B. des Handhebels nach Fig. 7. Das
Vorzeichen des Signals wird durch Mikroschalter (nicht ge
zeigt) angegeben, die dem Handhebel 44 zugeordnet sind.
Das Vorzeichen wird mithin durch die Signale S1 und S2 be
stimmt. Ein mit der Maschine 10a verbundener Drehzahlsen
sor 46a liefert einen Drehzahlistwert nist, der auf eine
Rechenstufe 84 gegeben wird, die entsprechend der Polpaar
zahl p der Maschine 10a den Istwert f2ist der Läuferfre
quenz errechnet. Der Frequenzistwert wird auf den Sollist
wertvergleich 48a gegeben, und die Regeldifferenz gelangt
auf einen Drehzahlregler 70.
Der Drehzahlregler 70 erzeugt einen Sollwert für den Wirk
anteil iqsoll des komplexen Stromraumzeigers i. Der Wirk
anteil iqsoll ist proportional zum Drehmoment der Asynch
ronmaschine 10a. Der Wert idsoll ist der Sollwert des
Blindanteils des Stromraumzeigers i, der dem Magnetisie
rungsstrom der Asynchronmaschine proportional ist. Aus dem
Sollwert des Wirkanteils iqsoll des Stromraumzeigers i
wird der Sollwert für die Schlupffrequenz fssoll bei 86
ermittelt. In 86 kann eine Tabelle abgelegt sein, welche
die Beziehung herstellt zwischen dem Wirkstrom und der
Schlupffrequenz. Es ist auch denkbar, in 86 ein Ersatz
schaltbild der Asynchronmaschine abzulegen und mit dessen
Hilfe relativ genau die jeweilige Schlupffrequenz zu er
mitteln.
Die ermittelte Schlupffrequenz fssoll wird bei 85 dem Läu
ferfrequenzistwert f2ist hinzuaddiert. Daraus ergibt sich
der Ständerfrequenzsollwert f1soll, der einer Drehtrans
formation 74 zugeführt wird. Der sich aus iqsoll, idsoll
und f1soll ergebende Stromraumzeiger i wird auf die Strang
größen transformiert, und es ergeben sich die Sollwerte
für die Strangströme iusoll und ivsoll. Die jeweiligen
Regeldifferenzen, die sich durch Subtraktion der jeweili
gen Stromistwerte iuist und ivist an den Additionsstellen
75 und 77 ergeben, werden auf die Stromregler 76 und 78
gegeben, die die Stellgrößen für die Strangspannungen
Uusoll und Uvsoll ausgeben. Der Sollwert der dritten
Strangspannung Uwsoll kann aus der Bedingung, daß die
Summe aller drei Spannungen zu Null ergeben muß, an der
Additionsstelle 79 errechnet werden.
Die drei Spannungsstellwerte werden nun in Pulsweiten
modulationssignale umgesetzt im Block 82, welche einen
Leistungsteil 81 so ansteuern, daß sich die gewünschten
Stromwerte in der Asynchronmaschine 10a ergeben.
Einzelheiten des Leistungsteils 81 gehen aus dem Block
schaltbild nach Fig. 9 hervor.
In Fig. 9 ist zu erkennen, daß jeweils ein Strang der
Asynchronmaschine 10a an einem Verbindungspunkt eines
Paars von in Serie geschalteten und an Batteriespannung
UBatt liegenden Mosfets liegt, die mit T1 bis T6 bezeich
net sind. Die Transistoren T1 bis T6 werden mit einer
sinusbewerteten Pulsweite betrieben und paarweise anti
zyklisch angesteuert. Die Ansteuerung der drei Transistor
paare ist so gestaltet, daß die sinusbewerteten weitenmo
dulierten Ansteuersignale in der Frequenz der Sinusbewer
tung um je 120° phasenverschoben auf die Transistorpaare
gegeben werden. Bei dieser Ansteuerung wird in der Asyn
chronmaschine 10a ein umlaufendes Drehfeld erzeugt, das
frequenz- und spannungsvariabel ist.
Aus dem Vergleich der Frequenzen fssoll und f2ist ergibt
sich aus dem Vorzeichen der Sollfrequenz fssoll, ob die
Asynchronmaschine 10a im Motor- oder Generatorbetrieb ar
beitet. Mithin erfolgt automatisch ohne weitere Vorkehrun
gen eine Rückspeisung in die Batterie nach Fig. 9, wenn
die Asynchronmaschine 10a generatorisch betrieben wird.
Wird der Hebel 44 in Fig. 7 aus der Ruhelage in Richtung
Senken so weit ausgelenkt, daß die Anforderung der Senk
funktion über das Signal S2 erzeugt wird, andererseits das
Signal P noch einen Läuferfrequenzsollwert f₂ = Null mel
det, strömt Hydraulikmedium durch das Hydraulikaggregat
und treibt die Asynchronmaschine 10a an. Der Regler regelt
nun auf die untere Regelgrenze, die kleinste mögliche
Ständerfeldfrequenz, die ungefähr bei 0,2 Hz liegt, ein.
Durch den Schlupf in der Asynchronmaschine 10a ergibt sich
eine ständige Regelabweichung. Der sich einstellende Dreh
zahlwert ist so klein, daß die sich einstellende kleinst
mögliche Senkgeschwindigkeit ausreicht, um ein feinfühli
ges Senken des Hubzylinders 20 (Fig. 1) zu gewährleisten.
Claims (10)
1. Hydraulische Hubvorrichtung für batteriegetriebene Flur
förderzeuge, mit mindestens einem hydraulischen Hub
zylinder, einem im Lasthebebetrieb als Pumpe arbeiten
den, den Hubzylinder mit Druckmittel beschickenden und
im Lastsenkbetrieb als Motor arbeitenden, von dem vom
Hubzylinder verdrängten Druckmittel angetriebenen
Hydraulikpumpe, einer mit dem Hydraulikaggregat gekup
pelten, im Lasthebebetrieb als Elektromotor und im
Lastsenkbetrieb als Generator arbeitenden Gleichstrom
maschine, einer im Lastsenkbetrieb von der Gleichstrom
maschine gespeisten Nutzbremsschaltung, einer Ventilan
ordnung im Druckmittelweg zwischen dem Hubzylinder und
der Hydraulikpumpe, einer die Ventilanordnung steuern
den Steuervorrichtung, die eine die Drehzahl der Gleich
strommaschine beeinflussenden Drehzahlregeleinrichtung
umfaßt, und mindestens einen weiteren hydraulischen
Verbraucher, der über ein zugeordnetes Steuerventil an
eine hydraulische Druckquelle anschließbar ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Senkzweig (28) zwischen der
Ventilanordnung (18) und einer Verbindung zwischen einem
Rückschlagventil (16) und dem Eingang der Hydraulik
pumpe (12) vorgesehen ist und der weitere hydraulische
Verbraucher (22) über die Ventilanordnung (18) von der
Hydraulikpumpe (12) versorgt wird und daß eine fremd
erregte Gleichstrommaschine (10) vorgesehen ist, die
durch die Drehzahlregeleinrichtung in Abhängigkeit von
der Betätigung der Ventilanordnung (18) in ihrer Dreh
zahl geregelt wird.
2. Hubvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß im Senkzweig (28) ein hydraulischer Druckbegrenzer
(30) angeordnet ist, an dem in bestimmten Betriebspunk
ten der gesamte Hydraulikdruck abfällt, so daß er die
Lasthalter übernimmt.
3. Hubvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Druckbegrenzer von einer vom Volumenstrom und
dem Differenzdruck der Ventilanordnung (18) gesteuerten
Druckwaage (30) gebildet ist.
4. Hubvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen dem Druckbegrenzer (30) und der
Hydraulikpumpe (12) ein Schaltventil (32) im Senkzweig
(28) angeordnet ist, das in einer Schaltstellung den
Senkzweig (28) mit dem Sumpf (14) der Hydraulikpumpe
(12) verbindet, wenn Druck oder Volumen im Senkzweig
kleiner sind als für die Versorgung des weiteren hy
draulischen Verbrauchers (22) erforderlich.
5. Hubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß eine separate Feldstromregel
einrichtung (66, 68) vorgesehen ist mit einem Sollwert
geber (62), der aus vorgegebenen Beziehungen von Dreh
zahl (nIstt) und Ankerstrom (IASoll) den Sollwert für
den Feldstrom (IFSoll) ermittelt, der Feldwicklung
(58a) und dem Anker von der Regeleinrichtung stellbare
Leistungsschalter (T1 bis T3) zugeordnet sind, deren
Anordnung und Ansteuerung die Größe und die Richtung
des Stroms durch Anker und Feldwicklung vorgeben und
die Steuervorrichtung einen Richtungsgeber (44, 46) für
Heben und Senken aufweist.
6. Hubvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehzahlsollwertgeber für die Drehzahlregelein
richtung ein Potentiometer (46) ist, dessen Stellglied
(44) Richtungssignale (S1, S2) erzeugende Mikroschalter
zugeordnet sind.
7. Hubvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Feldstromsollwertgeber (62) den Soll
wert für den Feldstrom (IFSoll) aus dem Ankerstromsoll
wert (IASoll) und der Istdrehzahl nIst ermittelt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Anker über eine Halbbrücke
(50) aus Mosfets (T1, T2) an die Batterie (52) ange
schlossen ist, wobei den Mosfets (T1, T2) Dioden (54a,
56a) antiparallel geschaltet sind und die Mosfets (T1,
T2) zyklisch angesteuert werden.
9. Hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene
Flurförderzeuge, mit mindestens einem hydraulischen
Hubzylinder, mit einem im Lasthebebetrieb als Pumpe
arbeitenden, den Hubzylinder mit Druckmittel be
schickenden und im Lastsenkbetrieb als Motor arbeiten
den, von dem vom Hubzylinder verdrängten Druckmittel
angetriebenen Hydraulikpumpe, einer mit der Hydraulik
pumpe gekuppelten, im Lasthebebetrieb als Motor und im
Lastsenkbetrieb als Generator arbeitenden elektrischen
Maschine, einer im Lastsenkbetrieb von der Maschine
gespeisten Nutzbremsschaltung, einer Ventilanordnung
im Druckmittelweg zwischen dem Hubzylinder und der
Hydraulikpumpe, einer die Ventilanordnung steuernden
Steuervorrichtung, die eine die Drehzahl der Maschine
beeinflussende Drehzahlregeleinrichtung umfaßt, da
durch gekennzeichnet, daß im Senkzweig (28) zwischen
der Ventilanordnung (18) und einer Verbindung zwischen
einem Rückschlagventil (16) und dem Eingang der Hy
draulikpumpe (12) vorgesehen ist und der weitere hy
draulische Verbraucher (22) über die Ventilanordnung
(18) von der Hydraulikpumpe (12) versorgt wird und
eine über einen Frequenzumrichter betriebene Drehstrom
asynchronmaschine mit einer Drehzahlregeleinrichtung
zur Regelung der Ständerfrequenz in Abhängigkeit von
der aus dem Drehzahlistwert und dem vorgegebenen Dreh
zahlsollwert ermittelten Regelabweichung und die
Steuervorrichtung einen Richtungsgeber für Heben und
Senken aufweist.
10. Hubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, für
einen Hubmast, mit mindestens einem verfahrbaren Mast
teil, dessen Lastaufnahmemittel am verfahrbaren Mast
teil höhenverstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Sensor (42) am Hubmast vorgesehen ist, der fest
stellt, ob ein Senkvorgang des verfahrbaren Mastteils
(Masthub) oder des Lastaufnahmemittels (Freihub) er
folgt und dessen Signale auf den Drehzahlsollwertgeber
(44) gegeben wird zur Modifizierung des Drehzahlsoll
wertsignals (nSoll).
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