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Die
Erfindung betrifft ein Flurförderzeug,
insbesondere Frontsitz-Gegengewichts-Gabelstapler, mit einer höhenverfahrbaren
und neigbaren Lasthebeeinrichtung, einem Fahrantrieb und Arbeitsantrieben
für die
Bewegungen der Lasthebeeinrichtung.
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Bei
den in der Praxis zumeist eingesetzten Flurförderzeugen des Standes der
Technik muss die Bedienperson das Gewicht des zu hebenden Ladeguts
(Hublast) und die Höhe,
auf die das Ladegut angehoben wird (Hubhöhe), abschätzen. Darauf basierend müssen die
Fahrgeschwindigkeit und der Kurvenradius des Flurförderzeugs
so eingestellt werden, dass ein Kippen des Flurförderzeugs nach vorne oder seitlich
nicht auftritt. Obwohl diese anspruchsvolle Aufgabe in einem statischen
oder quasistatischen Betriebsbereich, also einem Betriebsbereich mit
relativ geringer Fahrgeschwindigkeit bewältigt werden muss, kann die
Bedienperson leicht überfordert
sein. Bei Überschreiten
der Tragfähigkeit
des Flurförderzeugs
oder bei Fahrmanövern,
die der aktuellen Hublast und Hubhöhe nicht angepasst sind, besteht
die Gefahr von Kippunfällen
mit schwerer Verletzung oder Tötung
der Bedienperson oder umstehender Personen, verbunden mit hohem
Sachschaden. Es hat deshalb nicht an Überlegungen gemangelt, geeignete
Sicherheitsvorkehrungen zur Vermeidung von Unfällen mit Flurförderzeugen
zu schaffen.
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So
ist in der
DE 29 09
667 C3 ein gattungsgemäßes Flurförderzeug
beschrieben, bei dem abhängig
vom Lenkwinkel, der Hubhöhe
und dem Lastmoment in den Fahrantrieb eingegriffen und dabei die
Fahrgeschwindigkeit sowie ggf. auch die (elektromotorische) Bremsverzögerung begrenzt
wird. Dies geschieht durch Übersteuern
der von der Bedienperson vorgegebenen Sollwerte mit Korrektursignalen aus
der Steuereinrichtung.
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Gegenstand
der
EP 0 343 839 B1 ist
ein Flurförderzeug,
bei dem abhängig
von der Hublast, der Hubhöhe,
dem Lenkwinkel und der Fahrtrichtung bzw. der Lage des Fahrzeug-Schwerpunktes
die Fahrgeschwindigkeit begrenzt wird. Darüber hinaus ist auch vorgesehen,
abhängig
von der Hubhöhe
die Beschleunigung des Flurförderzeugs
zu begrenzen.
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Aus
der
EP 1 078 878 A1 ist
es bekannt, die Neigegeschwindigkeit eines Flurförderzeug-Hubmastes in Abhängigkeit
von der Hublast und der Hubhöhe
zu begrenzen.
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Schließlich offenbart
die
EP 1 019 315 B1 ein Flurförderzeug,
bei dem die Fahrgeschwindigkeit hublast- und neigewinkelabhängig begrenzt
wird und ohne Last eine höhere
Senkgeschwindigkeit ermöglicht
ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Flurförderzeug
der eingangs genannten Art mit weiter verbesserter Kippstabilität zur Verfügung zu
stellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass ein auf fahrzeugspezifischen Informationen basierendes Rechenmodell
für das
statische und/oder quasistatische Kippverhalten des Flurförderzeugs
in einer Steuereinrichtung gespeichert ist, an die direkt oder indirekt
wirkende Sensoren zur Erfassung der Hublast, der Hubhöhe, des
Neigewinkels, des Lastmoments, der Fahrtrichtung, der Fahrgeschwindigkeit
und des Lenkwinkels angeschlossen sind, wobei die Steuereinrichtung
zur Ermittlung eines auf den erfassten physikalischen Größen und dem
gespeicherten Rechenmodell basierenden Fahr- und Beladungszustands
ausgebildet ist und mit dem Fahrantrieb und den Arbeitsantrieben
derart in Wirkverbindung steht, dass abhängig vom ermittelten Fahr-
und Beladungszustand die erzielbare oder erzielte Arbeitsgeschwindigkeit,
Anfahr- und Bremsbeschleunigung und Fahrgeschwindigkeit jeweils
reduziert wird.
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Der
erfindungswesentliche Gedanke besteht demnach darin, mit Hilfe einer
Logik, die durch eine Steuereinrichtung ausgeführt wird und statische und/oder
quasistatische Kippgefährdungen
(bei großer
Hubhöhe
und Hublast im Stillstand bzw. bei geringer Fahrgeschwindigkeit) überwacht,
in das Fahrzeugverhalten so weit einzugreifen, dass ein Umkippen
verhindert wird. Dabei wirkt die Steuereinrichtung bezüglich der
Arbeitsgeschwindigkeit, der Anfahr- und Bremsbeschleunigung und
der Fahrgeschwindigkeit im Sinne einer Begrenzung der erzielbaren
Istwerte oder im Extremfall im Sinne einer Zurückführung der bereits erzielten
Istwerte.
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Dies
kann beispielsweise durch Herabsetzen der von der Bedienperson vorgegebenen
Sollwerte erreicht werden (Übersteuerung
der von der Bedienperson vorgegeben Sollwerte durch Korrekturen
aus der Steuereinrichtung). Die bei einer bestimmten Auslenkung
von Steuerhebeln oder anderen Bedienorganen im Normalbetrieb dazu
korres pondierenden ("erzielbaren") Istwerte werden
demzufolge herabgesetzt. Im Einzelfall kann dies z. B. bedeuten,
dass bei einem stehendem Flurförderzeug
die Bedienperson durch Betätigen
eines Steuerhebels die angehobene Last mit einer bestimmten Geschwindigkeit
nach vorne neigen will, die Neigegeschwindigkeit von der Steuereinrichtung
aufgrund unzulässig
großer
Kippgefahr jedoch auf Null herabgesetzt wird, mithin also die Neigebewegung
nach vorne vollkommen verhindert ist.
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Es
ist jedoch auch möglich,
durch die Steuereinrichtung bereits vorhandene („erzielte") Istwerte zu reduzieren. Beispiel:
Bei nach rückwärts anfahrendem
Flurförderzeug
will die Bedienperson die Last anheben. Die Steuereinrichtung lässt den
Hubvorgang zu (evtl. mit verminderter Hubgeschwindigkeit), setzt
jedoch die bereits erzielte Anfahrbeschleunigung und/oder Fahrgeschwindigkeit
herab.
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Unter
Arbeitsgeschwindigkeit der Lasthebeeinrichtung wird im Sinne der
Erfindung in erster Linie die Hub- und Neigegeschwindigkeit verstanden. Auch
die Senkgeschwindigkeit ist bevorzugt mit eingeschlossen. Selbstverständlich können auch
weitere Bewegungen der Lasthebeeinrichtung mit berücksichtigt
werden, z. B. die Bewegung eines Seitenschiebers oder einer Schwenkvorrichtung.
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Einige
der zur Ausführung
der Erfindung vorgesehenen Sensoren (z. B. Neigewinkelsensor, Hubhöhensensor)
sind häufig
in gattungsgemäßen Flurförderzeugen
bereits als Serien- oder Sonderausrüstung vorhanden, so dass der
zur Realisierung der Erfindung erforderliche Aufwand relativ gering
ist. Dies gilt auch für
die Signalwege zwischen der Steuereinrichtung und den Antriebssystemen
des Flurförderzeugs.
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Der
Neigewinkelsensor kann, je nach Ausführung des Flurförderzeugs,
den Neigewinkel des Hubmastes oder – bei feststehendem Hubmast – den Neigewinkel
des am Hubmast höhenverfahrbaren Lastschlittens
detektieren. Aus dem Signal des Lenkwinkelsensors kann auch die
Lenkgeschwindigkeit abgeleitet werden.
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Die
insgesamt vorhandene, umfangreiche Sensorik ermöglicht die Erfassung von weit
mehr Betriebspunkten als dies bei den Einzellösungen der Fall ist, die aus
dem Stand der Technik bekannt sind.
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Mit
dem erfindungsgemäß ausgestalteten Flurförderzeug
werden vor allem Kippunfälle
vermieden, die aus übermäßig großen, schnellen
oder abrupten Stellbefehlen der Bedienperson resultieren.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die erzielbare oder
erzielte Anfahr- und Bremsbeschleunigung und Fahrgeschwindigkeit mit
Priorität
reduziert. Dabei wird von der Überlegung ausgegangen,
dass im Bereich des statischen und/oder quasistatisches Kippens
hauptsächlich
der Arbeitsantrieb der Lasthebeeinrichtung zum Einsatz kommt und
es deshalb günstiger
ist, den Fahrantrieb kippstabilitätserhöhend zu beeinflussen.
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Zweckmäßigerweise
umfassen die in der Steuereinrichtung gespeicherten fahrzeugspezifischen
Informationen zumindest Daten zu den Abmessungen und Massen des
Flurförderzeugs
und der Lasthebeeinrichtung (Hubmast) und zur maximalen Zuladung.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird in der Steuereinrichtung
mit den vorhandenen fahrzeugspezifischen Informationen und den durch
die Sensoren erfassten physikalischen Größen der Fahr- und Beladungszustand
ermittelt, wobei zumindest die kippkritischen Fahrmanöver Bremsen
vorwärts bei
Fahrzeugschrägstellung
nach vorn, Beschleunigen rückwärts bei
Fahrzeugschrägstellung
nach vorn, Bremsen aus der Rückwärtsfahrt
in einer Kurve bei Fahrzeugschrägstellung
senkrecht zur Kippachse und Beschleunigen in die Vorwärtsfahrt
in einer Kurve bei Fahrzeugschrägstellung
senkrecht zur Kippachse im Hinblick auf erforderliche Eingriffe überwacht
werden.
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Mit
dem Begriff „Fahrzeugschrägstellung" ist eine relativ
geringe Neigung des Fahrzeugs in Bezug auf die Ebene gemeint. Eine
Fahrzeugschrägstellung ist
beispielsweise dann vorhanden, wenn sich das Fahrzeug auf einem
Hang befindet (Gefälle
bzw. Steigung z. B. kleiner als 3 %).
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den
schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei
zeigt
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Flurförderzeugs,
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2 eine
Regelstruktur und
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3 ein
Zustandsschaubild.
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Das
Flurförderzeug
gemäß 1 ist
als Frontsitz-Gegengewichts-Gabelstapler ausgeführt. Eine an der Fahrzeug-Vorderseite
angeordnete Lasthebeeinrichtung 1 wird von einem ausfahrbaren
Hubmast 1a und einem an dem Hubmast 1a höhenbeweglichen
Lastschlitten 1b mit darin eingehängten Gabelzinken 1c gebildet.
Mit Hilfe der Gabelzinken 1c können Ladegüter verschiedenster Art angehoben
und transportiert werden.
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Der
Hubmast 1a ist um eine im unteren Bereich quer angeordnete
Horizontalachse neigbar. Selbstverständlich ist es auch möglich, einen
starren, also nicht neigbaren Hubmast vorzusehen und stattdessen
den Lastschlitten nicht nur höhenbeweglich sondern
auch neigbar auszuführen,
wie dies zum Beispiel bei sogenannten Lagertechnik-Geräten (z. B.
Schubmaststapler) häufig
der Fall ist. An dem Lastschlitten 1b können – je nach Einsatzfall – auch andere
Lastaufnahmeeinrichtungen befestigt werden. Es versteht sich, dass
grundsätzlich
auch zusätzliche
Bewegungen der Lasthebeeinrichtung möglich sind, sofern die dazu
erforderlichen Einrichtungen, z. B. ein Seitenschieber, zur Verfügung stehen.
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Der
Hubmast 1a ist mittels hydraulischer Neigezylinder 1d neigbar.
Das Ausfahren des Hubmastes 1a und das Anheben des Lastschlittens 1b erfolgt mittels
hydraulischer Hubzylinder, ggf. zusätzlich mit einer oder mehreren
Lastketten. Zum Absenken des Lastschlittens 1b bzw. Einfahren
des Hubmastes 1a wirken das Eigengewicht des Lastschlittens
und der nach oben ausgefahren Komponenten des Hubmastes sowie ggf.
das Gewicht des Ladeguts. Die genannten hydraulischen Verbraucher
werden von einer hydraulische Pumpe gespeist. Zusammen mit den erforderlichen
hydraulischen Ventilen und einem die Pumpe antreibenden Motor umfasst
dieses System also mehrere Arbeitsantriebe für die Hub-, Senk- und Neigebewegung
der Lasthebeeinrichtung.
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Der
Gabelstapler gemäß Ausführungsbeispiel
weist ferner einen Fahrantrieb auf, bei dem eine Vorderachse 2 als
Antriebsachse ausgebildet ist, und einen Lenkantrieb, mit dessen
Hilfe eine heckseitig angeordnete Lenkachse 3 betätigt wird.
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In 2 ist
die Regelstruktur des erfindungsgemäßen Flurförderzeugs dargestellt. Aus
den von der Bedienperson stammenden Vorgaben P an den Fahrpedalen,
dem Lenkrad und den Bedienhebeln resultiert ein Fahr- und Beladungszustand
Z, der an die Bedienperson in Form einer subjektiven Wahrnehmung
W rückgemeldet
wird, woraufhin die Vorgaben P ggf. verändert werden.
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Der
Gabelstapler ist mit Sensoren S ausgestattet, mit deren Hilfe physikalische
Größen erfassbar
sind, aus denen sich der Fahr- und Beladungszustand Z im Hinblick
auf statische und quasistatische Kippgefährdungen objektiv ermitteln
lässt.
Zu diesen Größen zählt die
Hublast L, die Hubhöhe
H, das Lastmoment M, der Mast-Neigewinkel WM, der an der Lenkachse
eingeschlagene Lenkwinkel WL, die Fahrtrichtung R und die Fahrgeschwindigkeit
V. Zur Bestimmung des Lastmoments M können beispielsweise die Neigezylinderkräfte oder
die Achslast an der Lenkachse 3 herangezogen werden. Die
Hublast L lässt
sich aus den Hubzylinderkräften
bestimmen.
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Die
von den Sensoren S erfassten Messwerte werden an eine Steuereinrichtung
SE weitergegeben, in der anhand von fahrzeugspezifischen Daten, wie
z. B. den Abmessungen und Massen des Flurförderzeugs und des Hubmastes
und der maximal möglichen
Zuladung ein Rechenmodell D des Gabelstaplers abgelegt ist.
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In
der Steuereinrichtung SE wird in einem Fahrzustandsbeobachter FB
aus dem Rechenmodell D und den Messwerten der Sensoren S der aktuelle Fahr-
und Beladungszustand Z des Flurförderzeugs ermittelt
und dabei festgestellt, ob die Arbeits- und/oder Fahrbewegungen kippkritisch
sind und deshalb Eingriffe erforderlich machen.
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Hierbei
werden vom Fahrzustandsbeobachter FB kritische Fahrmanöver FM überwacht,
insbesondere die Fahrmanöver
Bremsen vorwärts
bei Fahrzeugschrägstellung
nach vorn, Beschleunigen rückwärts bei
Fahrzeugschrägstellung
nach vorn, Bremsen aus der Rückwärtsfahrt
in einer Kurve bei Fahrzeugschrägstellung
senkrecht zur Kippachse und Beschleunigen in die Vorwärtsfahrt
in einer Kurve bei Fahrzeugschrägstellung
senkrecht zur Kippachse.
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Daraus
können
nun die gegebenfalls erforderlichen Eingriffe E in den Fahrantrieb
und Arbeitsantrieb abgeleitet werden, die dazu führen, dass die Kippgrenzen
nicht erreicht bzw. überschritten
werden. Die Steuereinrichtung SE wirkt somit kippstabilitätserhöhend.
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Bei
den durchgeführten
Eingriffen handelt es sich um Eingriffe, (z. B. Reduzierung der
Fahr- und Arbeitsgeschwindigkeit), mit denen jeweils die Vorgaben
P der Bedienperson korrigiert werden (Verbindung K1), beispielsweise
durch Übersteuerung
der Sollwerte. Darüber
hinaus kann es sich um Eingriffe handeln, mit denen die Vorgaben
P im Moment ihrer Entstehung beeinflusst werden (Pfeil K2), z. B
ein erhöhter
Bedienwiderstand.
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Das
in 3 dargestellte Zustandsschaubild, bei dem auf
der Abszisse die Fahrgeschwindigkeit in km/h und auf der Ordinate
die Hubhöhe
in mm aufgetragen ist, zeigt drei Betriebsbereiche I, II und III.
Hierbei wird ein erster Betriebsbereich I ausgehend vom Koordinatenursprung
durch eine Grenz-Hubhöhe
GH (die beispielweise in einem Bereich von 300 bis 600 mm liegt)
mm und eine Grenz-Fahrgeschwindigkeit GF (die beispielsweise in
einem Bereich von 1 bis 4 km/h liegt) definiert. Unter Beibehaltung
der Grenz-Fahrgeschwindigkeit GF schließt sich nach oben ein Betriebsbereich
II an, in dem die Hubhöhe
größer als
die Grenz-Hubhöhe
GH ist. Rechts von den Betriebsbereichen I und II, also beim Überschreiten
der Grenz-Fahrgeschwindigkeit GF, befindet sich ein dritter Betriebsbereich
III, der hier außer
Betracht bleibt.
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Der
Betriebsbereich I stellt denjenigen statischen bzw. quasistischen
Bereich dar, in dem die Gefahr von Kippunfällen am geringsten ist. Es
ist daher im Betriebsbereich I nicht erforderlich, dass die Steuereinrichtung
kippstabilitätserhöhend eingreift.
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Im
Betriebsbereich II, also dem Bereich mit großer Hubhöhe, jedoch nach wie vor geringer
Fahrgeschwindigkeit oder Stillstand, besteht – abhängig u. a. von der Hublast
und dem Lastmoment – die
Gefahr eines statischen oder quasistatischen Kippens. In diesem
Betriebsbereich II wird deshalb die Steuereinrichtung abhängig vom
ermittelten Fahr- und Beladungszustand reduzierend auf die erzielbare
oder erzielte Arbeitsgeschwindigkeit der Lasthebeeinrichtung, Anfahr-
und Bremsbeschleunigung und Fahrgeschwindigkeit des Flurförderzeugs
einwirken. Übermäßig große, schnelle
oder abrupte Stellbefehle der Bedienperson werden dabei übersteuert
und dadurch die Kippstabilität
erhöht.
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Hierbei
können
der Grad und der Umfang des Eingriffs davon abhängen, ob nur Fahrmanöver in Geradeausfahrtrichtung
vorliegen, also kein oder nur ein geringer Lenkwinkel (bzw. Lenkgeschwindigkeit)
detektiert wird, oder eine quasistationäre Kurvenfahrt vorliegt, bei
der z. B. ein Lenkwinkel von mehr als 5 Grad detektiert wird oder
die Lenkgeschwindigkeit einen bestimmten Wert überschreitet.