DE102005042937A1

DE102005042937A1 - Mobile Arbeitsmaschine mit einem druckbeaufschlagten Tank

Info

Publication number: DE102005042937A1
Application number: DE200510042937
Authority: DE
Inventors: Dietmar Kubusch
Original assignee: STILL GmbH
Current assignee: STILL GmbH
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-03-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mobile Arbeitsmaschine (1), vorzugsweise Flurförderzeug, insbesondere Gegengewichtsgabelstapler (1), Schubmaststapler, Hubwagen, Kommissionierer oder Industrieschlepper, mit mindestens einem druckbeaufschlagten Tank (3), insbesondere zum Mitführen von bei Normalbedingungen gasförmigem Brennstoff, und mindestens einer Vorrichtung (2) zur Erzeugung elektrischer Energie. Der druckbeaufschlagte Tank (3) ist in einem von der Vorrichtung (2) zur Erzeugung elektrischer Energie getrennten Bereich (13) im Wesentlichen unterhalb der Vorrichtung (2) zur Erzeugung elektrischer Energie angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine mobile Arbeitsmaschine, vorzugsweise ein Flurförderzeug, insbesondere Gegengewichtsgabelstapler, Schubmaststapler, Hubwagen, Kommissionierer oder Industrieschlepper, mit mindestens einem druckbeaufschlagten Tank, insbesondere zum Mitführen von bei Normalbedingungen gasförmigem Brennstoff, und mindestens einer Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Baueinheit aus mindestens einem druckbeaufschlagten Tank und mindestens einer Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie für den Einsatz in einer mobilen Arbeitsmaschine, vorzugsweise einem Flurförderzeug, insbesondere Gegengewichtsgabelstapler, Schubmaststapler, Hubwagen, Kommissionierer oder Industrieschlepper, insbesondere anstelle eines Batterietroges.

Mobile Arbeitsmaschinen werden häufig mit Brennstoffen, die unter Normalbedingungen gasförmig sind, betrieben. Neben Brennstoffen auf Kohlenwasserstoffbasis, wie Propan, Butan oder Erdgas, kommt dabei zunehmend auch Wasserstoff zum Einsatz, der beispielsweise zum Betrieb einer Brennstoffzelleneinheit verwendet wird. Zur Bevorratung dieser Brennstoffe verfügt die mobile Arbeitsmaschine zumeist über einen oder mehrere druckbeaufschlagte Tanks. Um eine möglichst große Menge des Brennstoffs speichern zu können, sind die Tanks zumeist mit relativ hohen Drücken, üblicherweise mehr als 25 bar und typischerweise in der Größenordnung von 200 bar, beaufschlagt.

Der Brennstoff wird in einer Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie in elektrischen Strom umgewandelt und steht so in der mobilen Arbeitsmaschine beispielsweise für elektrische Antriebe zur Verfügung. Die Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie umfasst bei gasförmigen Brennstoffen häufig eine Brennstoffzelleneinheit, es ist jedoch auch die Verwendung eines mit einem Generator gekoppelten Verbrennungsmotors möglich. Häufig sind die Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie und der druckbeaufschlagte Tank in einer Baueinheit zusammengefasst, die dann beispielsweise anstelle einer herkömmlichen Batterie in der mobilen Arbeitsmaschine eingesetzt werden kann. Eine derartige Baueinheit ist beispielsweise in der DE 102 42 619 gezeigt.

Die Anordnung der Komponenten einer gattungsgemäßen mobilen Arbeitsmaschine nach dem Stand der Technik, wie beispielsweise in der DE 102 42 619 gezeigt, ist sowohl für austauschbare als auch für fest eingebaute Energieversorgungsanlagen bekannt, weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Die druckbeaufschlagten Tanks, in denen der Brennstoff mitgeführt wird, sind mit den weiteren Komponenten in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, so dass bei einer Undichtigkeit des Tanks oder der daran angeschlossenen Armaturen der Brennstoff ungehindert ausströmen und mit der im Gehäuse befindlichen Luft ein brennbares Gemisch bilden kann. Aufgrund des großen für das Gas zur Verfügung stehenden Volumens besteht dabei ein erhebliches Explosionspotential.

Weiterhin ist bei einem Defekt an den Komponenten der Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie ein Austausch der kompletten Baueinheit erforderlich. Bei vielen mobilen Arbeitsmaschinen ist ein Zugang zu den Komponenten auch nur von oben möglich. Wartungsarbeiten an der Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie werden dabei erschwert, da sich die Vorrichtung sehr weit nach unten erstreckt. Ein, wie in der DE 102 42 619 gezeigt, seitlich über die gesamte Höhe der Baueinheit angeordneter Kühler beispielsweise erfordert ebenso wie die Zufuhr von Verbrennungsluft einen möglichst ungestörten Luftstrom, weshalb ein tiefer Ausschnitt im Rahmen der mobilen Arbeitsmaschine vorzusehen ist. Dies ist bei einem Ersatz von herkömmlichen Bleibatterien durch eine Anlage mit Druckgasversorgung häufig nicht möglich, so dass die Kühlung nur unzureichend erfolgt oder großen Energieaufwand zur Abfuhr der beim Betrieb entstehenden Wärme erfordert. Zudem trägt die Abwärme der Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie zu einer Aufheizung des Tanks bei, die unter Umständen negative Auswirkungen besitzen kann. Sind die Tanks zur Erzielung eines hohen Traktionsgewichts der mobilen Arbeitsmaschine besonders schwer ausgeführt oder die Zwischenräume um die zylindrischen Tanks mit Zusatzgewicht ausgefüllt, so ergibt sich bei einer Anordnung nach dem Stand der Technik zudem eine ungünstige Schwerpunktlage.

Der Erfindung liegt daher bezüglich der mobilen Arbeitsmaschine die Aufgabe zugrunde, eine mobile Arbeitsmaschine mit mindestens einem druckbeaufschlagten Tank, insbesondere zum Mitführen von bei Normalbedingungen gasförmigem Brennstoff, und mindestens einer Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie zu schaffen, das einfach aufgebaut und sparsam und sicher zu betreiben ist sowie eine gute Zugänglichkeit der Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der druckbeaufschlagte Tank in einem von der Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie getrennten Bereich im Wesentlichen unterhalb der Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie angeordnet ist. Indem der druckbeaufschlagte Tank in einem von der Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie getrennten Bereich angeordnet ist, wird der Gasaustausch zwischen diesen Komponenten erschwert und dadurch die Sicherheit verbessert. Eine mögliche Aufheizung des Tanks durch Abwärme der Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie wird ebenfalls verringert, da zum einen eine räumliche Trennung besteht und zum anderen die Abwärme der oberhalb des Tanks angeordneten Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie nach oben abgeführt wird. Die Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie ist zudem gut erreichbar. Ist der druckbeaufschlagte Tank besonders schwer ausgeführt, wird zudem eine besonders günstige Schwerpunktlage erzielt.

Vorteilhafterweise ist der getrennte Bereich gasdicht ausgeführt. Dadurch wird bei einem Ausströmen des gasförmigen Brennstoffs aus dem druckbeaufschlagten Tank oder einer Leitung verhindert, dass dieser entweicht und ein zündfähiges Gemisch bildet.

In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der getrennte Bereich mit einem Schutzgas, insbesondere Stickstoff, befüllbar. Dadurch wird die Bildung eines zündfähigen Gasgemischs im Tankbereich verhindert.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn in dem getrennten Bereich mindestens eine Armatur, vorzugsweise sämtliche zur Regelung der Gaszufuhr für die Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie benötigten Armaturen, angeordnet ist. Dadurch sind die zur Steuerung und/oder Regelung des Gasflusses erforderlichen, leckageanfälligen Bauteile in dem abgetrennten Bereich angeordnet, was die Sicherheit des Fahrzeugs weiter erhöht.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie als Ganzes mit einfachen Mitteln entnehmbar ist. Dadurch kann, beispielsweise bei einem Defekt an der Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie, diese schnell entnommen und ausgetauscht werden.

Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie auf einer abnehmbaren Trägerplatte angeordnet. Eine derartige Platte ermöglicht eine einfache Handhabung der Vorrichtung insbesondere bei der Entnahme und beim Transport.

Vorteilhafterweise ist die Trägerplatte als Ballastgewicht ausgebildet. Dadurch wird die Sicherheit der mobilen Arbeitsmaschine erhöht. Insbesondere bei Gegengewichtsgabelstaplern wirkt die Trägerplatte als zusätzliches Gegengewicht, um das Gewicht einer auf einem Lastaufnahmemittel aufgenommenen Last auszugleichen. Bei Industrieschleppern und anderen mobilen Arbeitsmaschinen, bei denen hohe Traktionsleistung benötigt wird, wird das Reibungsgewicht erhöht.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der druckbeaufschlagte Tank von einer als Ballastgewicht ausgebildeten Haltevorrichtung zumindest teilweise umgeben ist. Der ansonsten insbesondere bei zylindrischen Tanks nicht genutzte Raum um den Tank wird dadurch sinnvoll verwendet. Zudem wird das Gasvolumen in dem getrennten Bereich reduziert und so die Sicherheit im Falle eines Brennstoffaustritts erhöht.

Vorteilhafterweise sind der druckbeaufschlagte Tank und die Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie in einer Baueinheit, die anstelle eines Batterietroges in eine mobile Arbeitsmaschine einsetzbar ist, angeordnet. Eine derartige Baueinheit ist einfach austauschbar. Durch die tiefe Anordnung des Tanks ist sowohl im Flurförderzeug als auch bei außerhalb des Fahrzeugs abgestellter Baueinheit eine gute Zugänglichkeit der Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie gegeben.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine Seitenwand der Baueinheit als Ballastgewicht ausgebildet. Dies verbessert die Traktionsleistung der mobilen Arbeitsmaschine. Das Ballastgewicht kann auch als Gegengewicht zu einer aufgenommenen Last wirken.

Vorteilhafterweise ist mindestens eine Seitenwand der Baueinheit als Kühlvorrichtung für die Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie ausgebildet. Dadurch wird mit geringem Bauaufwand eine gute Kühlung erreicht.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn Kühlvorrichtungen an mindestens einer Längsseite der Trägerplatte angeordnet sind. An den Seiten ist bei der üblichen Anordnung der Trägerplatte eine besonders gute Anströmung mit Umgebungsluft gegeben.

Zweckmäßigerweise umfasst die Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie mindestens eine Brennstoffzelleneinheit.

Es ist ebenso zweckmäßig, wenn der druckbeaufschlagte Tank zur Bevorratung von Wasserstoff vorgesehen ist.

Die Aufgabe wird bezüglich der Baueinheit aus mindestens einem druckbeaufschlagten Tank und mindestens einer Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie für den Einsatz in einem Flurförderzeug, insbesondere anstelle eines Batterietroges, durch eine Ausführung der Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche gelöst.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt einen Gegengewichtsgabelstapler 1 mit einer Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie 2 und zwei druckbeaufschlagten Wasserstofftanks 3 als Beispiel für eine erfindungsgemäße mobile Arbeitsmaschine.
Lasten werden auf einem hier nicht vollständig dargestellten Lastaufnahmemittel 4 aufgenommen und transportiert. Zum Ausgleich für das Gewicht der Last ist im Heckbereich des Gabelstaplers 1 ein Gegengewicht 5 angeordnet. Zwischen der Vorderachse 6 und der Hinterachse 7 des Gabelstaplers 1 ist ein Gehäusefach 8 angeordnet, das bei batterieelektrischem Betrieb des Gabelstaplers 1 zur Aufnahme der Batterie dient. Im gezeigten Gabelstapler 1 ist in diesem Gehäusefach 8 eine Baueinheit 9 angeordnet, die die Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie 2 und die Wasserstofftanks 3 umfasst. Die Wasserstofftanks 3 besitzen eine für derartige Anwendungen nach dem Stand der Technik übliche zylindrische Grundform und sind umgeben von drei große Dichte aufweisenden Haltevorrichtungen 10, welche an die Außenkontur der Tanks 3 angepasst sind und als Ballastgewicht dienen. Vor den Wasserstofftanks 3 sind Steuer- und Regelarmaturen 11 angeordnet, von denen über Rohrleitungen 12 Wasserstoff zur Vorrichtung 2 zur Erzeugung elektrischer Energie geführt wird. Zudem können Durchführungen für hier nicht dargestellte Manometer, Sensoren oder Be- und/oder Entlüftungsleitungen vorgesehen sein. Die Armaturen 11, die Tanks 3 sowie die Haltevorrichtungen 10 befinden sich in einem gasdicht abgetrennten Bereich 13, der von Gehäusewänden 14, 15, einer Bodenplatte 16 sowie einer Trägerplatte 17 gebildet wird. Die Gehäusewände 14, 15 sind zugleich Gehäusewände der Baueinheit 9. Die Trägerplatte 17 sowie die hintere Gehäusewand 15 sind dicker als zur Erfüllung ihrer statischen Funktion nötig ausgeführt, und dienen ebenfalls als Ballastgewicht. Dadurch wird das gegenüber einer Bleibatterie ansonsten geringere Gewicht der Baueinheit 9 erhöht, so dass die Fahrstabilität und das zulässige Lastgewicht unverändert bleiben.
Die auf der Trägerplatte 17 angeordnete Vorrichtung 2 zur Erzeugung elektrischer Energie umfasst eine Brennstoffzelleneinheit 18, eine Kühlvorrichtung 19 sowie weitere, nicht näher dargestellte Hilfsaggregate 20 nach dem Stand der Technik. Die gesamte Vorrichtung 2 zur Erzeugung elektrischer Energie kann mitsamt der Trägerplatte 17, beispielsweise zu Wartungszwecken, abgenommen werden. Die Verbindungen zwischen der Trägerplatte 17 und den im abgetrennten Bereich 13 angeordneten Komponenten, im gezeigten Ausführungsbeispiel also den Tanks 3 sowie den Armaturen 11, sind als leicht lösbare Kabel- beziehungsweise Rohrverbindungen nach dem Stand der Technik ausgeführt. Zur Abdichtung des Bereichs 13 werden im Bereich der Trägerplatte 17 geeignete Dichtungssysteme nach dem Stand der Technik verwendet. Dieser Aufbau bietet zudem den Vorteil, dass bei der Herstellung der Baueinheit 9 die Vorrichtung 2 zur Versorgung mit elektrischer Energie zunächst auf der Trägerplatte 17 aufgebaut und getestet und anschließend als komplettes Bauteil montiert werden kann. Die Vorrichtung 2 zur Erzeugung elektrischer Energie ist mit der hinteren Gehäusewand 15 derart verbunden, dass ein Wärmeübergang von der Vorrichtung 2 zur Erzeugung elektrischer Energie zur Gehäusewand 15 stattfinden kann. Dadurch wirkt die Gehäusewand 15 als Kühlvorrichtung.
Selbstverständlich kann auch die gesamte Baueinheit 9 wie eine herkömmliche Bleibatterie dem Fahrzeug entnommen werden. Die erfindungsgemäße Anordnung der Tanks 3 unterhalb der Vorrichtung 2 zur Erzeugung elektrischer Energie bewirkt, insbesondere im Zusammenwirken mit den als Ballastgewicht wirkenden Haltevorrichtungen 10 eine erheblich verbesserte Sicherheit des Fahrzeugs 1, da der Schwerpunkt besonders tief liegt. Dies wird noch dadurch verbessert, das die Tanks 3 möglichst weit hinten im Fahrzeug 1 angeordnet sind, da so der Hebelarm, um einer auf dem Lastaufnahmemittel 4 mitgeführten Last entgegenzuwirken, besonders groß ist. Weiterhin ist die Vorrichtung 2 zur Erzeugung elektrischer Energie auch bei im Flurförderzeug 1 befindlicher Baueinheit 9 gut für Inspektions- und Wartungsarbeiten zu erreichen. Die hohe Lage der Kühlvorrichtung 19 gewährleistet einen ungehinderten Luftstrom, was bei einer Anbringung nach dem Stand der Technik insbesondere bei Fahrzeugen 1, bei denen das Batteriefach 8 im unteren Teil teilweise von Rahmenbauteilen umschlossen ist, nicht gewährleistet werden kann. Zudem ist die Kühlluft durch den großen Abstand vom Boden weitgehend frei von Verunreinigungen wie Staub oder Schmutzpartikeln. Eine Erwärmung der Tanks 3 aufgrund der Abwärme der Vorrichtung 2 zur Erzeugung elektrischer Energie wird bei dem gezeigten Aufbau zudem weitgehend vermieden.
Selbstverständlich sind auch weitere Ausführungsformen der Erfindung nach dem Stand der Technik denkbar, beispielsweise indem die Gehäusewände 14, 15 auf Höhe der Trägerplatte 17 horizontal geteilt und die oberen Hälften abnehmbar sind. Auch können neben der hinteren Gehäusewand 15 auch weitere Seitenwände, etwa die hier nicht dargestellten seitlichen Gehäusewände, als Ballastgewicht ausgebildet sein. Um diese Ballastfunktion zu erreichen, sind die Gehäusewände ebenso wie die Bodenplatte 16 und die Trägerplatte 17 zweckmäßigerweise aus einem Material hoher Dichte gebildet oder bestehen zumindest in wesentlichen Teilen aus einem solchen, also beispielsweise Stahl, Gusseisen oder Blei.
Die Erfindung kann selbstverständlich nicht nur bei einer entnehmbaren Baueinheit 9 verwirklicht werden, sondern auch bei einem Fahrzeug mit einer fest installierten Anordnung eines Tanks 3 und einer Vorrichtung 2 zur Erzeugung elektrischer Energie.

Claims

Mobile Arbeitsmaschine (1), vorzugsweise Flurförderzeug, insbesondere Gegengewichtsgabelstapler (1), Schubmaststapler, Hubwagen, Kommissionierer oder Industrieschlepper, mit mindestens einem druckbeaufschlagten Tank (3), insbesondere zum Mitführen von bei Normalbedingungen gasförmigem Brennstoff, und mindestens einer Vorrichtung (2) zur Erzeugung elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass der druckbeaufschlagte Tank (3) in einem von der Vorrichtung (2) zur Erzeugung elektrischer Energie getrennten Bereich (13) im Wesentlichen unterhalb der Vorrichtung (2) zur Erzeugung elektrischer Energie angeordnet ist.
Mobile Arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der getrennte Bereich (13) gasdicht ausgeführt ist.
Mobile Arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der getrennte Bereich (3) mit einem Schutzgas, insbesondere Stickstoff, befüllbar ist.
Mobile Arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem getrennten Bereich (13) mindestens eine Armatur (11), vorzugsweise sämtliche zur Regelung der Gaszufuhr für die Vorrichtung (2) zur Erzeugung elektrischer Energie benötigten Armaturen (11), angeordnet ist.
Mobile Arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) zur Erzeugung elektrischer Energie als Ganzes mit einfachen Mitteln entnehmbar ist.
Mobile Arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) zur Erzeugung elektrischer Energie auf einer abnehmbaren Trägerplatte (17) angeordnet ist.
Mobile Arbeitsmaschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (17) als Ballastgewicht ausgebildet ist.
Mobile Arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der druckbeaufschlagte Tank (3) von einer als Ballastgewicht ausgebildeten Haltevorrichtung (10) zumindest teilweise umgeben ist.
Mobile Arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der druckbeaufschlagte Tank (3) und die Vorrichtung (2) zur Erzeugung elektrischer Energie in einer Baueinheit (9), die anstelle eines Batterietroges in eine mobile Arbeitsmaschine (1) einsetzbar ist, angeordnet sind.
Mobile Arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seitenwand (15) der Baueinheit (9) als Ballastgewicht ausgebildet ist.
Mobile Arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seitenwand (15) der Baueinheit (9) als Kühlvorrichtung für die Vorrichtung (2) zur Erzeugung elektrischer Energie ausgebildet ist.
Mobile Arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlvorrichtungen (19) an mindestens einer Längsseite der Trägerplatte (17) angeordnet sind.
Mobile Arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) zur Erzeugung elektrischer Energie mindestens eine Brennstoffzelleneinheit (18) umfasst.
Mobile Arbeitsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der druckbeaufschlagte Tank (3) zur Bevorratung von Wasserstoff vorgesehen ist.
Baueinheit aus mindestens einem druckbeaufschlagten Tank (3) und mindestens einer Vorrichtung (2) zur Erzeugung elektrischer Energie für den Einsatz in einer mobilen Arbeitsmaschine (1), vorzugsweise einem Flurförderzeug (1), insbesondere Gegengewichtsgabelstapler (1), Schubmaststapler, Hubwagen, Kommissionierer oder Industrieschlepper, insbesondere anstelle eines Batterietroges, nach einem der vorhergehenden Ansprüche.