DE3602510A1

DE3602510A1 - Hydraulisches hubwerk

Info

Publication number: DE3602510A1
Application number: DE19863602510
Authority: DE
Inventors: Martin Schmid
Original assignee: Steinbock GmbH
Current assignee: STEINBOCK BOSS GMBH, 8052 MOOSBURG, DE
Priority date: 1986-01-28
Filing date: 1986-01-28
Publication date: 1987-07-30
Also published as: US4723107A; EP0230884B1; DE3787292D1; DE3602510C2; ATE94149T1; EP0230884A3; EP0230884A2

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Hubwerk, insbe sondere für ein Flurförderzeug mit einem hydraulischen Hubzylinder, mit einer im Lasthebebetrieb als Pumpe arbei tenden, den Hubzylinder mit Druckmittel beschickenden und im Lastsenkbetrieb als Motor arbeitenden, von dem aus dem Hubzylinder ausgeschobenen Druckmittel angetriebenen Hydraulikaggregat, mit einer mit dem Hydraulikaggregat ge kuppelten, im Lasthebebetrieb als Elektromotor arbeiten den und im Lastsenkbetrieb als Generator arbeitenden Gleichstrommaschine, mit einer im Lastsenkbetrieb von der Gleichstrommaschine gespeisten Nutzbremsschaltung, mit einer Steuerventilanordnung im Druckmittelweg zwischen dem Hydraulikzylinder und dem Hydraulikaggregat und mit einer die Nutzbremsschaltung und die Steuerventil anordnung steuernden Hubwerksteuerung.

Ein hydraulisches Hubwerk dieser Art ist aus der DE-OS 20 14 605 bekannt. Bei diesem Hubwerk eines Staplerfahr zeugs wird die den hydraulischen Hubzylinder zum Heben der Last mit Hydraulikfluid beschickende Pumpe von einem aus der Batterie des Fahrzeugs gespeisten Gleichstrom-Neben schlußmotor angetrieben. Bei der Pumpe handelt es sich um eine Drehkolbenpumpe, deren Fördermenge durch Verstellen eines Regelorgans stufenlos von Pumpbetrieb auf Motorbe trieb umstellbar ist. Beim Absenken der Last wird die Pumpe als Hydraulikmotor betrieben, der den im Nutzbrems betrieb als Generator arbeitenden Nebenschlußmotor an treibt. Die potentielle Ladeenergie der angehobenen Last wird damit beim Absenken der Last im Nutzbremsbetrieb in elektrische, die Batterie ladende Energie umgewandelt.

Bei Hubwerken der vorstehend erläuterten Art wird die Ab senkgeschwindigkeit der Last durch das vom Generator er zeugte Bremsmoment bestimmt. Da der Generator im Still stand kein Bremsmoment erzeugt, ist zwischen den Hydrau likmotor und den Hydraulikzylinder ein steuerbares Sperr ventil geschaltet, welches im gesperrten Zustand den Hydraulikfluidfluß vom Hydraulikzylinder zum Hydraulik motor sperrt. Beim Absenken der Last aus dem Stillstand heraus wird das Sperrventil geöffnet. Bei herkömmlichen Hubwerken der in Rede stehenden Art sackt hierauf die Last unter Beschleunigung des Generators durch, bis der Gene rator ein zum Halten der Last ausreichendes Gegendrehmo ment erzeugt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein hydraulisches Hubwerk der eingangs erläuterten Art anzugeben, bei welchem die Last im Nutzbremsbetrieb abgesenkt werden kann, ohne daß sie zu Beginn des Absenkvorgangs ungewollt absackt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerventilanordnung ein Proportionalventil aufweist und daß die Hubwerksteuerung im Lastbetrieb das Proportional ventil entsprechend einer Rampenfunktion öffnet und abhän gig vom Ausgangsstrom der als Generator arbeitenden Gleichstrommaschine die Nutzbremsschaltung wirksam schal tet, wenn der Generatorausgangsstrom hierbei einen vorbe stimmten Wert übersteigt.

Bei einem solchen Hubwerk wird die Last zunächst über das Proportionalventil mit wachsendem Druckmitteldurchsatz ge drosselt abgesenkt. Die Absenkgeschwindigkeit wird hierbei durch das Proportionalventil bestimmt. Die Hubwerksteue rung überwacht den Ausgangsstrom der als Generator arbei tenden Gleichstrommaschine und schaltet die Nutzbrems schaltung zum elektrischen Bremsen der Absenkbewegung ein, sobald aufgrund des Generatorbetriebs ein hinreichend großes Bremsmoment auf den Hydraulikmotor ausübt. Diese Art der Steuerung verhindert anfängliches Absacken der Last beim Übergang in den Absenkbetrieb.

Nach dem Übergang auf elektrisches Bremsen des Absenkens wird das Proportionalventil vollständig geöffnet. Die Ab senkgeschwindigkeit wird durch herkömmliches Regeln der Erregung der Gleichstrommaschine auf einem gewünschten Sollwert gehalten. Die Absenkgeschwindigkeit kann wahl weise vergrößert, insbesondere aber auch gegenüber dem Geschwindigkeitswert, bei welchem der Übergang auf elekt rische Bremsung erfolgt, verkleinert werden. Zusätzlich zur Steuerung der Erregung der Gleichstrommaschine kann die Hubwertsteuerung eine zusätzliche Drehzahlregelein richtung umfassen, die die Erregung der Gleichstromma schine abhängig von einem deren Drehzahl erfassenden Dreh zahlsensor auf einem vorgegebenen Drehzahl-Sollwert hält.

Nach Wirksamschalten der Nutzbremsschaltung kann die Ab senkgeschwindigkeit der Last in weiten Grenzen variiert werden. Durch Regelung der Erregung der Gleichstromma schine kann die Absenkgeschwindigkeit bis nahezu null ab gesenkt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß bei Annäherung an den Stillstand das Pro portionalventil entsprechend einer Rampenfunktion ge schlossen wird, so daß Abschaltstöße vermieden werden.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der zwischen dem Hydraulikaggregat und dem Hydraulikzylinder angeordneten Steuerventilanordnung umfaßt diese in Serie zu dem Pro portionalventil zwei gegensinnig öffnende Rückschlagven tile, die durch magnetische Sperrventile überbrückt sind. Ein drittes in Heberichtung öffnendes Rückschlagventil überbrückt das Proportionalventil. Vorteil einer solchen Steuerventilanordnung ist ihr verhältnismäßig geringer ventiltechnischer Aufwand.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines hydrau lischen Hubwerks;

Fig. 2a, b und c Zeitdiagramme von Steuersignalen des Hubwerks der Fig. 1 und

Fig. 3 ein Schaltbild einer bei dem Hubwerk der Fig. 1 verwendbaren Nutzbremsschaltung.

Fig. 1 zeigt einen hydraulischen Hubzylinder 1, dessen Kolben 3 nicht näher dargestellte Hebemittel eines batte riegetriebenen Flurförderzeugs, beispielsweise eines Ga belstaplers oder dergleichen zu heben oder zu senken ver mag. Der Hubzylinder 1 ist über eine allgemein mit 5 be zeichnete Steuerventilanordnung an einen reversierbaren und damit als Pumpe betreibbaren Hydraulikmotor 7, bei spielsweise einen Zahnradmotor, angeschlossen. Der Hydrau likmotor 7 ist mit einer sowohl als Motor als auch als Generator betreibbaren Gleichstrommaschine 9 gekuppelt, deren Erregung sowohl im Motorbetrieb als auch im Genera torbetrieb von einer allgemein mit 11 bezeichneten Hub werksteuerung regelbar ist. Die Gleichstrommaschine 9 ist hierzu über eine Thyristorsteuerung 13 an einen Akkumula tor oder eine Batterie 15 angeschlossen. Die Hubwerk steuerung 11 spricht mittels eines Sensors 17 auf die Er regung der Gleichstrommaschine an und steuert die im Chopper-Betrieb arbeitende Thyristorschaltung 13 so, daß ein vorbestimmter, über die Hubwerksteuerung 13 wählbarer Wert der Erregung und damit ein vorbestimmter Wert des Drehmoments der Gleichstrommaschine 9 eingehalten werden kann. Mit der Welle des Hydraulikmotors 7 ist ferner ein Drehzahlgeber 19 gekuppelt, der ein der Drehzahl des Hydrau likmotors 7 entsprechendes Signal an die Hubwerksteuerung 11 abgibt. Die Hubwerksteuerung 11 umfaßt Regelmittel, die abhängig von der ermittelten Drehzahl über die Thyristor steuerung 13 die Erregung der Gleichstrommaschine 9 so be einflussen, daß sowohl im Motorbetrieb als auch im Genera torbetrieb eine vorbestimmte Solldrehzahl eingehalten wer den kann. Da die Drehzahl des Hydraulikmotors dem Druck mitteldurchsatz proportional ist, kann auf diese Weise die Hebe- bzw. Senkgeschwindigkeit des Kolbens 3 geregelt wer den.

Im Lasthebebetrieb arbeitet die Gleichstrommaschine 9 als Motor und treibt den Hydraulikmotor 7 in einer Drehrich tung an, in der das Hydraulikfluid aus einem Tank 21 über die Steuerventilanordnung 5 in den Hydraulikzylinder 1 ge fördert wird. Ein an den Ausgang des Hydraulikmotors 7 an geschlossenes Überdruckventil 23 begrenzt hierbei den Aus gangsdruck. Die Hubwerksteuerung 11 steuert die Motorerre gung so, daß die Drehzahl des als Pumpe arbeitenden Hydraulikmotors 7 und damit die Hubgeschwindigkeit des Kolbens 3 einen vorbestimmten Wert hat.

Im Absenkbetrieb treibt der mit der Last belastete Kolben 3 das Hydraulikfluid über die Steuerventilanordnung 5 in den Tank 21 zurück. Der Hydraulikmotor 7 arbeitet im Mo torbetrieb und treibt die als Generator arbeitende Gleich strommaschine 9 an. Der Ankerstromkreis der Gleichstrom maschine 9 ist über eine Nutzbrems-Umschaltstufe 25 mit der Batterie 15 verbunden. Die Nutzbrems-Umschaltstufe er laubt bei Generatorbetrieb die Nutzbremsung der Gleich strommaschine 9, wobei zumindest ein Teil des generato risch erzeugten Stroms zum Laden der Batterie 15 genutzt wird. Auch im Nutzbremsbetrieb wird die Erregung der Gleichstrommaschine 9 über die Thyristorsteuerung 13 so gesteuert, daß der Generator ein vorbestimmtes Bremsdreh moment auf den Hydraulikmotor 7 ausübt und zudem der Hydraulikmotor 7 auf einer vorbestimmten Drehzahl entspre chend einer vorbestimmten Lastabsenkgeschwindigkeit gehal ten wird.

Die Steuerventilanordnung 5 umfaßt zwei in Serie zueinan der angeordnete Magnetventile 27, 29 und ein ebenfalls in Serie geschaltetes Proportionalventil 31. Das normalerwei se geschlossene Magnetventil 27 umfaßt ein in Absenkströ mungsrichtung des Hydraulikfluids öffnendes Rückschlagven til 33 in einem Nebenschlußweg zu seiner Schließstellung. Das Magnetventil 29 ist normalerweise ebenfalls geschlos sen und hat in einem Nebenschlußweg zu seiner Schließstel lung ein in Lasthebeströmungsrichtung des Hydraulikfluids öffnendes Rückschlagventil 35. Ein weiteres Rückschlagven til 37 ist in einer Umwegleitung zu dem Proportionalven til 31 angeordnet.

Die Magnetventile 27, 29 und das Proportionalventil 31 werden von der Hubwerksteuerung 11 gesteuert. Die Hubwerk steuerung 11 ist zweckmäßigerweise als Microprozessor steuerung ausgebildet und umfaßt ein zentrales Rechenwerk 39 mit einer Eingangsschaltung 41, einer Ausgangsschaltung 43 und einem Programm- und Datenspeicher 45. Die Eingangs schaltung 41 führt dem zentralen Rechenwerk 39 Eingangsda ten des Stromsensors 17, des Drehzahlgebers 19 sowie einer Bedienungsstufe 47 zu. An der Bedienungsstufe 47 kann zwischen Hebebetrieb und Senkbetrieb umgeschaltet werden, und es kann die Sollgeschwindigkeit beim Heben und Senken eingestellt werden. Der Eingangsschaltung 41 werden der Thyristorsteuerung 13 sowie Daten über den Ladezustand der Batterie 15 zugeführt. Soweit die Daten in analoger Form vorliegen, werden sie in der Eingangsschaltung 41 in Digitaldaten gewandelt. Die Ausgangsschaltung 43 steuert den Chopper-Betrieb der Thyristorsteuerung 13 und den Um schaltbetrieb der Nutzbrems-Umschaltstufe 25. Die Ausgangsschaltung 43 erzeugt ferner Steuersignale für die Erregung der Magnetventile 27, 29 und des Proportional ventils 31. An die Ausgangsschaltung 43 ist ferner eine Fehleranzeige 49 angeschlossen zur Erzeugung von Alarm und Störfallsignalen.

In einfachen Ausführungsformen der Hubwerksteuerung 11 können die Drehzahlregelungsmittel auch entfallen, so daß die Erregung der Gleichstrommaschine 9 im Generator- bzw. Motorbetrieb ohne Berücksichtigung der Ist-Drehzahl auf einem Sollwert gehalten wird. Statt des auf den Motorstrom ansprechenden Sensors 17 kann auch ein auf die Motorspan nung ansprechender Sensor vorgesehen sein zur Ermittlung des Istwerts der Erregung der Gleichstrommaschine 9.

Im Lasthebebetrieb ist das Magnetventil 27 geöffnet, und das Hydraulikfluid wird über das Magnetventil 27 und die Rückschlagventile 35, 37 in den Hydraulikzylinder 1 ge pumpt. Der Absenkbetrieb wird von der Hubwerksteuerung 11 über das Magnetventil 29 und das ebenfalls normalerweise geschlossene Proportionalventil 31 gesteuert. Fig. 2a zeigt den zeitlichen Verlauf des von der Hubwerksteuerung 11 an das Magnetventil 29 abgegebenen Steuersignals M 29. Der zeitliche Verlauf des an das Proportionalventil 31 ab gegebenen Steuersignals M 31 ist in Fig. 2b dargestellt. Fig. 2c zeigt den zeitlichen Verlauf des Erregerstroms I _G der im Generatorbetrieb arbeitenden Gleitstrommaschine 9. Zum Zeitpunkt t ₀ wird an der Bedienungsstufe 47 der Befehl zum Absenken der Last mit einer vorbestimmten Absenkge schwindigkeit gegeben. Die Hubwerksteuerung 11 öffnet hierbei das Magnetventil 29 und erzeugt ein Rampensignal 51, welches das Proportionalventil 31 stetig zunehmend öffnet. Die Absenkgeschwindigkeit wird durch den entspre chend dem Rampensignal sich vergrößernden Öffnungsquer schnitt des Proportionalventils 31 festgelegt. Die Nutz brems-Umschaltstufe 25 ist unwirksam geschaltet. Sobald der von der Hubwerksteuerung 11 über den Sensor 17 ermit telte Ankerstrom der Gleichstrommaschine 9 ausreicht, um die auf dem Kolben 3 lastende Last durch das Bremsmoment des Generators zu halten, wird der Nutzbremsbetrieb über die Nutzbrems-Umschaltstufe 25 eingeschaltet und das Pro portionalventil 31 vollständig geöffnet. In Fig. 2c wird der Umschaltstrom I ₀ zum Zeitpunkt t ₁ erreicht. Nach dem Wirksamschalten des Nutzbremsbetriebs wird die Drehzahl des Hydraulikmotors 7 über die Erregung der Gleichstrom maschine 9 auf den an der Bedienungsstufe 47 eingestell ten Sollwert geregelt, wobei der Sollwert im Verlauf der Absenkgeschwindigkeit variiert werden kann, wie dies in Fig. 2c für den Zeitpunkt t ₂ dargestellt ist. Die Hubwerk steuerung 11 erlaubt nicht nur einen ruckfreien Beginn des Lastabsenkbetriebs, sondern auch die ruckfreie Beendi gung. Wird zum Zeitpunkt t ₃ über die Bedienungsstufe 47 der Sollwert der Absenkgeschwindigkeit auf null gestellt, so wird zunächst die Absenkgeschwindigkeit durch elektri sche Regelung der Gleichstrommaschine 9 bis auf einen Wert nahe dem Stillstand verringert. Die Hubwerksteuerung 11 er zeugt ein das Proportionalventil 31 stetig schließendes Rampensignal 53. Das Magnetventil 29 wird zum Zeitpunkt t ₄ bei geschlossenem Proportionalventil 31 ebenfalls geschlossen.

Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Nutzbremsschaltung für eine Gleichstrom-Reihenschluß maschine mit einem in Serie zu einer Feldwicklung 61 ge schalteten Anker 63. Die Feldwicklung 61 ist über einen Thyristor 65 an den positiven Pol einer Batterie 67 ange schlossen. Der Anker 63 ist über einen dem Sensor 17 aus Fig. 1 entsprechenden Stromfühler 69, beispielsweise einen Nebenschlußwiderstand, an einen Steuerschalter 71 ange schlossen, der den Anker 63 mit dem negativen Pol der Bat terie 67 verbindet. Eine Steuerschaltung 73, welche einen herkömmlichen Löschkreis für den Thyristor 65 umfaßt, steuert den Thyristor 65 im Zerhackerbetrieb und bestimmt die Impulsdauer und die Impulsperiode des durch die Feld wicklung 61 und den Anker 63 fließenden Stroms. Der mittels des Sensors 69 erfaßte Strom wird auf einem bei 75 vorgebbaren Sollwert gehalten. Bei 77 ist eine der Feld wicklung 61 parallel geschaltete Freilaufdiode darge stellt, wie sie für Thyristorlöschkreise herkömmlicher Bauart eingesetzt wird.

Im Lasthebebetrieb ist der Schalter 71 geschlossen und der impulsförmige Motorstrom fließt über den Thyristor 65, die Feldwicklung 61, den Anker 63, den Sensor 69 und den Schalter 71.

Durch Öffnen des Schalters 71 wird eine Nutzbremsschaltung wirksam geschaltet. Die Nutzbremsschaltung umfaßt eine mit ihrer Kathode an den Pluspol der Batterie 67 und mit ihrer Anode über den Sensor 69 an den Anker 63 angeschlossene Diode 79. Die Diode 79 ist der Serienschaltung aus dem Thyristor 65, der Feldwicklung 61, dem Anker 63 und dem Sensor 69 parallel geschaltet. Die Anode der Diode 79 ist mit der Anode einer weiteren Diode 81 verbunden, deren Ka thode über einen Widerstand 83 an den negativen Pol der Batterie 67 angeschlossen ist. Dem Widerstand 83 ist ein Kondensator 85 parallel geschaltet. Der Schalter 71 bildet einen Kurzschlußschalter zu der Serienschaltung aus der Diode 81 und dem Widerstand 83. Während im Lasthebebetrieb der Verbindungspunkt 87 über den geschlossenen Schalter 71 auf dem Potential des Minuspols der Batterie 67 gehalten wird, kann das Potential am Punkt 87 bei im Lastabsenkbe trieb geöffnetem Schalter 71 aufgrund der vom Anker 63 er zeugten Generatorspannung auf einen Wert steigen, dessen Potential größer ist als das Potential am Pluspol der Bat terie 67. Die Diode 79 wird hierdurch leitend, und es fließt ein Ladestrom in die Batterie 67. Die Erregung der Feldwicklung 61 ist auch in diesem Betriebszustand über den Thyristor 65 steuerbar.

Claims

1. Hydraulisches Hubwerk, insbesondere für ein batteriege triebenes Flurförderzeug, mit einem hydraulischen Hub zylinder (1), mit einer im Lasthebebetrieb als Pumpe ar beitenden, den Hubzylinder (1) mit Druckmittel beschik kenden und im Lastsenkbetrieb als Motor arbeitenden, von dem aus dem Hubzylinder (1) ausgeschobenen Druckmittel angetriebenen Hydraulikaggregat (7), mit einer mit dem Hydraulikaggregat (7) gekuppelten, im Lasthebebetrieb als Elektromotor arbeitenden und im Lastsenkbetrieb als Generator arbeitenden Gleichstrommaschine (9), mit einer im Lastsenkbetrieb von der Gleichstrommaschine (9) ge speisten Nutzbremsschaltung (25; 79), mit einer Steuer ventilanordnung (5) im Druckmittelweg zwischen dem Hydraulikzylinder (1) und dem Hydraulikaggregat (7) und mit einer die Nutzbremsschaltung (25; 79) und die Steu erventilanordnung (5) steuernden Hubwerksteuerung (11) dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventilanordnung (5) ein Proportionalventil (31) aufweist und daß die Hubwerksteuerung (11) im Lastsenk betrieb das Proportionalventil (31) entsprechend einer Rampenfunktion öffnet und abhängig vom Ausgangsstrom der als Generator arbeitenden Gleichstrommaschine (9) die Nutzbremsschaltung (25; 79) wirksam schaltet, wenn der Generator-Ausgangsstrom hierbei einen vorbestimmten Wert übersteigt.

2. Hydraulisches Hubwerk nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Hubwerksteuerung (11) eine den Erre gerstrom der als Generator arbeitenden Gleichstromma schine (9) beeinflussende Drehzahlregeleinrichtung (19, 39) umfaßt, mittels der die Drehzahl des Hydraulikaggre gats (1) im Lastsenkbetrieb auf einen vorgebbaren Soll wert regelbar ist.

3. Hydraulisches Hubwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubwerksteuerung (11) beim Über gang vom Lastsenkbetrieb zum Stoppbetrieb das Proportio nalventil (31) entsprechend einer Rampenfunktion schließt.

4. Hydraulisches Hubwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventilanordnung (5) drei in Serie zueinander zwischen den Hubzylinder (1) und das Hydraulikaggregat (7) geschaltete Rück schlagventile (33, 35, 37) aufweist, von denen das erste Rückschlagventil (33) in Senkströmungsrichtung des Druckmittels öffnet und das zweite (35) und das dritte (37) Rückschlagventil in Hebeströmungsrichtung des Druckmittels öffnet, daß die Steuerventilanordung (5) ferner zwei normal geschlossene, von der Hubwerksteue rung (11) zu öffnende Magnetventile (27, 29) aufweist, von denen das erste Magnetventil (27) im Nebenschluß zum ersten Rückschlagventil (33) angeordnet und im Lasthebe betrieb geöffnet ist und das zweite Magnetventil (29) im Nebenschluß zum zweiten Rückschlagventil (35) angeordnet und im Lastsenkbetrieb geöffnet ist und daß das Propor tionalventil (31) im Nebenschluß zum dritten Rückschlag ventil (37) angeordnet ist.

5. Hydraulisches Hubwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikaggregat als reversibler, als Pumpe betreibbarer Zahnradmotor (7) ausgebildet ist.

6. Hydraulisches Hubwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstrommaschine als im Generatorbetrieb betreibbarer Reihenschlußmotor (61, 63) ausgebildet ist.