-
Die Erfindung betrifft einen Gegengewichtsgabelstapler, der batterie-elektrisch angetrieben wird und ein Batteriefach für eine Traktionsbatterie aufweist, in das sowohl eine Blei-Säurebatterie wie auch eine Hochleistungsbatterie eingesetzt werden kann. Weiterhin betrifft die Erfindung ein System aus einem solchen Gegengewichtsgabelstapler sowie einer Blei-Säurebatterie und einer Hochleistungsbatterie.
-
Für den Betrieb von batterie-elektrisch angetriebenen mobilen Arbeitsmaschinen, insbesondere Flurförderzeugen, wie etwa beispielsweise Gabelstaplern, kommen Traktionsbatterien zum Einsatz, die im Regelfall als austauschbare Batterien in ein Batteriefach eingesetzt werden können und, sobald sie entladen sind, gegen eine aufgeladene Traktionsbatterie ersetzt werden können. Bisher sind solche Traktionsbatterien im Regelfall Blei-Säureakkumulatoren bzw. Blei-Säurebatterien, bei denen eine chemische Reaktion zwischen Schwefelsäure und Blei zur Speicherung der elektrischen Energie dient. Die einzelnen Bleizellen einer solchen Traktionsbatterie sind dabei in einem Behälter bzw. Batterietrog eingesetzt, der mit entsprechenden Transportmitteln, wie etwa einem weiteren Gabelstapler oder Flurförderzeug transportiert und gehandhabt werden kann. Aufgrund des in der Traktionsbatterie enthaltenen Bleis weist diese ein erhebliches Gewicht auf.
-
Gegengewichtsgabelstapler, die sowohl mit Antrieb durch Verbrennungsmotor, aber auch in großer Zahl als batterie-elektrisch betriebene Fahrzeuge mit einer Traktionsbatterie zum Einsatz kommen, weisen an der Vorderachse ein Hubgerüst mit Lastaufnahmemitteln auf, insbesondere einer Lastgabel. Dabei liegt der Schwerpunkt einer angehobenen Last vor der Vorderachse und das dadurch entstehende Lastmoment, das den Gegengewichtsgabelstapler nach vorne um die Vorderachse dreht und ein Kippmoment nach vorne erzeugt, wird durch ein Gegengewicht über bzw. hinter der Hinterachse ausgeglichen. Bei der Bestimmung des erforderlichen Gegenmoments, um ein Lastmoment einer höchstzulässigen Last des Gegengewichtsgabelstaplers auszugleichen, wird dabei bei batterie-elektrisch betriebenen Gabelstaplern auch das Moment der Traktionsbatterie mit ihrem hohen Gewicht berücksichtigt.
-
Durch neuere Technologien können inzwischen Batterien bzw. Akkumulatoren hergestellt werden und auch im industriellen Einsatz verwendet werden, die bessere Leistungsdaten bieten. Solche Batterien kann man als Hochleistungsbatterien bezeichnen, die sich dadurch auszeichnen dass sie gegenüber einem Blei-Säurebatterien eine höhere Energiedichte in Bezug auf Gewicht und/oder Volumen aufweisen und eine andere Technik als eine Blei-Säure Reaktion für die Energiespeicherung nutzen. Hinzu kommt bei vielen Hochleistungsbatterien als Merkmal, dass eine hohe Leistung beim Entladen abgegeben werden kann und/oder mit großer Leistung geladen werden kann. Die typischen Energiedichten in Bezug auf Gewicht und/oder Volumen liegen bei einer Hochleistungsbatterie dabei mindestens für einen der beiden Werte oberhalb und außerhalb der entsprechenden Kenngrößen für Blei-Säurebatterien.
-
Bereits Nickel-Cadmium Batterien weisen zwar keinen erheblichen Gewichtsvorteil auf, haben jedoch eine bis zum dreifachen höhere Energiedichte in Bezug auf das Volumen. Weitere bekannte Technologien für Akkumulatoren bzw. wieder aufladbare Batterien unter Einsatz von Nickel sind beispielsweise Nickel-Metallhydrid, Nickel-Eisen, Nickel-Wasserstoff, Nickel-Zink und Silber-Zink. Daneben sind auch Natrium-Nickelchlorid und Natrium-Schwefel Akkumulatoren bekannt.
-
Zunehmend in größerem Umfang eingesetzt werden jedoch Lithium-Ionenbatterien, die eine in Serie anwendbare Zuverlässigkeit erreicht haben, sich durch hohe Energiedichte auszeichnen und nur einem geringen Memoryeffekt unterliegen sowie ein Entladen der Batterie bzw. Aufladen der Batterie mit großer Leistung ermöglichen. Bei der Lithium-Ionenbatterie sind ebenfalls unterschiedliche Technologien bekannt, wie beispielsweise Lithium-Polymer, Lithium-Kobaltdioxid, Lithium-Luft, Lithium-Titanat, Lithium-Eisenphosphat, Lithium-Mangan und Zinn-Schwefel-Lithiumionen.
-
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz solcher Hochleistungsbatterien bei Fahrzeugen und beispielsweise Flurförderzeugen, da aufgrund der hohen Energiedichte in Bezug auf das Volumen bei dem vorgegebenen Bauraum für die Batterie eine größere Menge elektrische Energie gespeichert werden kann und somit die Reichweite eines Fahrzeugs bzw. die Einsatzdauer des Flurförderzeugs vergrößert werden kann.
-
Bei batterie-elektrisch betriebenen Gegengewichtgabelstaplern, bei denen insbesondere Lithium-Ionenbatterie als Hochleistungsbatterien zum Einsatz kommen sollen, ergibt sich jedoch der Nachteil, dass durch das geringere Gewicht der Traktionsbatterie kein ausreichendes Gegenmoment zu dem Lastgewicht mehr gewährleistet ist. Wenn beispielsweise eine bestehende Bleibatterie durch eine Lithium-Ionenbatterie ersetzt wird, kann ein erheblicher Gewichtsunterschied entstehen, wenn eine Blei-Säurebatterie eine übliche Dichte von 2700 kg/m3 aufweist, eine Lithium-Ionenbatterie jedoch nur von ca. 2100 kg/m3. Der Gegengewichtgabelstapler müsste dann mit einem entsprechend größeren Gegengewicht versehen werden. Dies ist jedoch dann nicht möglich, oder mit Nachteilen verbunden, wenn ein Wechselbetrieb sowohl mit Blei-Säurebatterien wie auch mit Lithium-Ionenbatterien erfolgen soll. Um einen möglichst kompakten Gegengewichtsgabelstapler zu erreichen und den Batteriewechsel möglichst einfach sowie leicht zu gestalten, ist die Traktionsbatterie im Regelfall zwischen den Achsen unterhalb eines Fahrersitzes angeordnet. Der wirksame Hebelarm des Gewichtes der Traktionsbatterie in Bezug auf das Gegenmoment ist somit kürzer, als derjenige des Gegengewichtes. Ein vergleichbarer verbrennungsmotorisch-angetriebener Gegengewichtsgabelstapler kann deshalb bei geringerem Gesamtgewicht die gleiche höchstzulässige Traglast erreichen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gegengewichtsgabelstaplers sowie ein System aus einem Gegengewichtsgabelstapler und einer Traktionsbatterie als Hochleistungsbatterie zur Verfügung zu stellen, die die zuvor genannten Nachteile vermeidet, kostengünstig herzustellen sind und einen Wechselbetrieb zwischen Hochleistungsbatterien sowie Blei-Säurebatterien ermöglichen.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Gegengewichtsgabelstapler mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Gegengewichtsgabelstapler, der batterie-elektrisch angetrieben wird und ein Batteriefach für eine Traktionsbatterie aufweist, in das sowohl eine Blei-Säurebatterie wie auch eine Hochleistungsbatterie eingesetzt werden kann, eine Aufnahmeposition für ein Ausgleichsgewicht vorgesehen ist, wobei das Ausgleichsgewicht so bemessen ist, dass sein Gegenmoment in Bezug auf ein Lastmoment an einer Vorderachse dem Gegenmoment des Gewichtsunterschiedes zwischen der Blei-Säurebatterie und der Hochleistungsbatterie in der Position des Batteriefachs entspricht.
-
Vorteilhaft wird es dadurch möglich, ohne Veränderung der maximalen Traglast und der Stabilität des Gegengewichtsgabelstaplers sowohl eine herkömmliche Blei-Säurebatterie als Traktionsbatterie einzusetzen, als auch eine Hochleistungsbatterie, beispielsweise ein Lithium-Ionenbatterie. Durch das Ausgleichsgewicht, für das eine feste Aufnahmeposition an dem Gegengewichtsgabelstapler vorgesehen ist, wird bei Verwendung einer Hochleistungsbatterie mit Ihrem geringeren Gewicht das fehlende Gegenmoment ausgeglichen. Dabei ist es möglich, die Aufnahmeposition möglichst weit von der Vorderachse entfernt vorzusehen, beispielsweise über oder hinter einer Hinterachse im Bereich eines Gegengewichts. Dadurch ist dann ein bereits erheblich geringeres Gewicht als Ausgleichsgewicht ausreichend, als die Gewichtsdifferenz zwischen der Blei-Säurebatterien und der Hochleistungsbatterie. In der Aufnahmeposition kann das Ausgleichsgewicht durch Befestigungsmittel, insbesondere durch ohne Werkzeug betätigbare Befestigungsmittel, wie beispielsweise Verriegelungselemente gesichert werden. Es ist auch denkbar, dass durch die Formgebung der Aufnahmeposition das Ausgleichsgewicht allein durch die Schwerkraft gehalten wird. Weiterhin denkbare Lösungen wären beispielsweise Hakenelemente, mit denen das Ausgleichsgewicht eingehakt wird. Insbesondere bleiben die Vorteile des geringeren Gewichts der Hochleistungsbatterie erhalten in Bezug auf die Handhabbarkeit außerhalb des Gegengewichtsgabelstaplers.
-
Vorteilhaft ist die Aufnahmeposition an oder in einem Gegengewicht vorgesehen.
-
Durch den größeren Hebelarm ist lediglich ein erheblich geringeres Gewicht erforderlich, als die Gewichtsdifferenz der Blei-Säurebatterie gegenüber der Hochleistungsbatterie. Beispielsweise muss bei einem Gegengewichtsgabelstapler mit einem Radstand zwischen Vorder- und Hinterachse von 1300 mm und einem Abstand des Schwerpunkts der Traktionsbatterie von der Vorderachse von 780 mm jedes eingesparte Kilogramm nur durch 600 g im Abstand der Hinterachse kompensiert werden. Dies entspricht einer Gewichtsreduzierung von 40 % die unmittelbar einem geringeren Fahrzeuggesamtgewicht zugute kommt. Durch das geringere Fahrzeuggesamtgewicht ergibt sich ein geringerer Energieverbrauch und somit eine größere Reichweite bzw. längere Betriebsdauer des batterie-elektrisch angetriebenen Gegengewichtsgabelstaplers.
-
Die Aufnahmeposition kann in dem Batteriefach vorgesehen sein. Vorteilhaft verbleibt in dem Batteriefach zumeist noch genügend Platz, um ein flaches, scheibenförmiges Ausgleichsgewicht anzuordnen.
-
In einer Ausgestaltung ist das Ausgleichsgewicht demontierbar in der Aufnahmeposition befestigt.
-
Vorteilhaft kann das Ausgleichsgewicht ohne Werkzeug demontiert oder befestigt werden.
-
Dadurch kann jederzeit von einer Bedienperson ein Wechsel zwischen einer Blei-Säurebatterie zu einer Hochleistungsbatterie oder umgekehrt vorgenommen werden.
-
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein System aus einem Gegengewichtsgabelstapler wir er zuvor beschrieben wurde, einer Traktionsbatterie als Hochleistungsbatterie, einer Traktionsbatterie als Blei-Säurebatterie und einem Ausgleichsgewicht.
-
Bei dem System ergibt sich neben den bereits zuvor geschilderten Vorteilen insbesondere die Möglichkeit des freien Wechsels zwischen einer Blei-Säurebatterie und einer Hochleistungsbatterie als Traktionsbatterie.
-
Vorteilhaft ist das Ausgleichsgewicht an der Hochleistungsbatterie befestigt und mit dieser in das Batteriefach eingesetzt.
-
Wenn das Ausgleichsgewicht als Aufnahmeposition das Batteriefach nutzt, kann vorteilhaft das Ausgleichsgewicht so gestaltet werden, dass es an der Hochleistungsbatterie, beispielsweise an einer Seitenwand außen angehängt, befestigt werden kann.
-
Vorteilhaft ist die Hochleistungsbatterie eine Lithium-Ionenbatterie. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt die Figur einen erfindungsgemäßen Gegengewichtsgabelstapler 1, der als batterieelektrisch angetriebenes Fahrzeug ausgeführt ist. Auf eine Vorderachse 2 stützt sich ein Hubgerüst 3 mit einem Lastaufnahmemittel 4 in Form einer Lastgabel 5 ab. Hinter der Vorderachse 2 und vor einer bei dem vorliegenden Beispiel als Einzelrad ausgeführten Hinterachse 6 befindet sich unterhalb eines Fahrersitzes 7 ein Batterieaufnahmefach 8, in das hier beispielhaft eine Blei-Säurebatterie 9 als Traktionsbatterie 16 eingesetzt ist. In eine Aufnahmeposition 10, die über der Hinterachse 6 als Fach in einem Gegengewicht 11 ausgeführt ist, kann ein Ausgleichsgewicht 12 eingesetzt werden und durch nicht näher dargestellte, ohne Werkzeug zu betätigende Verriegelungsmittel gesichert werden.
-
Der Gegengewichtsgabelstapler 1, die Blei-Säurebatterie 9, das Ausgleichsgewicht 12 und eine Hochleistungsbatterie 13 in Form einer Lithium-Ionenbatterie 14 als weitere Traktionsbatterie 16 bilden zusammen ein erfindungsgemäßes System 15. Wenn wie durch die Pfeile dargestellt, die Blei-Säurebatterie 9 gegen die Hochleistungsbatterie 13 ausgetauscht wird, so wird gleichzeitig das Ausgleichsgewicht 12 in die Aufnahmeposition 10 eingesetzt. Dadurch bleibt das volle Gegenmoment zu einer auf der Lastgabel 5 aufliegenden Last erhalten und es ergeben sich keine Einbußen in der Stabilität bzw. maximalen Tragkraft des Gegengewichtsgabelstaplers 1. Die Vorteile des leichteren Gewichts der Hochleistungsbatterie 13 in Bezug auf die Handhabung bei der Entnahme aus dem Batterieaufnahmefach 8 bleiben erhalten und es ergibt sich ein insgesamt geringeres Fahrzeuggewicht bei Nutzung der Hochleistungsbatterie 13, wodurch die Einsatzdauer mit einer Batterieladung verlängert wird. Dabei kann zwischen der Blei-Säurebatterie 9 und der Hochleistungsbatterie 13 frei getauscht werden.
