DE10023959A1

DE10023959A1 - Hydraulische Steuereinrichtung für einen Hubantrieb

Info

Publication number: DE10023959A1
Application number: DE2000123959
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dworak; Helmut Stadler; Wolfgang Steudel; Joerg Siebert; Werner Gitter; Gerhard Keuper; Heinrich Loedige
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-05-16
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2001-11-22

Abstract

Es wird eine hydraulische Steuereinrichtung (10) für einen Hubantrieb (11) vorgeschlagen, bei dem eine von einem Gleichstrommotor (19) angetriebene Konstantpumpe (12) beim Hebenvorgang zwei parallel geschaltete, gleichlaufende Hubzylinder (22, 23) beaufschlagt, deren Kolbenstangen starr miteinander verbunden sind. Für eine Schnelllaufschaltung wird der erste Hubzylinder (22) durch ein 3/2-Umschaltventil von der Pumpe (12) getrennt und mit einem Tank (13) verbunden, so dass er Druckmittel aus dem Tank nachsaugen kann, während der zweite Hubzylinder (23) die gesamte Fördermenge der Pumpe (12) enthält. Ein den Druck im zweiten Hubzylinder (23) erfassender Drucksensor signalisiert das Heben ohne Last und bewirkt die Schnelllaufschaltung mit doppelter Hubgeschwindigkeit.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steuereinrichtung für einen Hubantrieb nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Gattung.

Es ist schon eine solche hydraulische Steuereinrichtung für einen Hubantrieb aus der DE 27 41 497 A1 bekannt, bei der eine elektromotorisch angetriebene Pumpe Druckmittel zu einem Hubaggregat fördert, das zwei einfach wirkende Hydrozylinder aufweist. Während der erste Hydrozylinder für die Heben- und Senkenfunktion über ein 3/3-Wegeventil mit der Pumpe beziehungsweise einem Tank verbindbar ist, liegt der zweite Hydrozylinder in einem gesonderte, zweiten Hydraulikkreis mit einem Hydrospeicher. Dieser zweite Hydraulikkreis ist über eine Verbindungsleitung mit einem Magnetventil zeitweise mit der Pumpe verbindbar, um ein Nachladen des Hydrospeichers zu ermöglichen. Die Kolbenstangen beider Hydrozylinder sind starr miteinander verbunden, um so mit dem zweiten Hydrozylinder einen weitgehenden Totlastausgleich zu ermöglichen. Nachteilig ist, daß bei diesem Hubantrieb keine Schnelllaufschaltung neben einer Normallaufschaltung möglich ist, da der zweite Hydrozylinder in einem gesonderten Speicherkreis liegt, der nur für eine Funktion Totlastausgleich ausgelegt ist. Eine Beeinflussung des Volumenstroms zum ersten Hydrozylinder ist allenfalls mit dem 3/3-Wegeventil möglich, wobei jedoch erhebliche Energieverluste auftreten können, die gerade bei Hubeinrichtungen auf mobilen Fahrzeugen unerwünscht sind.

Bekannt sind auch Hubantriebe, bei denen eine Pumpe nur über ein Rückschlagventil unmittelbar in einen einfach wirkenden Hubzylinder fördert, während zum Senken ein Senkventil in eine Ablaufleitung geschaltet ist. Bei einem solchen Hubantrieb wird die Pumpe durch eine Kombination aus Gleichstrommotor mit Hydrozahnradpumpe hergestellt, wobei diese Kombination in den Hubzylinder fördert und nicht drehzahlverstellbar ist. Bei einem solchen Hubantrieb wird die Hubgeschwindigkeit über die Last durch die Motor- Pumpenkennlinie bestimmt; dabei ist die Hubgeschwindigkeit um so höher, je geringer die Last ist. Bei solchen Hubantrieben läßt sich die Hubgeschwindigkeit ohne Last gegenüber derjenigen bei maximaler Last in günstigen Fällen nahezu verdoppeln. Allerdings setzt dabei die motorbedingte Maximaldrehzahl die Grenze für den Anstieg der Hubgeschwindigkeit. Die Hubgeschwindigkeit bei einem solchen, einfach bauenden Hubantrieb ist auf diese Weise ohne Last deutlich höher, was jedoch in vielen Anwendungsfällen noch nicht befriedigt, wo noch größere Hubgeschwindigkeiten ohne Last bzw. geringer Last erwünscht sind. Auch hat diese Steuereinrichtung den Nachteil, daß der Gleichstrommotor bei niedriger Belastung mit einem relativ schlechten Wirkungsgrad arbeitet.

Bekannt sind auch allgemeine hydraulische Schaltungen, bei denen für einen Eilgang bei niedrigem Lastdruck zwei Pumpen Druckmittel gleichzeitig zu einem Hydromotor fördern, während bei höherem Lastdruck die zweite Pumpe über ein Druckventil zum Tank entlastet wird, so daß bei einer Normallaufschaltung nur die erste Pumpe den Hydromotor beaufschlagt. Dabei sichert ein Rückschlagventil die zweite Pumpe von der Druckleitung ab. Nachteilig bei solchen Schaltungen mit Eilgang ist, daß sie einen relativ hohen Aufwand für die zweite Pumpe erfordern, wodurch sich solche Schaltungen schlecht für mobile Einsatzfälle eignen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße hydraulische Steuereinrichtung für einen Hubantrieb mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß mit ihr neben einer Normallaufschaltung eine Schnelllaufschaltung erzielbar ist, bei der eine Verdoppelung der Hubgeschwindigkeit möglich ist. Diese doppelte Hubgeschwindigkeit kann ohne Last beziehungsweise bis zu einer Grenzlast durchgeführt werden, wobei diese Grenzlast nach Sicherheitsaspekten festlegbar ist und vom Motor- Pumpen-Aggregat gemäß der verfügbaren Motorleistung bestimmt wird. Die deutlich höhere Hubgeschwindigkeit ist aus Sicherheitsgründen unbedenklich, da bei fehlender Last nichts herunterfallen kann. Zum anderen kann der Elektromotor durch die höhere Belastung in einem Bereich arbeiten, in dem er einen besseren Wirkungsgrad aufweist. Der bauliche und kostenmäßige Aufwand für die Steuereinrichtung ist relativ gering, da weitgehend handelsübliche Komponenten verwendbar sind und zudem in vielen Fällen eine Steuerelektronik vorhanden ist. Zudem weisen viele Hubeinrichtungen statt eines einzigen zentralen Hubzylinders häufig links und rechts je einen, entsprechend kleineren Hydrozylinder auf, so daß das Hubaggregat nicht verändert werden muß. Die hydraulische Steuereinrichtung eignet sich für viele Einsatzfälle, wie dies zum Beispiel bei Hubwagen, bei Kraftfahrzeughebebühnen, bei Hubtischen, bei Ladebordwänden und so weiter der Fall ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen hydraulischen Steuereinrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung nach Anspruch 2, wenn die Steuerung des Umschaltventils abhängig von den Signalen eines elektrohydraulischen Drucksensors durchgeführt wird. Solche Drucksensoren sind in vielen Fällen ohnedies vorhanden und ermöglichen eine einfache und kostengünstige Steuerung. Zweckmäßig ist ferner eine Ausführung nach Anspruch 3, wenn das Umschaltventil als elektromagnetisch betätigbares 3/2-Wegeventil ausgeführt wird, wodurch eine platzsparende Bauart möglich ist, mit der eine einfache Umschaltung von Normallaufschaltung in Schnelllaufschaltung möglich ist. Günstig sind ferner Ausbildungen nach den Ansprüchen 5 und 6, da die Kombination aus Gleichstrommotor mit Konstantpumpe neben einer einfachen, kostengünstigen Bauweise eine energiesparende Arbeitsweise ermöglicht. Mit einer Ausführung nach Anspruch 7 läßt sich die Senkenfunktion proportional steuern. Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Steuereinrichtung gemäß den Ansprüchen 8 und 9 ausgeführt wird, wobei eine meist vorhandene Steuerelektronik so ausgeführt wird, daß eine Bedienungsperson wahlweise die Normallaufschaltung oder die Schnelllaufschaltung aktivieren kann. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die einzige Figur eine hydraulische Steuereinrichtung für einen Hubantrieb in vereinfachter Darstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Figur zeigt in vereinfachter Darstellung eine hydraulische Steuereinrichtung 10 für einen Hubantrieb 11. Bei diesem Hubantrieb 11 fördert beim Heben eine Pumpe 12 Druckmittel aus einem Tank 13 über eine Arbeitsleitung 14 zu einem Hubaggregat 15. Beim Senken wird das Hubaggregat 15 über eine Ablaufleitung 16 und ein Senkventil 17 zum Tank 13 entlastet. Beim Halten einer Last beziehungsweise in Neutralstellung der Steuereinrichtung 10 werden bei stillstehender Pumpe 12 eine Last am Hubaggregat 15 durch ein Rückschlagventil 18 gehalten, das in die Arbeitsleitung 14 geschaltet ist sowie durch das Senkventil 17 in der Ablaufleitung 16.

Bei der hydraulischen Steuereinrichtung 10 ist die Pumpe 12 als Konstantpumpe ausgeführt, die vorzugsweise eine Hydrozahnradpumpe sein kann. Die Pumpe 12 wird von einem Elektromotor 19 angetrieben, der hier als Gleichstrommotor ausgeführt ist. Der Druckanschluß der Pumpe 12 ist durch ein Druckbegrenzungsventil 21 hydraulisch abgesichert. Das Hubaggregat 15 besteht hier aus zwei parallel geschalteten und mit gleichem Hubweg arbeitenden Hubzylindern 22, 23 deren bewegliche Glieder, hier die Kolbenstangen, durch einen Querbalken 24 starr miteinander verbunden sind. Der erste (22) und zweite Hubzylinder 23 sind untereinander gleich ausgebildet und einfachwirkend. Solche Hubaggregate 15 werden in vielen Anwendungsfällen verwendet, indem anstelle eines einzelnen zentralen Hubzylinders links und rechts in der Hubeinrichtung je ein entsprechend kleinerer Hubzylinder eingebaut ist. Solche Hubaggregate sind in vielen Bereichen der Technik zu finden, wie zum Beispiel bei Kraftfahrzeughebebühnen, bei Hubtischen, bei Ladebordwänden, bei Hochhubwagen usw. Entsprechend dieser Ausbildung des Hubaggregats 15 ist die Arbeitsleitung 14 stromabwärts vom Rückschlagventil 18 ab einer Zweigstelle 25 aufgeteilt in eine erste Zweigleitung 26 sowie eine dazu parallele zweite Zweigleitung 27, die jeweils zu einem Hubzylinder 22 beziehungsweise 23 führen. Von dieser Zweigstelle 25 führt auch die Ablaufleitung 16 zum Tank 13, in welche das Senkventil 17 geschaltet ist. Dieses Senkventil 17 ist vorteilhaft als elektromagnetisch betätigbares Regelventil ausgeführt, mit dem eine Volumenstromsteuerung proportional zum elektrischen Eingangssignal möglich ist.

In die erste Zweigleitung 26 ist ferner ein elektromagnetisch betätigbares Umschaltventil 28 geschaltet, das als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist. In seiner federzentrierten Grundstellung 29 verbindet es seinen Zulaufanschluß 31 mit dem Motoranschluß 32 und hält damit die erste Zweigleitung 26 offen, während es gleichzeitig einen Rücklaufanschluß 33 und damit eine zum Tank 13 führende Rücklaufleitung 34 hydraulisch blockiert. Das Umschaltventil 28 ist elektromagnetisch in eine Schaltstellung 30 auslenkbar, in der es den Zulaufanschluß 31 blockiert und den Motoranschluß 32 mit dem Rücklaufanschluß 33 verbindet, so daß der erste Hubzylinder 22 zum Tank 13 Verbindung hat.

Wie die Figur ferner zeigt, weist der Hubantrieb 11 eine Steuerelektronik 35 auf, in der ein Bedienteil 36 sowie ein Mikroprozessor 37 angeordnet sind. Der Mikroprozessor 37 erhält einmal die Signale von einem elektrohydraulischen Drucksensor 38, der vom hydraulischen Druck in der zweiten Zweigleitung 27 und damit im zweiten Hubzylinder 23 beaufschlagt wird. Ferner ist ein Stellungssensor 39 vorgesehen, der von der Bestromung des Elektromagneten 41 am Umschaltventil 28 beaufschlagt wird und damit ein Signal an den Mikroprozessor 37 meldet, ob das Umschaltventil 28 geschaltet ist oder nicht. Mit dem Bedienteil 36 wird nicht nur der Elektromagnet 41 des Umschaltventil 28 angesteuert, sondern auch der Elektromagnet 42 des Senkventils 17. Das Bedienteil 36 steht mit dem Mikroprozessor 37 in Wirkverbindung und weist verschiedene Eingänge auf, zum Beispiel für die Funktionen Heben, Halten und Senken einen ersten Eingang 43, einen zweiten Eingang 44 für eine Normallaufschaltung sowie einen dritten Eingang 45 für eine Schnelllaufschaltung.

Die Wirkungsweise der hydraulischen Steuereinrichtung 10 mit dem Hubantrieb 11 wird wie folgt erläutert, wobei nur insoweit darauf eingegangen wird, als zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist:

Es wird davon ausgegangen, daß mit dem Querbalken 24 eine nicht näher gezeichnete Last gehoben werden soll. Zu diesem Zweck wird über den ersten Eingang 43 der Elektromotor 19 eingeschaltet und zugleich wird über den zweiten Eingang 44 eine Normallaufschaltung vorgegeben. Bei eingeschaltetem Elektromotor 19 fördert die Pumpe 12 Druckmittel aus dem Tank 13 über das Rückschlagventil 18, die Arbeitsleitung 14 und die beiden Zweigleitungen 26, 27 in die beiden Hubzylinder 22, 23. Da der Elektromotor 19 ein nicht drehzahlverstellbarer Gleichstrommotor ist, wird die Hubgeschwindigkeit über die Last durch die Motor- Pumpenkennlinie bestimmt. Dabei ist die Hubgeschwindigkeit um so höher, je geringer die Last ist. Dabei bestimmt die motorbedingte Maximaldrehzahl die Grenze für den Anstieg der Hubgeschwindigkeit. Der von der Pumpe 12 geförderte Druckmittelstrom wird hierbei auf beide Hubzylinder 22, 23 aufgeteilt, so daß die Hubgeschwindigkeit insgesamt relativ niedrig bleibt. Bei dieser Normallaufschaltung ist der Magnet 41 nicht erregt, so daß das Umschaltventil 28 die gezeichnete Grundstellung 29 einnimmt und damit die erste Zweigleitung 26 offenhält.

Möchte nun eine Bedienungsperson den Hubantrieb 11 mit deutlich höherer Hubgeschwindigkeit betreiben, weil das Hubaggregat 15 ohne Last arbeitet, so wird von der Bedienungsperson am dritten Eingang 45 die Schnelllaufschaltung aktiviert. Das Bedienteil 36 steuert dabei den Elektromagnet 41 an, und verstellt das Umschaltventil 28 in seine Schaltstellung 30, so daß die Verbindung zur Pumpe 12 blockiert ist, während der erste Hubzylinder 22 mit dem Tank 13 verbunden wird. Wird nun zum Heben der Elektromotor 19 eingeschaltet und fördert dabei die Pumpe 12 Druckmittel zum Hydroaggregat 15, so erhält der zweite Hubzylinder 23 alleine die volle Fördermenge der Pumpe 12, wodurch sich die Hubgeschwindigkeit verdoppelt. Zudem wird der Druck, gegen den die Pumpe 12 arbeiten muß, ebenfalls verdoppelt, so daß der Elektromotor 19 nun in einem Bereich mit günstigerem Wirkungsgrad arbeiten kann. Da die Kolbenstangen beider Hubzylinder 22, 23 über den Querbalken 24 starr miteinander verbunden sind, wird aus dem Tank 13 über die Rücklaufleitung 34, das Umschaltventil 28 und einen Teil der ersten Zweigleitung 26 Druckmittel in den ersten Hubzylinder 22 gesaugt, um Unterdruck zu vermeiden. Die stabile, starre Konstruktion zwischen beiden Kolbenstangen verhindert dabei ein Verkanten der beweglichen Kolben.

Anstelle der Steuerung durch die Bedienungsperson kann dieses Signal "Arbeiten ohne Last" auch selbständig erzeugt und genutzt werden. Dabei sendet der Drucksensor 38 beim Heben ohne Last ein entsprechendes Signal an den Mikroprozessor 37, wodurch über das Bedienteil 36 das Umschaltventil 28 so aktiviert wird, daß der erste Hubzylinder 22 von der Pumpe 12 weggeschaltet und dafür mit dem Tank 13 verbunden wird, um diese Schnelllaufschaltung zu erhalten. Mit Hilfe des vom Stellungssensor 39 gemeldeten Signals kann der Mikroprozessor 37 erkennen, ob das Umschaltventil 28 geschaltet ist oder nicht, um das Signal des Drucksensors 38 richtig auswerten zu können, insbesondere um festzustellen, ob nun ein Verhältnis von 1 : 1 oder 1 : 2 zu berücksichtigen ist. Diese doppelte Hubgeschwindigkeit bei Schnelllaufschaltung ist nicht nur dann möglich, wenn das Hubaggregat 15 ohne Last arbeitet, sondern auch bis zu einer gewissen Grenzlast, die vom Hersteller des Hubantriebs 11 jeweils nach Sicherheitsaspekten festzulegen ist und wie sie durch die verfügbare Leistung des Motor-Pumpenaggregats zur Verfügung gestellt wird.

Das sichere Halten einer Last durch das Hubaggregat 15 wird durch das Rückschlagventil 18 einerseits und andererseits durch das als Sitzventil ausgebildete Senkventil 17 sichergestellt.

Beim Senken einer Last ist der Elektromotor 19 nicht erregt, so daß die Pumpe 12 nicht fördert. Über das Bedienteil 36 wird nun das Senkventil 17 so gesteuert, daß die gewünschte Senkengeschwindigkeit an den Hubzylindern 22, 23 erreicht wird. Die Steuerelektronik 35 sorgt dafür, daß beim Senken das Umschaltventil 28 stets seine Grundstellung 29 einnimmt.

Selbstverständlich sind an der gezeigten Ausführungsform Änderungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Hydraulische Steuereinrichtung für einen Hubantrieb mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Pumpe, die beim Heben Druckmittel aus einem Tank zu einem Hubaggregat fördert, das beim Senken über ein Steuerventil zum Tank entlastbar ist, wobei das Hubaggregat aus zwei parallel mit gleichem Hubweg arbeitenden Hubzylindern besteht, die einfach wirkend ausgebildet und mit ihren beweglichen Gliedern miteinander starr verbunden sind, sowie mit einem zwischen Pumpe und Hubaggregat geschalteten Ventilmittel, das beim Halten der Last die Pumpe absichert und das über eine Arbeitsleitung mit dem Hubaggregat verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Arbeitsleitung (14) zwischen Ventilmittel (18) und Hubaggregat (15) in zwei parallele Zweigleitungen (26, 27) verzweigt, von denen jede zu einem der beiden Hubzylinder (22, 23) führt und daß in eine der beiden Zweigleitungen (26) ein Umschaltventil (28) geschaltet ist, über das abhängig vom Druck im anderen Hubzylinder (23) der eine Hydrozylinder (22) von der Pumpe (12) trennbar und mit dem Tank (13) verbindbar ist.

2. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrohydraulischer Drucksensor (38) vorgesehen ist, der Signale abhängig vom hydraulischen Druck in dem anderen Hubzylinder (23) erzeugt und daß davon abhängig das dem einen Hubzylinder (22) zugeordnete Umschaltventil (28) steuerbar ist.

3. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil als elektromagnetisch betätigbares 3/2-Wegeventil (28) ausgebildet ist, das in einer federzentrierten Grundstellung (29) die zugeordnete Zweigleitung (26) aufsteuert und einen Rücklaufanschluß (33) sperrt, während es in ausgelenkter Schaltstellung (30) seinen mit der Pumpe (12) verbundenen Zulaufanschluß (31) sperrt und den mit dem einen Hydrozylinder (22) verbundenen Motoranschluß (32) mit dem Rücklaufanschluß (33) verbindet.

4. Hydraulische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerelektronik (35) vorgesehen ist, der das Signal eines die Stellung des Umschaltventils (28) abfragenden Stellungssensors (39) zugeführt wird.

5. Hydraulische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (12) eine Konstantpumpe ist, die von einem Gleichstrommotor (19) angetrieben wird.

6. Hydraulische Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmittel als ein die Pumpe (12) absicherndes Rückschlagventil (18) ausgebildet sind.

7. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Senkventil (17) in eine Ablaufleitung (16) geschaltet ist, die zwischen Hubaggregat (15) und Rückschlagventil (18) von der Arbeitsleitung (14) abzweigt und zum Tank (13) geführt ist und daß das Senkventil (17) als elektromagnetisch betätigbares Sitzventil ausgeführt ist, das insbesondere eine proportionale Volumenstromsteuerung erlaubt.

8. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (35) ein Bedienteil (36) aufweist, an dem Eingänge (44, 45) für eine Normallauf- und eine Schnelllaufschaltung vorgesehen sind.

9. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerelektronik (35) neben dem Signal des Drucksensors (38) das Signal des Stellungssensors (39) zugeführt wird und daß davon abhängig die Steuerelektronik (35) das Umschaltventil (28) steuert.