DE10010670A1 - Hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurförderzeuge - Google Patents

Abstract

Hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurförderzeuge, mit mindestens einem hydraulischen Hubzylinder, einem im Lasthebebetrieb als Pumpe arbeitenden, den Hubzylinder mit Druckmittel beschickenden und im Lastsenkbetrieb als Motor arbeitenden, von dem vom Hubzylinder verdrängten Druckmittel angetriebenen Hydraulikpumpe, einer mit dem Hydraulikaggregat gekuppelten, im Lasthebebetrieb als Elektromotor und im Lastsenkbetrieb als Generator arbeitenden Elektromaschine, einer im Lastsenkbetrieb von der Elektromaschine gespeisten Nutzbremsschaltung, einer die Ventilanordnung steuernden Steuervorrichtung, die eine die Drehzahl der Elektromaschine beeinflussenden Drehzahlregeleinrichtung um einen Senkzweig zwischen der Ventilanordnung und einer Verbinung zwischen einem Rückschlagventil und dem Eingang der Hydraulikpumpe und gegebenenfalls mindestens ein weiterer hydraulischer Verbraucher über die Ventilanordnung steuerbar von der Hydraulikpumpe versorgbar ist, wobei der Elektromotor durch die Drehzahlregeleinrichtung in Abhängigkeit von der Betätigung der Ventilanordnung in der Drehzahl geregelt wird und im Senkzweig ein hydraulischer Volumenstrombegrenzer angeordnet ist, an dem in bestimmten Betriebspunkten der gesamte Hydraulikdruck abfällt und der die Lasthaltung übernimmt, wobei im Senkzweig ein Volumenstromteiler angeordnet ist, der den vom Hubzylinder kommenden Volumenstrom auf den Tank und den Eingang der Pumpe aufteilt, wobei die zur Pumpe strömende Menge von ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetrie­ bene Flurförderzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Naturgemäß ist bei Flurförderzeugen, die batteriebetrieben sind, der Wirkungsgrad der Fahrzeuge von besonderer Bedeutung für den Kundennutzen, da die Batterien einen hohen Anteil an den Anschaffungs- und Betriebskosten tragen. Es ist daher seit längerem bekannt, die beim Senken einer angehobenen Last frei werdende Energie zurückzugewinnen und nicht durch Abdrosselung des Hydrauliköls in Wärme umzu­ wandeln.

Aus DE 43 17 782 C2 ist ein Verfahren bekannt geworden, bei dem die Hubfunktion von Nebenfunktionen getrennt aufgebaut ist. Bei den meisten Flurförderzeugen, ins­ besondere den Hochhubfahrzeugen, sind neben der eigentlichen Hubfunktion noch weitere hydraulische Verbraucher vorgesehen, wie zum Beispiel die Verstellzylinder für das Neigen, Schieben oder auch die hydraulische Lenkung. Durch die Versorgung der Nebenfunktionen unabhängig von den Hubfunktionen ist ein sicherer Betrieb auch der Nebenfunktionen sichergestellt. Der beim Senkvorgang entstehende Volumen­ strom wird in die Hydraulikpumpe zurückgeführt, die als Motor arbeitet und den Elektromotor antreibt, der seinerseits generatorisch arbeitet und die Batterie lädt. Die Senkgeschwindigkeit sowie die Hubgeschwindigkeit werden über die Drehzahl des Elektromotors eingestellt. Der Antrieb besitzt deshalb für die Hub- bzw. Senkfunktion unterschiedliche Drehrichtungen. Die bekannte Vorrichtung erfordert einen erhöhten apparativen Aufwand.

Aus DE 44 02 653 C2 ist eine Vorrichtung bekannt geworden, bei der ebenfalls eine Energierückgewinnung verwirklicht wird, und zwar mit nur einem Hydraulikantrieb. Der Hubvorgang wird wie bei einem konventionellen Antrieb durch die Drehzahl des Elektromotors gesteuert. Die Energierückgewinnung beim Senkvorgang erfolgt über die Rückführung des Ölvolumenstroms auf die Saugseite der Pumpe, deren Verbin­ dung zum Tank durch ein einfaches Rückschlagventil unterbrochen ist. Die Pumpe wird als Motor betrieben, jedoch mit gleicher Drehrichtung wie beim Heben. Vorteil­ haft bei dieser Anordnung ist die Tatsache, dass auch die Nebenfunktionen beim Senkvorgang mit Hydrauliköl versorgt werden können. Ein Nachteil liegt jedoch darin, dass die zu den Nebenfunktionen geförderte Ölmenge nicht mehr durch die Drehzahl des Motors gesteuert werden kann, da diese bereits die Senkgeschwindigkeit vorgibt. Dies bedeutet zum Einen, dass das von der Pumpe kommende Hydrauliköl aufgrund des zumeist geringeren Bedarfs der Nebenfunktionen zum größten Teil zum Tank hin gedrosselt werden muss, so dass der Rückgewinn an Energie bei einer Doppelbedienung ungünstig ausfällt. Zum Anderen muss bei einer Senkfunktion ohne Last, bei der das Hydrauliköl kaum einen Druck aufweist, das gesamte Hydrauliköl aus der Senkfunktion auf das für eine Nebenfunktion notwendige Druckniveau gebracht werden, um dann wieder nur einen Teil des Volumenstroms in der Neben­ funktion zu nutzen. Dieses Vorgehen liefert einen entsprechend ungünstigen Wir­ kungsgrad für die Nebenfunktionsbedienung beim Senkvorgang.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurförderzeuge zu schaffen, die auch bei einer Doppelbedienung, d. h. von Energierückgewinnung beim Senkvorgang und den Nebenverbrauchern ein guter Wirkungsgrad erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der Erfindung ist im Senkzweig ein Volumenstromteiler geschaltet, der den Senk­ volumenstrom vom Hubzylinder regelt. Er besitzt einen Eingriff in dem zum Tank hin strömenden Teil des Druckmediums. Der zur Pumpe abströmende Teil kann durch die Drehzahlregelung der Hydraulikpumpe eingestellt werden. Auf diese Weise kann der Volumenstrom aus der Senkfunktion frei aufgeteilt werden, wobei um so weniger zum Tank und um so mehr zur Pumpe strömt, je größer der eingestellte Wert für die Dreh­ zahl der Pumpe ist. Mit anderen Worten, hierdurch wird erreicht, dass der aus der Senkfunktion resultierende Volumenstrom nahezu vollständig durch die Pumpe geleitet und dadurch ein Maximum an Energie rückgewonnen werden kann. Bei einer Verwendung von Nebenfunktionen wird hingegen nur der Volumenstrom zurück­ geführt, der für die Versorgung der Nebenfunktion notwendig ist. Es versteht sich, dass ein ansteuerbares Bypass-Ventil zwischen dem Ausgang der Pumpe und dem Tank vorgesehen ist, das von der Steuervorrichtung so angesteuert wird, dass bei Senkenbetrieb und ausgeschalteten Nebenverbrauchern ein Strömungsdurchgang bereitgestellt wird und beim Hebenbetrieb und eingeschaltetem Nebenverbraucher eine Sperrung erfolgt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Volumenstromregler das Teil, mit dem die Senkgeschwindigkeit bestimmt werden kann. Wird nun parallel mit der Ein­ stellung der Senkgeschwindigkeit die Drehzahlregelung für den Motor auf einen ent­ sprechenden Wert eingestellt, hat dies zur Folge, dass über den Volumenstromregler nur ein kleiner oder gar kein Rückstrom des Hydrauliköls im Senkbetrieb zum Tank stattfindet und statt dessen der Volumenstrom über die Pumpe zurückgeleitet wird, um diese anzutreiben. Wird hingegen ein Nebenverbraucher während des Senkvorgangs betätigt, kann die Drehzahl der Hydraulikpumpe und damit die rückströmende Hydraulikmediummenge reduziert werden, ohne dass dies Einfluss auf die Senk­ geschwindigkeit hat, da der Volumenstromregler im Senkzweig reagiert und entspre­ chend mehr Öl zum Tank hin ablässt. Die Nebenfunktion kann nur über das geschlos­ sene Bypassventil versorgt werden. Die gesamte abfließende Menge bleibt gleichwohl konstant. Dadurch fließt entsprechend mehr Hydrauliköl unmittelbar zum Tank. Mit anderen Worten, der Volumenstromregler sorgt dafür, dass stets das eingestellte Volumen abfließt, unabhängig davon, wie die Aufteilung der Volumenströme erfolgt.

Auch bei Flurförderzeugen ohne Nebenverbraucher ist die Erfindung von Vorteil. Er liegt dann in der Auslegung des Elektromotors. Häufig soll mit Last eine niedrigere Hubgeschwindigkeit als im Senkbetrieb erreicht werden. Die im Senkbetrieb umzu­ setzende Leistung ist dann deutlich größer als im Hubbetrieb. Um nicht einen entspre­ chend größeren Antrieb auslegen zu müssen, kann es sinnvoll sein, im Senkbetrieb einen Teil des anfallenden Öls in den Tank zu entlassen, um den Elektromotor nicht zu überlasten.

Es bestehen verschiedene Möglichkeiten, die Erfindung zu verwirklichen. Eine kann nach einer Ausgestaltung darin bestehen, dass im Senkzweig eine Druckwaage geschaltet ist, der eine einstellbare Drossel vorgeschaltet ist, deren Eingang mit einem ersten Steuereingang und deren Ausgang mit einem zweiten Steuereingang der Druckwaage verbunden ist und ein Verbindungspunkt der Leitung zwischen Drossel und Druckwaage mit dem Eingang der Pumpe verbunden ist. Soll eine Senkgeschwin­ digkeit eingestellt werden, kann dies über die proportional bedienbare Blendenöffnung der Drossel erfolgen. Die Druckwaage wird den Tankzweig so weit öffnen, dass sich der gewünschte Volumenstrom einstellt. Wird nun durch den drehzahlveränderlichen Elektromotor eine dem Senkvolumenstrom entsprechende Drehzahl eingestellt oder eingeregelt, führt dies dazu, dass die Druckwaage mit wachsender Drehzahl des Antriebs weiter schließt und schließlich der gesamte Volumenstrom über die Pumpe abgeführt wird. Da das Hydrauliköl am Pumpeneingang unter Lastdruck steht, kann die Pumpe als Motor und der Elektromotor generatorisch arbeiten, wobei der aus der Pumpe austretende Volumenstrom über das geöffnete Bypass-Ventil in den Tank abgeführt wird. Soll während des Senkvorgangs eine Nebenfunktion bedient werden, wird die Drehzahl der Hydraulikpumpe auf den für diese Funktion passenden Wert herabgeregelt, wobei die Druckwaage immer weiter geöffnet wird, bis die Drehzahl­ veränderung der Hydraulikpumpe keinen Einfluss mehr auf die resultierende Senk­ geschwindigkeit hat. Die Hydraulikpumpe fördert nun den Volumenstrom, der für die Versorgung der Nebenfunktionen notwendig ist, und das Bypass-Ventil kann geschlossen werden. Der für die Verwendung der Nebenfunktionen notwendige Druck bestimmt nun, ob der Elektromotor generatorisch arbeitet oder motorisch. Im ersteren Fall liegt der erforderliche Druck der Nebenfunktion unterhalb des Lastdruckes auf der Saugseite der Pumpe und im zweiten Fall oberhalb des saugseitigen Lastdrucks. Die Nebenfunktionen können bei ausreichendem Lastdruck im Senkzweig auf diese Weise mit einem sehr guten Wirkungsgrad versorgt werden, da eine Umwandlung in elektrische Energie nicht erforderlich ist.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist im Senkzweig ein Schaltventil und stromabwärts vom Schaltventil ein Proportionalventil geschaltet und ein Punkt der Leitung zwischen Schaltventil und Proportionalventil ist mit dem Eingang der Pumpe verbunden. Der Steuereingang des Proportionalventils ist mit einem Regler verbun­ den, dessen Stellsignal abhängig von einem Vergleich eines Istwerts und eines Soll­ werts für die Senkgeschwindigkeit ist. Hierfür ist erforderlich, dass die Senk­ geschwindigkeit erfasst wird, beispielsweise durch eine dem Hubzylinder zugeordnete Sensorik und einer elektronischen Steuerungseinheit zugeführt wird. Mit Hilfe der Steuereinheit kann die Geschwindigkeit der Senkfunktion vorgegeben werden, indem die Öffnung des Proportionalventils entsprechend eingestellt wird. Dies geschieht wiederum unabhängig von der Motordrehzahl. Ein besonderer Vorteil dieser Aus­ gestaltung liegt in der Verwendung der Sensorik auch für andere Funktionen, wie zum Beispiel für eine Hubhöhenanzeige. Außerdem kann eine vollkommen lastunabhän­ gige Regelung der Senkgeschwindigkeit erfolgen und Schwingungen in der Ölsäule können ausgeregelt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Ein Elektromotor 10 in Fig. 1 treibt eine Hydraulikpumpe 12 an. Der Elektromotor kann eine fremderregte Gleichstrommaschine, eine Drehstrommaschine oder derglei­ chen sein. Die Pumpe 12 arbeitet wahlweise als Motor, worauf weiter unten noch ein­ gegangen wird. Die Pumpe 12 saugt aus einem Tank 14 Hydraulikmedium an und för­ dert es über eine Steuerventilanordnung 18 zu einem Hubzylinder 20. Die Ven­ tilanordnung 18 (Magnetventil) ist hier als durch ein elektrisches Signal betätigt gezeigt. Zwischen der Ventilanordnung 18 und dem Hubzylinder 20 ist ein Rück­ schlagventil 22 angeordnet. Zwischen dem Tank 14 und der Pumpe 12 ist in der Zuleitung 20 ein Rückschlagventil 22 angeordnet. Ein- und Ausgang der Pumpe 12 werden über eine Leitung mit einem Überdruckventil 24 verbunden. Zwischen dem Ausgang der Pumpe 12 und einem Senkzweig 26 ist eine Leitung mit einem Bypass- Ventil 28 geschaltet. Abströmseitig vom Eingang des Bypass-Ventils 28 ist ein Rück­ schlagventil 30 angeordnet, dem ein oder mehrere Nebenverbraucher nachgeschaltet sind, wie durch die Leitung 32 angedeutet. Der Rückfluss von Nebenverbrauchern erfolgt über die Leitung 34 zum Tank.

Im Senkzweig 26 ist ein Dreistromregler 36 angeordnet, dessen Einzelheiten links in Fig. 1 näher dargestellt sind. Er umfasst ein steuerbares Drosselventil 40 und eine Druckwaage 42. Wie erkennbar, ist der eine Steuereingang der Druckwaage 42 mit dem Eingang des Drosselventils 40 und der andere Steuereingang mit dem Ausgang des Drosselventils 40 verbunden, wie an sich in Verbindung mit Druckwaagen in der Hydrauliktechnik bekannt. Ein Punkt der Leitung zwischen Drosselventil 40 und Druckwaage 42 ist über eine Leitung 44 mit der Leitung 20 verbunden, und zwar abströmseitig vom Rückschlagventil 22.

Die Wirkungsweise der gezeigten Schaltungsanordnung ist wie folgt.

Der Fahrer des nicht gezeigten Flurförderzeugs stellt über eine entsprechende Hand­ bedienung die Senkgeschwindigkeit ein und verstellt entsprechend das Drosselventil 40. Die Druckwaage 42 wird dann den Senkzweig 28 so weit öffnen, dass sich der gewünschte Volumenstrom einstellt. Wird nun durch eine nicht gezeigte Drehzahl­ regelung für den Motor 10, wie sie zum Beispiel in der DE 44 02 653 C2 beschrieben ist, eine Drehzahl eingestellt, welche dem Senkvolumenstrom entspricht, was durch die Betätigung der Handbedienung automatisch geschehen kann, führt das dazu, dass die Druckwaage 42 mit wachsender Drehzahl des Elektromotors 10 zunehmend schließt und schließlich der gesamte Volumenstrom über die Leitung 44 zur Pumpe 12 abgeführt wird. Da das Hydraulikmedium am Pumpeneingang unter Lastdruck steht, kann die Pumpe als Motor und der Elektromotor als Generator arbeiten. In diesem Betriebszustand ist das Bypass-Ventil 38 geöffnet, so dass der Volumenstrom zum Tank 14 abgeführt wird.

Soll während des beschriebenen Senkvorgangs eine Nebenfunktion bedient werden, wird hierfür der Elektromotor 10 mit Hilfe der nicht dargestellten Drehzahlregelung auf einen passenden Wert herabgeregelt, wodurch die Druckwaage 42 immer weiter öffnet, bis die Drehzahlveränderung der Hydraulikpumpe keinen Einfluss mehr auf die resultierende Senkgeschwindigkeit hat. Die Pumpe 12 fördert nun den Volumenstrom, der für die Versorgung der Nebenfunktion notwendig ist, und das Bypass-Ventil 38 ist geschlossen. Der für die Verwendung der Nebenfunktion notwendige Druck bestimmt nun, ob der Elektromotor 10 generatorisch arbeitet oder motorisch. Dies hängt davon ab, wie das Verhältnis ist zwischen dem Druck am Eingang und am Ausgang der Pumpe 12. Die Nebenfunktionen können bei ausreichendem Lastdruck im Senkzweig so mit einem guten Wirkungsgrad versorgt werden.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 enthält teilweise gleiche Bauteile wie Fig. 1, die mithin mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Im Senkzweig 26 der Vorrichtung nach Fig. 2 sind ein Schaltventil 50 sowie ein Pro­ portionalventil 52 angeordnet. Der Steuereingang des Proportionalventils ist mit einem Regler 54 verbunden, dessen Eingang mit einem Soll-Ist-Wertvergleich 56 verbunden ist. Auf den Soll-Ist-Wertvergleich 56 geht der Ausgang des Sollwertgebers 58 sowie der Ausgang eines Sensors 60, der dem Hubzylinder 20 zugeordnet ist und der ein der Geschwindigkeit des Hubzylinders 20 proportionales Signal erzeugt.

Durch den Geber 58 wird eine Senkgeschwindigkeit für den Hubzylinder 20 vor­ gegeben. Es findet ein Vergleich mit der tatsächlichen Senkgeschwindigkeit statt und der Regler 54 erzeugt ein entsprechendes Stellsignal für das Proportionalventil 52. Auf diese Weise kann die Senkfunktion geregelt werden, und zwar unabhängig von der Drehzahl des Elektromotors 10. Hat dieser eine der Senkgeschwindigkeit entspre­ chende Drehzahl, führt dies dazu, dass der Volumenstrom im Senkzweig 26 im wesentlichen auf den Eingang der Pumpe 12 rückgeführt wird, wie das in Verbindung mit Fig. 1 bereits beschrieben wurde. In diesem Fall ist das Bypass-Ventil 38 geöffnet. Es wird jedoch geschlossen, wenn eine Nebenfunktion angefordert wird, die durch eine entsprechende Einstellung der Drehzahlregelung bedient wird. Da der Volumen­ strombedarf zumeist deutlich niedriger ist, führt dies zu einer Verstellung des Propor­ tionalventils, so dass eine Aufteilung des Volumenstroms stattfindet. Die Drehzahl des Elektromotors 10 kann somit wieder abhängig von der Senkgeschwindigkeit ein­ gestellt werden.

Wie erkennbar, unterscheidet sich die Ausführungsform nach Fig. 2 gegenüber der nach Fig. 1 nur dadurch, dass im letzteren Fall eine hydraulisch geregelte und im erste­ ren Fall eine elektronisch geregelte Senkfunktion vorgenommen ist.

Claims (5)

1. Hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurförderzeuge, mit minde­ stens einem hydraulischen Hubzylinder, einem im Lasthebebetrieb als Pumpe arbeitenden, den Hubzylinder mit Druckmittel beschickenden und im Lastsenk­ betrieb als Motor arbeitenden, von dem vom Hubzylinder verdrängten Druck­ mittel angetriebenen Hydraulikpumpe, einer mit dem Hydraulikaggregat gekup­ pelten, im Lasthebebetrieb als Elektromotor und im Lastsenkbetrieb als Generator arbeitenden Elektromaschine, einer im Lastsenkbetrieb von der Elektromaschine gespeisten Nutzbremsschaltung, einer die Ventilanordnung steuernden Steuer­ vorrichtung, die eine die Drehzahl der Elektromaschine beeinflussenden Dreh­ zahlregeleinrichtung um einen Senkzweig zwischen der Ventilanordnung und einer Verbindung zwischen einem Rückschlagventil und dem Eingang der Hydraulikpumpe und gegebenenfalls mindestens ein weiterer hydraulischer Ver­ braucher über die Ventilanordnung steuerbar von der Hydraulikpumpe versorgbar ist, wobei der Elektromotor durch die Drehzahlregeleinrichtung in Abhängigkeit von der Betätigung der Ventilanordnung in der Drehzahl geregelt wird und im Senkzweig ein hydraulischer Volumenstrombegrenzer angeordnet ist, an dem in bestimmten Betriebspunkten der gesamte Hydraulikdruck abfällt und der die Lasthaltung übernimmt, dadurch gekennzeichnet, dass im Senkzweig (26) ein Volumenstromteiler angeordnet ist, der den vom Hubzylinder (20) kommenden Volumenstrom auf den Tank (14) und den Eingang der Pumpe (12) aufteilt, wobei die zur Pumpe (12) strömende Menge von der Drehahlregeleinrichtung des Elek­ tromotors bestimmt wird und ein ansteuerbares Bypass-Ventil (38) zwischen dem Ausgang der Pumpe (12) und dem Tank (14) angeordnet ist, das von der Steuer­ vorrichtung so angesteuert wird, dass bei Senkenbetrieb und gegebenenfalls aus­ geschaltetem Nebenverbraucher (32) ein Strömungsdurchgang bereitstellt und bei Hebenbetrieb und gegebenenfalls eingeschaltetem Nebenverbraucher (32) gesperrt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom­ teiler von einem Dreiwegestromregler gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Senk­ zweig (26) eine Druckwaage (42) geschaltet ist, der eine einstellbare Drossel (40) vorgeschaltet ist, deren Eingang mit einem ersten Steuereingang und deren Aus­ gang mit einem zweiten Steuereingang der Druckwaage (42) verbunden ist und ein Verbindungspunkt der Leitung zwischen Drossel (40) und Druckwaage (42) mit dem Eingang der Pumpe (12) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Senkzweig (26) ein Schaltventil (50) und stromabwärts vom Schaltventil (50) ein Proportional­ ventil (52) geschaltet sind und ein Punkt der Leitung zwischen Schaltventil (50) und Proportionalventil (52) mit dem Eingang der Pumpe (12) verbunden ist, der Steuereingang des Proportionalventils (52) mit einem Regler (54) verbunden ist, dessen Stellsignal abhängig ist von einem Vergleich zwischen einem Istwert und einem Sollwert für die Senkgeschwindigkeit.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hubzylinder (20) ein Sensor (60) zugeordnet ist, der die Verstellgeschwindigkeit des Hub­ zylinders (20) ermittelt.