EP0574737B1

EP0574737B1 - Fahrzeug mit batterie-elektrischem Antrieb, insbesondere Hublader

Info

Publication number: EP0574737B1
Application number: EP93108385A
Authority: EP
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Dibbern (Fh)
Original assignee: Jungheinrich AG
Current assignee: Jungheinrich AG
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1993-05-25
Publication date: 1996-09-04
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: DE4219787C1; EP0574737A1; DE59303622D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit batterie-elektrischem Fahrantrieb, insbesondere Hublader, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Fahrzeuge sind in zahlreichen unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt geworden. Es sei u.a. auf die EP-A-0 072 233 verwiesen. Die Batterie speist sowohl den Fahrantrieb als auch den Antrieb für mindestens eine Hydraulikpumpe, welche die hydraulischen Systeme versorgt. Hierzu gehört mindestens eine hydraulische Arbeitseinrichtung, beispielsweise eine Hubzylinderanordnung für ein Hubgerüst. Hierzu kann jedoch auch eine Lenkhilfskraftunterstützungseinrichtung gehören.
Die Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers von der Pumpe aus erfolgt üblicherweise über ein Wegeventil, über das der zum Verbraucher fließende Volumenstrom eingestellt wird. Die Pumpe ist dabei so anzutreiben, daß ein gewünschter Volumenstrom auch tatsächlich erreicht wird. Falls keine besondere Steuerung vorgesehen ist, ist erforderlich, die Pumpe mit maximaler Drehzahl bzw. maximaler Leistung zu betreiben. Ist das Wegeventil jedoch nur teilweise geöffnet, entstehen erhebliche Drosselverluste. Bei Nebenfunktionen, d.h. bei kleineren hydraulischen Verbrauchern, sind die Drosselverluste infolge der sehr geringen erforderlichen Fördermenge sehr hoch.
Aus dem Prospekt "DANFOSS Hydraulische Lenkungskomponenten" ist bereits bekannt geworden, eine elektromotorisch angetriebene Verstellpumpe über ein sogenanntes Load sensing-Signal zu steuern. Ein Load sensing-Signal entspricht dem Druck z.B. hinter dem Lenkventil oder dem Wegeventil, das seinerseits manuell betätigt ist und die Anforderung des Bedieners an das Hydrauliksystem darstellt.
Aus der EP-A-0 251 290 ist ferner bekannt geworden, ein Signal, ausgehend von einer hydraulischen Lenkeinrichtung, das abhängig ist von dem in einer Steuersignalleitung hinter dem Lenkventil geführten Druck, Signal auf die Impulssteuerung eines elektrischen, die Pumpe antreibenden Motors zu geben. Elektromotoren für den Fahrantrieb und/oder die Hydraulikpumpe sind üblicherweise Gleichstrommotoren, die über einen Impulsbetrieb gesteuert werden. Mit Hilfe der Impulssteuerung läßt sich eine gute Drehzahlregelung vornehmen. Daher kann zur Regelung des Volumenstroms eine Konstantförderpumpe verwendet werden, wobei der Volumenstrom dann abhängig ist von der Motordrehzahl. Es ist im übrigen auch bereits bekannt, bei derartigen Impulssteuerungen bei Nebenhydraulikantrieben die Pumpe konstant anzusteuern, d.h. auf einen maximal erforderlichen Volumenstrom, wobei eine Feinsteuerung über die Drosselung im Wegeventil erfolgt. Bei einer Hubzylinderanordnung erfolgt deren Ansteuerung in Abhängigkeit von der Ventilhebelstellung. Auch bei derartigen Hydrauliksystemen lassen sich Drosselverluste nicht vermeiden. Bei den bereits erwähnten Nebenantrieben richtet sich die konstante Teilmenge der Pumpe nach der für den jeweiligen Antrieb maximalen Geschwindigkeit. Niedrigere Geschwindigkeiten werden über Drosselung der überflüssigen Fördermenge realisiert. Bei dem hydraulischen Antrieb eines Arbeitszylinders, beispielsweise eine Hubzylinderanordnung, richtet sich die Fördermenge der Pumpe nach der Ventilhebelstellung. Der Ventilhebel ist z.B. mit einem Potentiometer gekoppelt, dessen Signal auf die Impulssteuerung gegeben wird. Weil jedoch die Störgrößen, wie Lastdruck, Reibung usw., nicht erfaßt werden, muß die Fördermenge größer sein als der tatsächlich benötigte Volumenstrom. Überschüssiger Volumenstrom wird daher im Wegeventil gedrosselt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit batterie-elektrischem Fahrantrieb, insbesondere Hublader, zu schaffen, bei dem der Wirkungsgrad des Arbeitshydraulikkreises verbessert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Bei der Erfindung wird die Fördermenge auf den erforderlichen Volumenstrom eingeregelt. Drosselverluste entstehen nicht, weil Störgrößen mit erfaßt werden. Der Druck stellt sich auf den Druck des Verbrauchers plus dem Druckverlust ein. Dies geschieht erfinderungsgemäß dadurch, daß eine Druckdifferenz ermittelt wird aus dem Ausgangsdruck der Pumpe und dem Druck hinter dem Steuerventil. Dieser Differenzdruck, der mit Hilfe eines geeigneten Sensors gemessen wird, wird umgewandelt in ein Istwertsignal, das zusammen mit einem vorgegebenen Sollwert auf einen Regler gegeben wird. Das Stellsignal des Reglers wird dann auf die Impulssteuerung geschaltet. Bei einer vorgegebenen Einstellung des Ventils hängt die Druckdifferenz von dem von der Pumpe kommenden Volumenstrom ab. Ist dieser gering, ist auch die Druckdifferenz gering und im Regler entsteht eine relativ hohe Regelabweichung die zur Folge hat, daß über die Impulssteuerung die Drehzahl des Pumpenmotors erhöht wird. Die Drehzahl wird solange erhöht, bis Ist- und Sollwert gleich sind, d.h. die gemessene Druckdifferenz einen Mindestwert erreicht. Ändert sich nunmehr die Ventilstellung, wird diese als Störgröße behandelt, welche nunmehr auszuregeln ist. Mit anderen Worten, mit der Erfindung wird ein Regelsystem zur Verfügung gestellt, das die Pumpe nur auf diejenige Leistung steuert, die tatsächlich abgefragt wird. Eine überschüssige Fördermenge wird nicht mehr erzeugt. Verluste treten nur noch als Druckverluste in den Leitungen und den Ventilen auf. Die Erfindung ermöglicht mithin den Betrieb eines Hydrauliksystems mit optimalem Wirkungsgrad.
Dem Ventil ist vorzugsweise eine Druckwaage zuzuordnen, die immer dann anspricht, wenn der Pumpendruck gegenüber dem Lastdruck zu hoch ist. Das kann z.B. durch schlagartiges Schließen des Wegeventils erfolgen, weil die Pumpendrehzahl nicht schnell genug heruntergeregelt werden kann.
Für die Differenzdruckmessung bieten sich verschiedene Lösungen an. Eine besteht erfindungsgemäß darin, daß ein von beiden Drücken beaufschlagtes bewegliches Element vorgesehen ist, dessen Position erfaßt und in ein elektrisches Differenzdrucksignal umgewandelt wird. Das bewegliche Element kann z.B. ein Kolben sein, der in einem Zylinder mittels Federn in einer Neutralstellung gehalten wird. Es ist auch möglich, eine von beiden Seiten mit Druck beaufschlagte Membran oder dergleichen vorzusehen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1: zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs bekannter Pumpensteuerungen.
Fig. 2: zeigt ein Diagramm mit einem Hydrauliksystem nach der Erfindung.
Fig. 3: zeigt ein Blockschaltbild eines Hydrauliksystems nach der Erfindung.

Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft einen batteriebetriebenen Hublader, dessen Hubgerüst mindestens einen Hubzylinder aufweist. Er ist in Fig. 3 mit 10 bezeichnet. Er dient zum Anheben einer Last, dargestellt durch Pfeil 12, z.B. mit Hilfe eines geeigneten Lastaufnahmemittels. So wird z.B. eine Last in ein Regal eingestapelt oder aus dem Regal herausgeholt. Die Versorgung des Hydraulikzylinders erfolgt durch eine Motorpumpeneinheit 14, welche aus einem impulsgesteuerten Gleichstrommotor und einer Konstantförderpumpe besteht. Derartige Einheiten sind bekannt. Die Impulssteuerung wird durch den Block 16 repräsentiert. Zwischen der Pumpe 14 und dem Hubzylinder 10 ist ein Steuerventil 18 geschaltet, das z.B. durch einen Handhebel am Hublader betätigbar ist. Dies ist angedeutet durch den Pfeil 20. Durch Betätigung des Ventils 18 erfolgt mithin eine Verstellung des Hubzylinders 10, wobei das Ausmaß der Verstellung des Ventils 18 die Geschwindigkeit bestimmt, mit der der Hubzylinder die Last 12 bewegt. Es versteht sich, daß in einem Hublader auch andere hydraulische Verbraucher vorgesehen sind, die entsprechend versorgt werden. Daher gilt die Beschreibung zu den Figuren 1 bis 3 exemplarisch für alle anderen Hydrauliksysteme eines Hubladers.
Es wurde bereits erläutert, daß bekannt ist, die Impulssteuerung des Pumpenmotors abhängig zu machen von der Stellung des Ventilhebels. Da jedoch sichergestellt werden muß, daß die eingestellte Leistung der Pumpe tatsächlich erreicht wird, wird ein entsprechend höherer Volumenstrom gewählt. Dies ist in Fig. 1 zu erkennen. In Fig. 1 ist der Druck über der Fördermenge der Hydraulikpumpe aufgetragen. Aufgrund von Verlusten in Leitungen und Ventilen stellt sich an der Last, z.B. dem Hydraulikzylinder 10 ein verminderter Druck p_Last ein. Die tatsächlich benötigte Fördermenge entspricht Q_erf. Da sich die Störgrößen, wie Lastdruck, Reibung usw. nicht ohne weiteres erfassen lassen, wird die Fördermenge Q_Steuer höher gewählt als der erforderliche Volumenstrom Q_erf. Mithin liegt ein mehr oder weniger großer Bereich vor, in dem Drosselverluste auftreten. Sie werden nur dann minimiert, wenn das Ventil 18 voll geöffnet ist und die Pumpe mit maximaler Fördermenge Q_max fördert.
In Fig. 3 ist ein Differenzdruckmesser 22 vorgesehen, der mit dem Ausgang der Pumpe 14 und mit der Leitung hinter dem Ventil 18 verbunden ist. Der Druckmesser 22, der beispielsweise einen Differenzdruckkolben oder eine Differenzdruckmembran aufweist, wobei die Verstellung des Kolbens bzw. der Membran in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, mißt den Druckabfall über das mehr oder weniger geöffnete Ventil 18. Der Differenzdruck wird verglichen mit einem Sollwert 24, wonach ein Regler 26 nach Maßgabe der Regelabweichung ein Stellsignal auf die Impulssteuerung 16 gibt. Der Sollwert ist konstant und entspricht z.B. der Druckdifferenz des Ventils bei vollständig geöffneter Stellung und maximalem Pumpenvolumenstrom. Es ist erkennbar, daß die Fördermenge der Pumpe 14 auf den erforderlichen Volumenstrom Q_erf eingeregelt wird. Drosselverluste entstehen nicht, weil die Störgrößen mit erfaßt werden. Der Pumpendruck stellt sich auf den Lastdruck plus den Druckverlusten ein. Bei der beschriebenen Regelung ist die durch die Ventilstellung angeforderte Fördermenge ein Systemparameter. Eine Änderung der Ventilstellung wird wie eine Störgröße behandelt.
Aus Fig. 2 ergibt sich, daß die Druckverluste des Hydrauliksystems insgesamt minimal sind.

Claims

Fahrzeug mit batterie-elektrischem Fahrantrieb, insbesondere Hublader, mit einer Hubzylinder-Anordnung für ein Hubgerüst, einer Hydraulikpumpe, einem Elektromotor für die Pumpe, dessen Drehzahl über eine Impulssteuerung gesteuert wird und einem Steuerventil zwischen Pumpe und Hubzylinderanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzdruckmesser aus dem Druck am Ausgang der Pumpe (14) und hinter dem Steuerventil (18) ein Differenzdrucksignal bildet und ein Regler (26) aus dem Vergleich des Differenzdrucksignals mit einem vorgegebenen Sollwert (24) eine Stellgröße für die Impulssteuerung (16) bildet.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert (24) konstant ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert (24) der Druckdifferenz entspricht, die bei voll geöffnetem Steuerventil (18) über dem Steuerventil (18) bei vollem Pumpenvolumenstrom (Q_max) herrscht.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruckmesser (22) ein von beiden Drücken beaufschlagtes bewegliches Element enthält, dessen Position erfaßt und in ein elektrisches Differenzdrucksignal umgewandelt wird.