DE4416173C2 - Hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurförderzeuge oder dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Hubvor­ richtung für batteriebetriebene Flurförderzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche hydraulische Hubvorrichtung ist aus DE 36 02 510 bekannt.

Es ist bekannt, den Förderstrom von hydraulischen Hubvor­ richtungen mit entsprechender Fördertechnik für elektrisch betriebene Flurförderzeuge von einer von einem Elektromotor angetriebenen Pumpe mit konstantem Fördervolumen zu erzeugen. Die Drehzahl des Motors wird in Abhängigkeit von einem handbetätigbaren Steuerventil gesteuert. Dadurch wird beim Heben der Last eine Änderung des Förderstroms ohne wesentliche Drosselverluste erreicht. Es ist in diesem Zusammenhang auch bekanntgeworden, die Senkge­ schwindigkeit entsprechend einer Ventilhebelstellung einzustellen und über ein Wegeventil im Senkzweig zu realisieren. Dabei wird die potentielle Energie der Last an einer Drosselstelle des Wegeventils in Wärme umgesetzt und mit dem Fluid in den Tank abgeführt. Es ist jedoch auch bekannt, die poten­ tielle Energie der Last über einen generatorisch arbeitenden Elektromotor in die Batterie zurückzuspeisen.

Aus der DE 20 14 605 ist bekanntgeworden, als Gleichstrom­ maschine einen Gleichstromnebenschlußmotor zu verwenden und als Pumpe eine Drehkolbenpumpe mit regelbarem Förder­ volumen. Durch Verstellung der Regelmittel der Pumpe wird das Fördervolumen entsprechend der Auslenkung aus einer Mit­ telstellung heraus von Null abhängig von der Bewegungs­ richtung der Regelmittel auf einen Höchstwert gebracht, wobei die Pumpe unter Beibehaltung ihrer Drehrichtung in der einen Bewegungsrichtung der Regelmittel als Pumpe und in der anderen Bewegungsrichtung als Motor arbeitet.

Aus der DE 26 18 046 ist bekanntgeworden, für das Heben und das Senken getrennte Hydraulikzweige vorzusehen, denen jeweils ein Gleichstrommotor und eine Pumpe sowie ein Hydromotor und ein Generator zugeordnet sind. Beim Senken erzeugt ein Konstantstromventil eine feste Absenkgeschwin­ digkeit. Die Umschaltung zwischen Heben und Senken erfolgt durch ein Handsteuerventil.

Aus der DE 30 18 156 ist bekanntgeworden, zum Heben und Senken regelbare Magnetventile vorzusehen zur Realisierung von Anfahr- und Bremsrampen. Zur Regelung des Motors bzw. des Generators erfolgt eine Volumenstrommessung. Als An­ triebsmaschine wird ein Käfig-Induktionsmotor verwendet. Aus der SE 8 404 088 ist ferner bekanntgeworden, als An­ triebsmaschine bzw. Generator eine Doppelschlußmaschine zu verwenden, wobei ein Teil der Reihenschlußwicklung heraus­ genommen wird, wenn sie als Generator im Senkbetrieb der Hubvorrichtung arbeitet. Die Steuerung des Hubzylinders erfolgt über ein hebelbetätigtes Ventil in der Druckmittel­ leitung.

Aus der US-PS 39 47 744 ist bekanntgeworden, zur Energierück­ gewinnung beim Senken eines Hubwerks eine separate Dreh­ strommaschine zu verwenden. Durch eine Steuerung des Fel­ des des Generators läßt sich die Bremskraft beim Absenken einstellen.

Schließlich ist aus der DE 36 02 510 bekanntgeworden, eine Reihenschlußmaschine mit einem Hydraulikaggregat zu kop­ peln. Im Druckmittelpfad ist eine Steuerventilanordnung vorgesehen, die ein Proportionalventil aufweist, wobei die Hubwerksteuerung im Lastsenkbetrieb das Proportionalventil entsprechend einer Rampenfunktion öffnet und abhängig vom Ausgangsstrom der als Generator arbeitenden Gleichstrom­ maschine die Nutzbremsschaltung wirksam schaltet, wenn der Generatorausgangsstrom hierbei einen vorgegebenen Wert übersteigt. Über einen eingeschränkten Bereich arbeitet mithin die beschriebene Vorrichtung ebenfalls über eine hydraulische Drosselstelle, so daß die potentielle Energie der Last nicht vollständig zurückgewonnen werden kann.

Die Pumpe für die hydraulische Versorgung des Hubwerks muß häufig auch sogenannte Nebenverbraucher oder -funktionen bedienen. Für den Antrieb der Nebenverbraucher ist die Steuerung oder Regelung für den die Pumpe antreibenden Elektromotor nor­ malerweise so ausgelegt, daß ein konstanter Volumenstrom für die Nebenfunktionen erzeugt wird, während der Volumen­ strom für das Hubwerk anforderungsabhängig ist. Es ver­ steht sich, daß die Anforderung einer Nebenfunktion auch während des Senkbetriebes auftreten kann.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine hy­ draulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurför­ derzeuge zu schaffen, mit der auch bei Versorgung von Nebenverbrauchern der Anteil der zurückgewonnenen Energie im Senkbetrieb erhöht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht ein Umschaltventil vor, das im Senkbetrieb des Hubzylinders den Senkzweig des handbetätigbaren Steuerventils wahlweise auf die Druck­ leitung des Hydraulikaggregats schaltet oder über eine Senkbremse auf den Tank der hydraulischen Versorgung. Im ersteren Fall wird das hydraulische Aggregat als Motor betrieben, und die Gleichstrommaschine, die vorzugsweise eine fremderregte Gleichstrommaschine ist, arbeitet als Gene­ rator, um die potentielle Energie aus dem Senkbetrieb in elektrische Energie zu verwandeln und diese in die Bat­ terie zurückzuspeisen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht jedoch ferner zwei Druckmeßvorrichtungen vor, die einmal den Druck zwischen Hubzylinder und handbetätigtem Steuerventil und zum anderen den Druck hinter dem Steuer­ ventil messen. Je nach Auslenkung des Steuerventils wirkt dieses Steuerventil als Drossel mit unterschiedlichem Durchtrittsquer­ schnitt. Die Steuervorrichtung ist nun so ausgelegt, daß - wenn Nebenverbraucher kein Hydraulikmedium anfordern - der Generatorbetrieb über das Umschaltventil nur dann eingestellt wird, wenn der gemessene Druck hinter dem Hub­ zylinder einen vorgegebenen Wert überschreitet, also z. B. Senk­ betrieb unter Last. Ansonsten erfolgt die Abbremsung über die Senkbremse. Dabei wird die potentielle Energie in Wärme umgewandelt. Da dieser Fall nur gegeben ist, wenn sehr geringe Senkkräfte auftreten, zum Beispiel bei Fehlen jeglicher Last, sind die hierbei auftretenden Verluste minimal. Andernfalls erfolgt im Senk­ betrieb eine Drehzahlregelung der als Generator betriebe­ nen Gleichstrommaschine dergestalt, daß der Differenzdruck annähernd konstant ist. Konstanter Differenzdruck ent­ spricht annähernd konstantem Volumenstrom und damit auch annähernd konstanter Drehzahl der Gleichstrommaschine. Bei diesem Betriebszustand der Gleichstrommaschine arbeitet diese vorzugsweise als sogenannter Hochsetzsteller.

Dadurch, daß der Differenzdruck am handbetätigten Steuer­ ventil gemessen wird und die beschriebene Drehzahlrege­ lung erfolgt, ist die Senkgeschwindigkeit proportional zur Handhebelstellung und entspricht damit der Vorgabe des Bedieners.

Es kann geschehen, daß im Senkbetrieb auch ein Nebenver­ braucher Hydraulikmedium anfordert. Hierbei muß unter­ schieden werden zwischen dem Zustand, daß der aus dem Senkbetrieb entstehende Volumenstrom zur Abdeckung des Bedarfs des Nebenverbrauchers reicht oder nicht. Im erste­ ren Fall kann das rückströmende Hydraulikmedium unmittel­ bar zur Versorgung des Nebenverbrauchers herangezogen werden, allerdings nur, wenn die Druckanforderung des Nebenverbrauchers niedriger als der Druck an der Meßstelle zwischen Steuerventil und Umschaltventil ist. Ansonsten würde die Senkfunktion beeinträchtigt. Wird andererseits die Volumenstromanforderung des Nebenverbrauchers größer als die durch das Senken zur Verfügung gestellte Menge, wird durch die Steuervorrichtung die Drehrichtung der Gleichstrommaschine umgedreht (Motor-/Pumpenbetrieb). Dadurch wird ein zu­ sätzlicher Volumenstrom von dem Hydraulikaggregat zur Ver­ fügung gestellt. Ist die Druckanforderung des Nebenver­ brauchers höher als der Druck an der Meßstelle zwischen Steuerventil und Umschaltventil, schaltet das Umschalt­ ventil um, wodurch der Senkvolumenstrom aus dem Hubzylinder unmittelbar über die Senkbremse geleitet wird. Die Versor­ gung des Nebenverbrauchers erfolgt dann ausschließlich von dem Hydraulikaggregat.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird, wie bereits erwähnt, vorzugsweise eine fremderregte Gleichstromma­ schine eingesetzt, die zum Beispiel über eine MOS-FET- Steuerung sowohl im Motor- als auch im Generatorbetrieb über den gesamten Motordrehzahlbereich von nahezu Motor­ stillstand bis zur maximalen Motordrehzahl betreibbar ist. Dabei ist es möglich, sowohl im Motor- als auch im Gene­ ratorbetrieb der Maschine den Anker- und Feldstellbereich der Steuerung voll auszunutzen. Geeignete Steuerungen für fremderregte Gleichstrommaschinen sind zum Beispiel aus "Microprocessor-Based High-Efficiency Drive of a DC Motor" aus IEEE Transactions on Industrial Electronics Volume IE 34 No. 4 November 1987, Seiten 433 bis 440 bekanntgeworden. Anker und Feld des Gleichstrommotors werden so gesteuert bzw. geregelt, daß der Sollwert für den Feldstrom aus vor­ gegebenen Beziehungen von Drehzahl und Ankerstrom bzw. des Ankerstromistwerts ermittelt wird. Hierzu ist ein ent­ sprechender Algorithmus bzw. eine entsprechende Tabelle vorzusehen.

Im Generatorbetrieb kann die fremderregte Gleichstrom­ maschine auch bei nahezu Motorstillstand die Lasthalte­ funktion übernehmen. Es ist allerdings erforderlich, eine Drehzahlerfassung mittels eines in der Maschine ange­ brachten Drehzahlsensors vorzusehen.

Über die beschriebenen Druckmessungen und die Auswertung in der Steuervorrichtung wird automatisch eingestellt, ob Leistung generatorisch aus dem System entnommen oder mo­ torisch in das System eingebracht wird. Die energiedissipierende Senkbremse wird nur eingeschaltet, falls der Druck im Hubzylinder den für den Nebenver­ braucher benötigten Druck unterschreitet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Schaltbild der Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt einen Signalflußplan für die Steuervorrich­ tung der Vorrichtung nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild des Leistungsteils der Gleichstrommaschine nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine Gleichstrommaschine 10 gezeigt, die ein Hydraulikaggregat 12 antreibt, das wahlweise als Pumpe oder Motor arbeitet. Im Pumpenbetrieb saugt das Hydraulikaggregat 12 über ein Filter 42 Hydraulikmedium aus dem Tank 32 und fördert es über eine Leitung 14 auf ein handbetätigbares Steuerventil 16, wobei die Fördermenge für den Hubzylinder 18 proportional zur Stellung des Handhebels ist und damit die Hubgeschwindigkeit des Hub­ zylinders 18 bestimmt. Der Hubzylinder 18 kann ein einzi­ ger Zylinder sein oder eine Mehrzahl von Hubzylindern repräsentieren, mit denen die beweglichen Mastschüsse und/ oder das Lastaufnahmemittel (nicht dargestellt) angehoben und abgesenkt werden können. Das Steuerventil 16 ist so ausgebildet, daß es wahlweise die Leitung 14 auch mit einem oder mehreren Nebenverbrauchern 20 verbin­ det.

Im Senkzweig des Steuerventils 16 ist ein Umschaltventil 22 angeordnet, dessen Betätigungsmagnet 24 über eine als Block dargestellte Steuervorrichtung 26 betätigt wird. In der in Fig. 1 dargestellten Schaltstellung verbindet das Umschaltventil 22 den Ausgang des Steuerventils 16 im Senkbetrieb mit einer sogenannten Senkbremse 28, welche gedrosselt den Volumenstrom über ein Filter 30 in den Tank 32 des hydraulischen Systems zurückleitet. Eine separate Leitung 34 bildet den Rückströmpfad von den Nebenverbrau­ chern 20 über das Filter 30 zum Tank 32.

In der anderen Stellung des Umschaltventils 22 wird der Ausgang des Steuerventils 16 im Senkbettrieb über ein Rück­ schlagventil 38 mit der Leitung 14 verbunden.

Es ist ferner dargestellt, daß zwischen den Leitungen 14 und 34 ein Überdruckventil 40 geschaltet ist.

Die Gleichstrommaschine 10 besitzt einen nicht näher dar­ gestellten Drehzahlmesser, der über eine Signalleitung 44 mit der Steuervorrichtung 26 verbunden ist. Mit der Steuer­ vorrichtung 26 ist ferner ein Schalter 46 verbunden, der ein Signal abgibt, wenn der Nebenverbraucher 20 betätigt ist. Eine erste Druckmeßvorrichtung 48 mißt den Druck zwi­ schen dem Hubzylinder 18 und dem Steuerventil 16 und gibt ein entsprechendes Signal über die Leitung 50 auf die Steuervorrichtung 26. Eine zweite Druckmeßvorrichtung 52 mißt den Druck zwischen dem Steuerventil 16 und dem Um­ schaltventil 22 und gibt über die Leitung 54 ein entspre­ chendes Signal auf die Steuervorrichtung 26.

Die gezeigte Vorrichtung arbeitet wie folgt. Im Hebe­ betrieb treibt die Gleichstrommaschine 10 das als Pumpe arbeitende Hydraulikaggregat 12 an und fördert Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank über das Filter 42, die Leitung 14 und das Steuerventil 16 zum Hub­ zylinder 18.

Im Senkbetrieb des Hubzylinders 18 (ohne Anforderung durch Nebenverbraucher) wird das Steuerventil 16 gegensinnig zum Hebebetrieb betätigt. Die Hydraulikflüssigkeit fließt zu Beginn des Sendebetriebes über das Umschaltventil 22, die Senkbremse 28 und das Filter 30 zum Tank 32. Wenn der Druck entsprechend dem Drucksignal S1 auf Leitung 50 größer als ein vorgegebener konstanter Wert ist, so schaltet die Steuervorrichtung 26 das Umschaltventil 22 um, wodurch die Hydraulikflüssigkeit über das Rückschlagventil 38 in die Druckleitung 14 gefördert wird und damit zum Hydraulik­ aggregat 12, das nunmehr als Motor arbeitet, wodurch die Gleichstrommaschine als Generator betrieben wird. Eine Feinpositionierung erfolgt im Senkbetrieb nur durch das Steuerventil 16. Generatorbetrieb ist aber nur möglich, wenn der Druck entsprechend Drucksignal S1 groß genug ist. Bei Senken ohne Last ist der Druck normaler­ weise zu gering.

Die Generatordrehzahl wird durch die Steuervorrichtung 26 so eingeregelt, daß die Druckdifferenz von S1 und S2 immer an­ nähernd konstant bleibt. Dadurch ist sichergestellt, daß die Senkgeschwindigkeit immer proportional der Stellung des Steuerventils 16 ist und damit der Vorgabe des Bedie­ ners entspricht.

Erfolgt nun beim Senkbetrieb eine Anforderung für einen Nebenverbrau­ cher 20, so kann der entsprechende Teilstrom unmittelbar aus der Leitung 14 verwendet werden, um den Nebenverbraucher zu speisen, wobei der Reststrom durch das Hydraulikaggregat 12 fließt. Dies gilt, sofern der Volumenstrom für den Nebenverbraucher nicht größer ist als der Hubzylinder beim Senkbetrieb und solange der dem Drucksignal S2 zugeordnete Druck den vom Nebenverbraucher benötigten Druck nicht unterschreitet. Wird aber die Volumenstromanforderung des Nebenverbrauchers größer als der durch das Senken vom Hubzylinder zur Verfügung gestellte Volumenstrom, dreht die Steuervorrichtung 26 die Drehrichtung der Gleichstrommaschine 20 und des Hydraulikaggregats 12 um, so daß zusätzlicher Volumenstrom zur Verfügung steht.

Wenn die Druckanforderung des Nebenverbrauchers im Senkbetrieb des Hubzylinders 18 höher ist als der von der Meßvorrichtung 52 gemessene Druck S2, so schaltet die Steuervorrichtung 15 das Umschaltventil 22 wieder auf die Senkbremse 28 um. Der Nebenverbraucher wird dann ausschließlich von dem als Pumpe arbeitenden Hydraulikaggregat 12 versorgt, und der Senkvolumenstrom aus Hubzylinder 18 wird ausschließlich über die Senk­ bremse 28 und das Filter 30 zum Tank geleitet.

In Fig. 2 ist in einem Fließschema die beschriebene Funk­ tion noch einmal zusammengefaßt.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, liegt der Anker der fremderreg­ ten Gleichstrommaschine 10 über eine aus den MOS-FETs T1 und T2 bestehende Halbbrücke 50 an einer Batterie 52.

Dioden 54, 56 liegen antiparallel zu den MOS-FETs T1 und T2. Die Feldwicklung 58 liegt im Diagonalzweig der Brücken­ schaltung 60 an den Klemmen der Batterie 52, wobei die Brückenschaltung aus den MOS-FETs T3 bis T6 besteht, zu denen Dioden 62 bis 68 antiparallel liegen. Die MOS-FETs T1 und T2 werden zyklisch angesteuert, d. h. MOS-FET T1 ist ausgeschaltet, wenn T2 eingeschaltet ist und umgekehrt. Die Größe des Stromflusses ergibt sich somit aus dem Tast­ verhältnis der Impulse für die MOS-FETs T1 und T2. Glei­ ches gilt für die MOS-FETs T3 bis T6, die über kreuz ge­ öffnet bzw. geschlossen werden. MOS-FET T1 arbeitet im motorischen Hubbetrieb als sogenannter Tiefsetzsteller und MOS-FET T2 im generatorischen Senkbetrieb als Hochsetz­ steller.

Claims (3)

1. Hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flur­ förderzeuge, mit mindestens einem hydraulischen Hubzy­ linder, mit einem im Lasthebebetrieb als Pumpe arbeitenden, den Hubzylinder mit Druckmittel beschickenden und im Last­ senkbetrieb als Motor arbeitenden, von dem vom Hubzylinder verdrängten Druckmittel angetriebenen Hydraulikaggregat, einer mit dem Hydraulikaggregat gekuppelten, im Lasthebe­ betrieb als Elektromotor und im Lastsenkbetrieb als Gene­ rator arbeitenden Gleichstrommaschine, einer ein handbetä­ tigbares Steuerventil für den Hubzylinder enthaltenden Ventilanordnung im Druckmittelweg zwischen dem Hubzylinder und dem Hydraulik­ aggregat, einer die Ventilanordnung steuernden Steuervor­ richtung, die eine die Drehzahl der Gleichstrommaschine beeinflussende Drehzahlregeleinrichtung umfaßt, dadurch gekennzeichnet,

• - daß im Senkzweig des auch Nebenverbraucher (20) ansteuern­ den Steuerventils (16) ein von der Steuervorrichtung (26) gesteuertes Umschaltventil (22) angeordnet ist, dessen Ausgang entweder über eine hydraulische Senk­ bremse (28) mit dem Tank (32) oder über ein Rückschlag­ ventil (38) mit der vom Hydraulikaggregat (12) kommenden Druckleitung (14) verbindbar ist,
• - daß eine erste Druckmeßvorrichtung (48) den Druck zwi­ schen Hubzylinder (18) und Steuerventil (16) mißt und ein entsprechendes Drucksignal (S1) auf die Steuervor­ richtung (26) gibt,
• - daß eine zweite Druckmeßvorrichtung (52) den Druck zwi­ schen Steuerventil (16) und Umschaltventil (22) mißt und ein entsprechendes Drucksignal (S2) auf die Steuervor­ richtung (26) gibt,
• - daß dem Nebenverbraucher (20) ein Signalgeber (46) zuge­ ordnet ist, der bei Betätigung eines Nebenverbrauchers (20) ein Signal auf die Steuervorrichtung (26) gibt,
• - daß der Ausgang (A, B) des Umschaltventils (22) über das Rückschlagventil (38) mit der vom Hydraulikaggregat (12) kommenden Druckleitung (14) für Generatorbetrieb der Gleichstrommaschine (10) verbunden ist, wenn das Druck­ signal (S1) einen vorgegebenen Wert überschreitet, wobei die Steuervorrichtung (26) die Gleichstrommaschine (10) im Generatorbetrieb auf eine Drehzahl regelt, bei der die Differenz der Drucksignale (S1, S2) annähernd kon­ stant ist,
• - daß der Ausgang (A, B) des Umschaltventils (22) über die Senkbremse (28) mit dem Tank (32) verbunden wird, wenn das Drucksignal (S1) einen vorgegebenen Wert unter­ schreitet,
• - daß - wenn der erforderliche Druckmitteldruck für den Neben­ verbraucher (20) größer als der Druck an der zweiten Druckmeßvorrichtung (52) ist - das Druckmittel aus dem Hubzylinder (18) über das entsprechend geschaltete Um­ schaltventil (22) und Senkbremse (28) in den Tank (32) geleitet wird und der Nebenverbraucher (20) über das im Pumpenbetrieb laufende Hydraulikaggregat (12) versorgt wird,
• - daß - wenn der erforderliche Druckmittelstrom für den Neben­ verbraucher (20) kleiner oder gleich dem Druckmittelstrom aus dem Hubzylinder (18) im Senkbetrieb ist - das Druckmittel aus dem Hubzylinder (18) den Nebenverbraucher (20) di­ rekt versorgt und der ggf. verbleibende Restdruckmittelstrom über das entsprechend geschaltete Umschaltventil (22) und Druckleitung (14) die Gleichstrommaschine (10) im Generator­ betrieb antreibt, wenn der Druckmitteldruck größer als ein vorgegebener Druck ist, wobei die Steuervorrichtung (26) die Gleichstrommaschine (10) auf eine Drehzahl regelt, bei der die Differenz der Druck­ signale (S1, S2) annähernd konstant ist,
• - daß - wenn der erforderliche Druckmittelstrom für die Neben­ verbraucher (20) größer als der Druckmittelstrom aus dem Hub­ zylinder (18) beim Senkbetrieb ist - der Nebenverbrau­ cher (20) mit dem Druckmittel aus dem Hubzylinder (18) direkt versorgt wird, wenn der Druckmitteldruck größer als der Druck an der Meßvorrichtung (52) ist, wobei der fehlende Druckmittelstrom für den Nebenverbraucher (20) mit dem ent­ sprechenden Druckmitteldruck von dem im Pumpenbetrieb laufen­ den Hydraulikaggregat (12) geliefert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (26) das Steuerventil (16) mit der Druckleitung (14) verbindet, wenn die Druckdif­ ferenz (S1-S2) einen vorgegebenen Wert unterschreitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine fremderregte Gleichstrommaschine (10) vorge­ sehen ist.