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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Hubvorrichtung für ein batteriebetriebenes Flurförderzeug, mit mindestens einem Hubzylinder, einem im Lasthebebetrieb als Pumpen arbeitenden, den Hubzylinder mit Druckmittel beschickenden Hydraulikaggregat, einer im Lasthebebetrieb motorisch zum Antrieb des Hydraulikaggregats arbeitenden elektrischen Maschine und einem einen Druck in einer Leitung des Hydraulikzylinders erfassenden Drucksensor.
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Aus
EP 1 557 257 B1 ist eine hydraulische Hubeinrichtung für batteriebetriebene Flurförderzeuge bekannt geworden. Bei der bekannten hydraulischen Hubvorrichtung ist eine Hydraulikpumpe vorgesehen, die im Lasthebebetrieb den Hubzylinder mit Druckmittel beaufschlagt und im Lastsenkbetrieb von dem aus dem Hubzylinder verdrängten Druckmittel angetrieben wird. Ein mechanisch mit der Hydraulikpumpe gekuppelte elektrische Maschine wird im Lastsenkbetrieb generatorisch angetrieben und durch eine Drehzahlregeleinrichtung in Abhängigkeit von der Betätigung eines Sollwertgebers in ihrer Drehzahl geregelt. Ferner ist eine Hubventilanordnung in einem zum Hubzylinder führenden Hebezweig, einem Senkzweig zwischen dem Hubzylinder und einer Verbindung zwischen einem Rückschlagventil und einem Eingang der Hydraulikpumpe bekannt. Grundsätzlich sind zwei Betriebszustände für die Energiegewinnung möglich, wobei bei einem Betriebszustand über die Pumpe die elektrische Maschine als Generator angetrieben und Strom in die Batterie des Flurförderzeugs zurückgespeist wird. Der zweite Betriebszustand der Energierückgewinnung sieht vor, dass ein oder mehrere Nebenverbraucher mit dem aus dem Lastsenkbetrieb zur Verfügung stehenden Druckmittel gespeist werden. Überschüssiges Drucksmittel fließt dann ungenutzt in den Tank zurück. Grundsätzlich sind auch Mischformen dieser beiden Betriebzustände möglich. Bei der bekannten hydraulischen Hubvorrichtung ist eine Druckwaage vorgesehen, die mit dem Druck am Nebenverbraucher angesteuert wird, um überschüssiges, nicht benötigtes Druckmittel abzuleiten.
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Aus
DE 44 16 173 A1 ist eine hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurförderzeuge oder dergleichen bekannt geworden. Auch bei dieser hydraulischen Hubvorrichtung liegen zwei Betriebszustände für die Energierückgewinnung vor. Abhängig von einem in dem Senkzweig des hydraulischen Zylinders erfassten Druckwert wird entschieden, ob der Druck ohne Zuschaltung einer hydraulischen Nebenfunktion für den generatorischen Betrieb ausreicht. In diesem Fall erfolgt eine Drehzahlregelung des Generators, um eine Druckdifferenz der Drücke in der Senkleitung des Hubzylinders und in einer Zuleitung für die hydraulische Nebenfunktion konstant zu halten. Wird eine hydraulische Nebenfunktion während des Nutzsenkens zugeschaltet, wird anhand des erfassten Druckwerts in der Zuleitung der hydraulischen Nebenfunktion geprüft, ob der Druck zur Versorgung der Nebenfunktion ausreichend ist. Falls nicht, wird die hydraulische Nebenfunktion über den motorischen Pumpenbetrieb bereitgestellt. Das Umschalten zwischen den beiden Betriebsarten erfolgt über ein mechanisch-proportionales Senkventil, dessen Ausgangsleitung über eine sogenannte Senkbremse gedrosselt oder ungedrosselt in dem Tank zurückgeleitet wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Hubeinrichtung für ein batteriebetriebenes Flurförderzeug bereitzustellen, das einfacher aufgebaut ist und insbesondere die Verwendung von zwei Drucksensoren zur Drehzahlregelung der elektrischen Maschine vermeidet.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine hydraulische Hubvorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Gegenstände der Unteransprüche.
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Die hydraulische Hubvorrichtung ist vorgesehen und bestimmt für ein batteriebetriebenes Flurförderzeug. Die hydraulische Hubvorrichtung weist mindestens einen Hubzylinder und ein Hydraulikaggregat auf, das im Lasthebebetrieb als Pumpe arbeitend, den Hubzylinder mit Druckmittel beschickt. Ferner ist eine elektrische Maschine vorgesehen, die im Lasthebebetrieb motorisch zum Antrieb des Hydraulikaggregats als Pumpe arbeitet. Ferner ist ein Drucksensor vorgesehen, der einen Druck in einer Leitung des Hubzylinders erfasst. Erfindungsgemäß ist eine Steuereinheit vorgesehen und derart eingerichtet, dass ansprechend auf den erfassten Druckwert zwischen einem generatorisch gesteuerten Lastsenkbetrieb und einem ventilgesteuerten Lastsenkbetrieb umgeschaltet werden kann. Im generatorisch gesteuerten Lastsenkbetrieb wird die elektrische Maschine generatorisch durch das von dem zurückströmenden Hydraulikmittel angetriebene Hydraulikaggregat betrieben. Die Steuereinheit steuert die elektrische Maschine beispielsweise über eine Drehzahlregelung an, um einen vorgegebenen Volumenstrom zu erreichen. Im ventilgesteuerten Lastsenkbetrieb wird das zurückströmende Druckmittel in einen Tank geleitet. Die Steuereinheit ist für den ventilgesteuerten Lastsenkbetrieb ausgebildet und eingerichtet, um über ein elektrisches Proportionalventil den vorgegebenen Volumenstrom einzustellen. Im Gegensatz zu der bekannten hydraulischen Hubvorrichtung gemäß
DE 44 16 173 C2 wird kein mechanisch-proportionales Senkventil, sondern ein elektro-proportionales Senkventil eingesetzt. So kann im generatorisch gesteuerten Lastsenkbetrieb das Hydraulikaggregat bei vollständig geöffnetem Senkventil das Lastsenken übernehmen, wodurch beim generatorischen Nutzsenken auch bei Lastsenkgeschwindigkeiten weit unterhalb der maximalen Lastsenkgeschwindigkeit der generatorische Betrieb und das Wiederaufladen der Batterie sichergestellt ist. Hinzu kommt, dass durch die Verwendung des elektro-proportionalen Senkventils auf eine zweite Druckmessung bzw. eine Differenzdruckmessung zur Steuerung der Motordrehzahl verzichtet werden kann. Bei dem elektro-proportionalen Senkventil liegt anders als bei dem mechanisch-proportionalen Senkventil eine ausreichende Information über dessen Öffnungsgrad vor, die eine Steuerung der Motordrehzahl erlaubt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung schaltet die Steuereinheit in dem ventilgesteuerten Lastsenkbetrieb, wenn der erfasste Druck kleiner als ein vorbestimmter Grenzdruckwert ist. Der erfasste Druckwert wird in einer Leitung des Hubzylinders erfasst und ist dabei ein Indikator dafür, welcher Lastsenkdruck zur Verfügung steht. Der vorbestimmte Grenzdruckwert ist größer als oder gleich einem notwendigen Mindestdruck, der für eine sichere Betätigung einer hydraulischen Nebenfunktion auch während des Nutzsenkens erforderlich ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird während des ventilgesteuerten Lastsenkbetriebs eine hydraulische Nebenfunktion durch das als Pumpe betriebene Hydraulikaggregat versorgt. Im ventilgesteuerten Lastsenkbetrieb liegt kein ausreichender Druck für einen zuverlässigen Betrieb der hydraulischen Nebenfunktion vor, so dass das Hydraulikaggregat zur Versorgung der hydraulischen Nebenfunktion eingesetzt wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird während des generatorisch gesteuerten Lastsenkbetriebs eine hydraulische Nebenfunktion aus dem zum Hydraulikaggregat zurückfließenden Druckmittel versorgt. Hierzu steuert bevorzugt die Steuereinheit bei dem generatorisch gesteuerten Lastsenkbetrieb die elektrische Maschine gedrosselt an, um einen für die hydraulische Nebenfunktion ausreichenden Druck des Druckmittels aufzubauen. Zur Steuerung der elektrischen Maschine ist hierbei kein zweiter Drucksensor erforderlich, sondern das elektrisch betätigte Proportionalventil ist vollständig geöffnet, so dass die Drosselung der elektrischen Maschine, beispielsweise über eine Drehzahlregelung ausreicht, um die hydraulische Nebenfunktion mit dem angeforderten Druck zu versorgen.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist das elektrisch betätigte Proportionalventil drei Stellung auf, wobei eine erste Stellung für den Lasthebebetrieb eine Leitung für zurückfließendes Druckmittel sperrt und eine zweite Stellung die Leitung für aus dem Hydraulikzylinder zurückfließendes Druckmittel mit dem Tank verbindet und eine dritte Stellung, die Leitungen für das von dem Hydraulikzylinder zurückfließende Druckmittel mit dem Hydraulikaggregat und einer Anschlussleitung für einen oder mehrere hydraulische Nebenfunktionen verbindet. Die dritte Stellung des elektrisch betätigten Proportionalventils liegt bei dem generatorisch gesteuerten Lastsenkbetrieb vor, während die zweite Stellung während des ventilgesteuerten Lastsenkbetriebs vorliegt.
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Zweckmäßigerweise wird das elektrisch betätigte Proportionalventil von der Steuereinheit angesteuert, wobei bevorzugt bei dem ventilgesteuerten Lastsenkbetrieb die hydraulische Nebenfunktion über ein weiteres elektrisch betätigtes Proportionalventil als Nebenfunktionsventil angesteuert wird. Das Nebenfunktionsventil wird über die Steuereinheit, abhängig von einer vorbestimmten Ventilkennlinie und einer entsprechenden Drosselung der elektrischen Maschine angesteuert.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung besitzt die Steuereinheit einen Feinsteuerbereich und einen Betriebsbereich, wobei in dem Feinsteuerbereich minimale Mengen an Druckmittel und in dem Betriebsbereich maximale Mengen an Druckmittel abgefordert werden können. Alle Ventilfunktionen werden, um ein sanftes Anlaufen zu gewähren, über eine oder mehrere vorbestimmte Rampenfunktionen ausgeführt wird. Die Verwendung von Rampenfunktionen erlaubt, einen frei von Sprüngen durchgeführten Senkbetrieb, bei dem auch durch das Zuschalten einer hydraulischen Nebenfunktion keine Sprünge in dem Senkvorgang verursacht werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die einzige Figur zeigt das Nutzsenken für ein elektrisch betriebenes Flurförderzeug mit einem elektrisch betätigten Proportionalventil 11. Bei einem Lastsenken liegt das Druckmittel aus einem Hubzylinder 7 über die Leitungen 6, 9 und einem Sicherheitsventil 10 für einen Notstopp an dem elektro-proportionalen Senkventil 11 an. In der Stellung A des elektrisch betätigten Proportionalventils 11 liegt das Druckmittel dann ferner über die Leitungen 14 und 3 an der Pumpe 1 an, von wo aus es in den Tank 18 zurückströmt. Die Pumpe 1 ist mit einer elektrischen Maschine 2 gekuppelt, die generatorisch betrieben wird, um eine Batterie an dem Flurförderzeug zu speisen. Die Steuerung des Generators erfolgt über eine Steuereinheit 19, die über eine Steuerleitung 34 eine Drehzahlsteuerung der generatorisch arbeitenden elektrischen Maschine 2 vornimmt. Die Steuereinheit 19 steuert ferner das elektrisch betätigte Proportionalventil 11 über die Steuerleitung 33 an. Ein in der Leitung 6 gemessener Druckwert bei einem Drucksensor 8 liegt über die Steuerleitung 32 an der Steuereinheit 19 an. Während des Nutzsenkens über die Ventilstellung A liegt an der Leitung 35 zur Versorgung einer hydraulischen Nebenfunktion, wie beispielsweise den Hydraulikzylinder 31, ein ausreichender Lastdruck vor, um den Hydraulikzylinder 31 durch eine Ansteuerung des elektrisch betätigten Proportionalventils 29 als Nebenfunktionsventil anzusteuern. Über die Meldeleitung 12 ist das Proportionalventil 11 mit der Druckwaage 21 verbunden, die zur Versorgung des Nebenfunktion eine Verbindung zum Tank sperrt.
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Das Nutzsenken über die Ventilstellung A des elektrisch betätigten Proportionalventils 11 erfolgt, wenn der von dem Drucksensor 8 erfasste Senkdruck oberhalb eines definierten Mindestdrucks liegt, der für die sichere Versorgung der Nebenfunktionen notwendig ist. Damit ist gewährleistet, dass während des Nutzsenkens ein weiterer oder mehrere Verbraucher für Nebenfunktionen aus dem Lastsenkbetrieb stromabwärts über die Leitungen 6, 9, 14, 3 und über die Leistung 35 versorgt werden können.
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Wird während des generatorisch gesteuerten Nutzsenkens die Nebenfunktion des Hydraulikzylinders 31 zugeschaltet, so wird die Steuereinheit 19 mit einer vorbestimmten Ventilkennlinie das Nebenfunktionsventil 29 mit einem ansteigenden elektrischen Strom beaufschlagen. Proportional zu der Volumenstromanforderung aus der Nebenfunktion mit dem Hydraulikzylinder 31 erfolgt die Reduzierung der Motordrehzahl an der generatorisch betriebene elektrischen Maschine 2 durch die Steuereinheit 19. Die Steuereinheit 19 steuert sowohl das Nebenfunktionsventil 29 als auch die Drehzahl der elektrischen Maschine 2 derart an, dass keine Sprünge beim Senkbetrieb auftreten.
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Die Steuereinheit 19 führt alle Ventilfunktionen, also insbesondere die der elektrisch gesteuerten Proportionalventile 11 und 29 über Rampenfunktionen aus, bei denen der Steuerstrom rampfenförmig bis zu seinem Sollwert erhöht wird. Die Rampenfunktionen dienen der Vermeidung von Geschwindigkeitssprüngen während des Lastsenkbetriebs, wenn unterschiedliche Betriebszustände durch Zu- und/oder Abschalten von Nebenfunktionen gefahren werden.
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Das elektrisch betätigte Proportionalventil 11 ist in seiner Stellung A für das Nutzsenken vollständig geöffnet, indem kurz nach Beginn des Senkvorgangs und einem eventuell vorgesehenen Feinsteuerbereich die Steuereinheit 19 den maximalen Ventilstrom (Imax) zur vollständigen Öffnung des Ventilbereichs anlegt. Ein vorgesehener Feinsteuerbereich wird zu Beginn des Senkvorganges durchfahren, wobei hier die Lastsenkbewegung vollständig durch die Steuerung des elektrisch betätigten Proportionalventils 11 erfolgt. Erst nach Beendigung des Feinsteuerbereichs wird das Proportionalventil 11 vollständig geöffnet und die Steuerung der Last erfolgt über die Drehzahlsteuerung der elektrischen Maschine 2.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das elektrisch betätigte Proportionalventil 11 in seiner Stellung A im vollkommen geöffneten Zustand einen vernachlässigbar kleine oder gar keine drosselnde Wirkung besitzt. Dies wird ermöglicht, indem die Kennlinie des Ventils ab einem bestimmten Öffnungsweg des Ventilkolbens eine sehr große Steigung besitzt. Die gesamte Last wird dann über die drehzahlgeregelte elektrische Maschine 2 gesenkt.
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Ist der erforderliche Mindestdruck, der zur Versorgung der Nebenfunktion erforderlich ist, nicht erreicht, erfolgt kein generatorisch gesteuerter Lastsenkbetrieb, sondern es erfolgt ein ventilgesteuerter Lastsenkbetrieb. In diesem Fall wird über das elektrisch betätigte Proportionalventil 11 in seiner Stellung C und einem Zwei-Wege-Stromregler 13 das zurückströmende Fluid über die Leitung 15 direkt in den Tank 18 geführt. Bei dem ventilgesteuerten Nutzsenken wird der Kennlinienverlauf des elektrisch betätigten Proportionalventils 11 in seiner Stellung C genutzt. Die Kennlinie wird hierbei mit einem mittleren Kennlinienbereich gefahren, wobei der Kennlinienverlauf flach ist und eine Senkcharakteristik, die üblicherweise bei proportionalen Senkventilen vorgesehen ist, besitzt. Der von der Steuereinheit 19 angelegte Steuerstrom ist dabei kleiner als der maximale Ansteuerstrom.
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Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass der Hebebetrieb des Hydraulikzylinders 7 über die Pumpe 1, die Leitung 3, das Zwei-Wege-Ventil 4, das Rückschlagventil 5 und die Leitung 6 erfolgt. In der zu der Nebenfunktion führenden Leitung 35 ist zudem eine Umlaufdruckwaage 21 vorgesehen, an der die Lastmeldeleitungen 24 und 28 anliegen. Über das Wechselventil 22 wird je nach Betätigung entweder die Meldeleitung 20 beim Hebebetrieb oder die Meldeleitung 12 beim generatorisch gesteuerten Nutzsenken (Ventilstellung A des Proportionalventils 11) mit der Umlaufdruckwaage 21 verbunden, die nicht benötigtes Druckmittel der Nebenfunktion über die Leitung 16 sowie den Filter 17 in den Tank 18 zurückleitet.
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Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass das elektrisch betätigte Proportionalventil 11 im Nutzsenkbetrieb den beginnenden Senkvorgang einleitet. Hierzu wird beim Senkvorgang die Stellung A über eine Rampenfunktion elektrisch so angesteuert, dass sich der Leitungsbereich 14 und 3 stromabwärts mit Fluid füllen kann und das unkontrollierte Absacken der Last vermieden wird. Dazu wird im ersten Teil des Senkvorgangs, dem sogenannten Feinsteuerbereich, die Pumpendrehzahl der Pumpe 1 von der Steuereinheit 19 unterproportional zu der Volumenstromanforderung geregelt. Hat sich zwischen der Pumpe und dem Ventil 11 Druck aufgebaut, wird durch ein weiteres überproportionales Öffnen des Ventils und eine Steigerung der Pumpendrehzahl auf das Niveau der Volumenstromanforderung die Lastübernahme auf die Pumpe vollzogen. Ist die vollständige Lastübernahme durch die Pumpe erfolgt, wird das Proportionalventil 11, Stellung A vollständig geöffnet und es liegt ein maximaler Ventilstrom (Imax) an dem Ventil an. Würde ein Schaltventil, wie beispielsweise im Stand der Technik, anstatt des elektrisch betätigten Proportionalventils eingesetzt, würde die Last bei jedem Senkvorgang zu Beginn durchsacken, weil der Leitungsbereich 14 und 3 stromabwärts einen deutlich geringeren Leitungsdruck aufweisen, als der Bereich der Leitungen 6 und 9 vor dem Ventil 11. Es würde ein unkontrollierter Druckausgleich zwischen dem Leitungsbereich 6 und 9 einerseits und dem Leitungsbereich 14 und 3 andererseits stattfinden.
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Ist kein Nutzsenkbetrieb möglich, weil der von dem Drucksensor 8 an die Steuereinheit 19 gemeldete Lastdruck zu gering ist, wird über das Ventil 11 in Stellung C der Lastsenkvorgang über die Leitung 15 eingeleitet. Die Volumenstromreglung erfolgt über einen Zwei-Wege-Volumenstromregler 13. In diesem Fall wird das Senkventil gegenüber dem Nutzsenkbetrieb nicht vollständig geöffnet und der Ventilstrom ist in diesem Fall weniger als der maximal mögliche Strom. Die Versorgung der Nebenfunktion während dieses Senkvorganges erfolgt über das Hydraulikaggregat.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pumpe
- 2
- elektrische Maschine/Generator
- 3
- Leitung
- 4
- Zwei-Wege-Ventil
- 5
- Rückschlagsventil
- 6
- Leitung
- 7
- Hubzylinder
- 8
- Drucksensor
- 9
- Leitung
- 10
- Notstopp-Sicherheitsventil
- 11
- elektrisch betätigtes Proportionalventil
- 12
- Meldeleitung
- 13
- Zwei-Wege-Stromregler
- 14
- Leitung
- 15
- Leitung
- 17
- Filter
- 18
- Tank
- 19
- Steuereinheit
- 20
- Meldeleitung
- 21
- Umlaufdruckwaage
- 22
- Wechselventil
- 24
- Lastmeldeleitung
- 28
- Lastmeldeleitung
- 29
- elektrisch betätigtes Proportionalventil (Nebenfunktionsventil)
- 31
- Hydraulikzylinder (Nebenfunktion)
- 32
- Steuerleitung
- 33
- Steuerleitung
- 34
- Steuerleitung
- 38
- Leitung für Nebenfunktion
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1557257 B1 [0002]
- DE 4416173 A1 [0003]
- DE 4416173 C2 [0006]
