DE102019002556B4

DE102019002556B4 - Wirbelstrombasiertes aktiv gesteuertes Stabilisierungssystem für Flurförderfahrzeuge zur berührungslosen Stabilisierung des Hubgerüstes am Hochregal

Info

Publication number: DE102019002556B4
Application number: DE102019002556.3A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-04-08
Filing date: 2019-04-08
Publication date: 2020-12-03
Anticipated expiration: 2039-04-09
Also published as: DE102019002556A1

Abstract

Das wirbelstrombasierte aktiv gesteuerte Stabilisierungssystem für Flurförderfahrzeuge wird eingesetzt, um ein Hubgerüst eines Flurförderfahrzeuges dynamisch, berührungslos am Hochregal zu stabilisieren, wenn sich das Hubgerüst des Flurförderfahrzeugs im nach oben ausgefahrenen Zustand befindet und sich das Flurförderfahrzeug in einem Regalgang direkt zwischen zwei Hochregalen aufhält.

Description

Thema, Umfeld
Im Logistiksektor stellen die beiden Größen Transportzeit/Lagerzugriffszeit und effiziente Lagergrundflächenausnutzung essenzielle ökonomische Einflussgrößen dar. Bei Lagerhäusern besteht, insbesondere in Ballungsräumen mit hohen Grundstückspreisen, das Interesse, pro Quadratmeter Grundfläche so viel Ware wie möglich lagern zu können. Dadurch wird unter anderem auf höhere Regale gesetzt. Gleichzeitig vergrößert sich aber mit zunehmender Regalhöhe die Zugriffszeit und somit die Transportzeit. Dies liegt unter anderem daran, dass bspw. ein Flurförderfahrzeug vom Typ Kombistapler mit zunehmender Ausfahrhöhe des Hubgerüstes eine zunehmende Verweilzeit nach dem Heranfahren an den Lagerplatz warten muss, um das Pendeln des Hubgerüstes abklingen zu lassen. Nach dem Pendeln kann die Ware entladen bzw. beladen werden. Dadurch ergeben sich zwei ökonomisch entgegenwirkende Einflüsse, indem höhere Regale die relativen Grundstückskosten reduzieren und gleichzeitig durch höhere Regale die Lagerzugriffszeiten und somit die Transportkosten erhöht werden. Aus diesen beiden Einflüssen ergibt sich ein ökonomisches Optimum für die Regalhöhe.
Stand der Technik
Der Stand der Technik besteht darin, dass die Regalhöhe tendenziell nieder gehalten wird, damit Kombistapler nicht unnötig pendeln und stabiler unterwegs sind. Weiter werden die Lagerplätze von Kombistaplern zunehmend mit speziellen Höhe-Weg-Kurven angefahren um das dynamische Verhalten zu verbessern. Bei Hochregallagern werden Zugriffssysteme verwendet, welche am Boden und an der Decke jeweils durch Schienen geführt werden, um in großen Regalhöhen ausreichend Stabilität zu gewährleisten.
Nach dem Stand der Technik sind, zur Stabilitätserhöhung bei Hochregallagern, lediglich Dämpfungssysteme für Regalbediengeräte bekannt. Aus der Druckschrift DE 10 2015 110 287 A1 ist bekannt, dass es verschiedene Ansätze gibt um eine Dämpfung zwischen dem Regalbediengerät und den Regalbediengerät-Führungsschienen zu ermöglichen. Es ist jedoch auch für Regalbediengeräte kein System, wie es in der folgenden Erfindung beschrieben wird, bekannt.
Nach dem Stand der Technik sind Flurförderfahrzeuge mit Hubgerüst, Gabelträger und Gabelzinken, welche mit ihren Rädern frei auf dem Boden fahren und einen Warenaustausch für Hochregale ermöglichen, bekannt. Es ist jedoch kein wirbelstrombasiertes aktiv gesteuertes Stabilisierungssystem für Flurförderfahrzeuge zur berührungslosen Stabilisierung des Hubgerüstes am Hochregal, wie es in der folgenden Erfindung beschrieben wird, bekannt.
Kritik am Stand der Technik
Durch die bestehenden Einschränkungen sind entweder teure, wenig flexible, in Schienen geführte Regalbediensysteme zur Stabilitätserhöhung und Verweilzeitreduktion erforderlich oder es muss die Regalhöhe nieder gehalten werden. Letztendlich erhöhen beide Maßnahmen die spezifischen Lagerkosten.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für ein Flurförderfahrzeug eine aktive berührungslose Stabilisierung, mit einem wirbelstromhervorrufenden magnetischen Wanderfeld zu erzeugen, um Flurförderfahrzeuge/Stapler dynamisch aktiv zu stabilisieren.
Patentbeschreibung
Das wirbelstrombasierte aktiv gesteuerte Stabilisierungssystem für Flurförderfahrzeuge wird eingesetzt um ein Hubgerüst eines Flurförderfahrzeuges aktiv, dynamisch und berührungslos zu stabilisieren, wenn es sich im nach oben ausgefahrenen Zustand, in einem Regalgang direkt zwischen zwei Hochregalen befindet.
Das Stabilisierungssystem besteht aus mindestens zwei Magnetmodulen, mindestens einem Beschleunigungssensor, mindestens einer Steuereinheit und mindestens einem Stromrichter. Die Beschleunigungssensoren befinden sich bevorzugt am Hubgerüst. Die Steuereinheit, sowie die Stromrichter befinden sich bevorzugt im Fahrzeugkasten des Flurförderfahrzeugs, damit der Massenschwerpunkt tief gehalten wird. Die Magnetmodule befinden sich an der oberen Seite des Hubgerüstes und können hinsichtlich der Position am Hubgerüst aktiv eingestellt werden. Die Magnetmodule sind so ausgerichtet, dass die Magnetfeldrichtung direkt zum Hochregal wirkt und das zweite Magnetmodul direkt zum, im Gang gegenüberliegenden Hochregal, wirkt. Zur Verstärkung der magnetischen Wirkung können je am Hochregal zusätzliche magnetisierbare Materialien (beispielswiese Metallplatten) angebracht werden.
Das hier im Stabilisierungssystem verwendete Magnetmodul ist hinsichtlich seiner Bauart vergleichbar einer Wirbelstrombremse und einem Linearmotor aufgebaut. Ähnliche Magnetmodule wurden in der Vergangenheit schon entwickelt um Brems- und/oder Normalkräfte bei Schienenfahrzeugen zu erzeugen. Dieser hier verwendete Magnetmodultyp besteht aus einzelnen Teilmagneten, damit er angesteuert von einem Stromrichter, ein aufgerolltes lineares Drehfeld und somit eine magnetische Wanderwelle erzeugen kann. Bedingt durch die Positionierung und Ausrichtung der Magnetmodule am Hubgerüst des Flurförderfahrzeuges verläuft die Wanderwelle horizontal.
Wenn das Hubgerüst eines Flurförderfahrzeuges nach oben ausgefahren an einen Lagerplatz herangefahren ist, pendelt das Hubgerüst horizontal und somit parallel zu den Hochregallagern. Dies liegt unter anderem an dem Aspekt, dass kurz vorher der Heranfahrvorgang an den Lagerplatz, im Gang parallel zu dem Hochregallager stattgefunden hat. Dieser Pendelvorgang erfordert eine Verweilzeit, bis er abgeklungen ist und das Hubgerüst ruhig steht, sodass anschließend der Gabelträger mit den Gabelzinken zum Ent- oder Beladen ausgefahren werden kann.
Um diese Verweilzeit nach dem Heranfahren zu reduzieren und das Hubgerüst aktiv zu stabilisieren, wird dieses Stabilisierungssystem verwendet. Anhand der Daten des Beschleunigungssensors und optional weiterer Inputdaten erzeugen die Magnetmodule gezielte magnetische richtungsabhängige Wanderwellen. Durch die Wirkung der Magnetkräfte auf das Hochregallager und/oder auf die zusätzlich am Hochregal angebrachten magnetisierbaren Materialien, entstehen Wirbelströme und somit bremsende und energieabsorbierende dämpfende Kräfte, welche durch die gezielte aktive Steuerung den Pendelprozess aktiv kompensieren und somit das Hubgerüst stabilisieren. Wenn das Hubgerüst ausreichend stabilisiert ist, können die Gabelzinken ausgefahren werden und entweder Ware aufladen oder abladen.
Hierbei ist die Wahl eines Magnetmoduls, welches eine magnetische Wanderwelle erzeugen kann, einem Magnetmodul mit einem konstanten Magnetfeld vorzuziehen, da bei Wirbelströmen die Kräfte von der relativen Magnetfeldgeschwindigkeit abhängen und mit einer magnetischen Wanderwelle eine gezielte richtungsabhängige Wirkung und Stärke durch die Steuerung dieses Systems erreicht werden kann. Bei einem konstanten Magnetfeld würden lediglich durch die Pendelbewegung Bremskräfte entstehen, sodass der Pendelprozess lediglich gedämpft werden würde und nicht aktiv abgebaut werden würde.
Weiter benötigt dieses Stabilisierungssystem für eine zuverlässige Funktionsausführung beidseitig des Flurförderfahrzeuges je mindestens ein Magnetmodul. Denn durch den Aspekt, dass hier die Magnetkräfte auf das linke und rechte Regal wirken, gleichen sich die anziehenden Magnetkräfte aus, sodass das Hubgerüst des Flurförderfahrzeuges nicht zu einem Hochregel gezogen wird. Durch das aktive Positionieren der Magnetmodule durch Stellglieder wird der Luftspalt zum jeweiligen Hochregal möglichst klein gehalten. Geringe Luftspaltdifferenzen nach links und rechts, zwischen dem jeweiligen Magnetmodul und dem jeweiligen Hochregal, können durch eine Steuerung der Stromstärke und der Wanderfeldgeschwindigkeit kompensiert werden.
Alternativ ist dieses Stabilisierungssystem auch möglich, wenn nur auf einer Seite mindestens ein Magnetmodul vorhanden oder aktiv ist. Hierbei muss jedoch das Flurförderfahrzeug konstruktiv so beschaffen sein, dass der seitliche Kippwinkel durch die Magnetkraft möglichst klein ist.
Zur genaueren Steuerung kann die Steuereinheit des Stabilisierungssystems die aktive wirbelstrombasierte Stabilisierung besser steuern, indem sie zusätzliche Inputdaten vom Flurförderfahrzeug erhält. Diese Inputdaten sind beispielsweise das aktuelle Gewicht der Ladung und/oder Informationen zum aktuellen Betriebszustand.
Optional kann dieses wirbelstrombasierte Stabilisierungssystem über mindestens eine Infrarottemperaturerfassungseinheit verfügen, um die Erwärmung des Hochregals und/oder der am Hochregal montierten magnetisierbaren Materialien zu erfassen, damit diese durch eine gezielte Steuerung der Magnetmodule keinen zu hohen Wärmeeintrag durch Wirbelströme erhalten.
Zusätzlich oder alternativ zu den Beschleunigungssensoren können optische Sensoren zur Erfassung der Hubgerüstpendelbewegung und somit zur Steuerung des Stabilisierungssystems verwendet werden.
Zusätzlich kann zum Ausgleich der Unwucht, während des Ladevorgangs, das hintere Magnetmodul eine Normalkraft zum rückseitig befindlichen Hochregal erzeugen.
Beschreibung der Zeichnung 1: Auf dem Boden (6) steht auf den Rädern (5) der Fahrzeugkasten (4) des Flurförderfahrzeuges. Vorne am Fahrzeugkasten (4) befindet sich das Hubgerüst (1). Wie üblich befindet sich an dem Hubgerüst (1) der Gabelträger (2) und an diesem die Gabelzinken (3). Für das wirbelstrombasierte Stabilisierungssystem befindet sich am Hubgerüst (1) mindestens ein Beschleunigungssensor (12). Weiter befinden sich am Hubgerüst (1) noch die Magnetmodule (11), welche vom Stromrichter (13) versorgt und mit der Steuereinheit (14) gesteuert werden.
Beschreibung der Zeichnung 2: Auf dem Boden (6) steht auf den Rädern (5) der Fahrzeugkasten (4) des Flurförderfahrzeuges. Vorne am Fahrzeugkasten (4) befindet sich das Hubgerüst (1). Wie üblich befindet sich an dem Hubgerüst (1), der Gabelträger (2) und an diesem die Gabelzinken (3). Für das wirbelstrombasierte Stabilisierungssystem befindet sich am Hubgerüst (1) mindestens ein Beschleunigungssensor (12). Weiter befinden sich am Hubgerüst (1) noch die Magnetmodule (11). Wie hier deutlich wird, sind die Magnetmodule (11) so positioniert, dass ein Magnetmodul (11) zum Hochregal in Fahrtrichtung rechts (21) und ein weiteres Magnetmodul (11) zum Hochregal in Fahrtrichtung links (22) ausgerichtet ist, sodass die Magnetmodule (11), durch deren Magnetkrafterzeugung je eine wirkende Kraft zum jeweiligen Hochregal (21, 22) erzeugen können.
Beschreibung der Zeichnung 3: Vorne am Fahrzeugkasten (4) befindet sich das Hubgerüst (1). Wie üblich befindet sich an dem Hubgerüst (1) der Gabelträger (2) und an diesem die Gabelzinken (3). Für das wirbelstrombasierte Stabilisierungssystem befindet sich am Hubgerüst (1) mindestens ein Beschleunigungssensor (12). Weiter befinden sich am Hubgerüst (1) noch die Magnetmodule (11). Wie hier deutlich wird, sind die Magnetmodule (11) so positioniert, dass ein Magnetmodul (11) zum Hochregal in Fahrtrichtung rechts (21) und ein weiteres Magnetmodul (11) zum Hochregal in Fahrtrichtung links (22) ausgerichtet ist, sodass die Magnetmodule (11), durch deren Magnetkrafterzeugung je eine wirkende Kraft zum jeweiligen Hochregal (21, 22) erzeugen können.
Bezugszeichenliste für Zeichnung 1 bis 4:

1:: Hubgerüst
2:: Gabelträger
3:: Gabelzinken
4:: Fahrzeugkasten
5:: Räder
6:: Boden
11:: Magnetmodul (optional zusätzlich am Hubgerüst aktiv positionierbar)
12:: Beschleunigungssensor
13:: Stromrichter
14:: Steuereinheit
21:: Hochregal (Fahrtrichtung rechts)
22:: Hochregal (Fahrtrichtung links)
41:: Eisenkern des Magnetmoduls
42:: Wicklung Phase -U des Magnetmoduls
43:: Wicklung Phase +W des Magnetmoduls
44:: Wicklung Phase -V des Magnetmoduls
45:: Wicklung Phase +U des Magnetmoduls
46:: Wicklung Phase -W des Magnetmoduls
47:: Wicklung Phase +V des Magnetmoduls

Beschreibung Zeichnung 1: Flurförderfahrzeug mit integriertem Stabilisierungssystem
Beschreibung Zeichnung 2: Flurförderfahrzeug mit integriertem Stabilisierungssystem im Gang zwischen zwei Hochregalen aus der Gangperspektive
Beschreibung Zeichnung 3: Flurförderfahrzeug mit integriertem Stabilisierungssystem im Gang zwischen zwei Hochregalen aus der Draufsicht
Beschreibung Zeichnung 4: Ausschnittsdarstellung zur Veranschaulichung des Magnetmoduls zur Erzeugung einer Wanderwelle

Claims

Wirbelstrombasiertes aktiv gesteuertes Stabilisierungssystem, das an einem Flurförderfahrzeug installiert ist, wobei dieses System aus mindestens zwei Magnetmodulen, welche von Stromrichtern versorgt werden, sowie mindestens einem Beschleunigungssensor, sowie mindestens einer Steuereinheit besteht und dass die Magnetmodule, hinsichtlich der räumlichen Position am Hubgerüst, einzeln eingestellt werden und mindestens ein Magnetmodul, im schmalen Gang des Hochregallagers, auf das Hochregal, vom Fahrzeug links wirkt und mindestens ein Magnetmodul, im schmalen Gang des Hochregallagers, auf das Hochregal, vom Fahrzeug rechts wirkt und alle Magnetmodule eine, hinsichtlich der Stärke und Geschwindigkeit, einstellbare magnetische Wanderwelle erzeugen, welche von Stromrichtern erzeugt werden und mit seiner Steuereinheit, basierend auf Daten des Beschleunigungssensors, sowie Inputdaten des Flurförderfahrzeuges, die magnetischen Wanderwellen der Magnetmodule so steuert, dass diese magnetischen Kräfte, durch die Wirkung auf die an den Hochregalen befindlichen magnetisierbaren Materialien, wirkende Magnetkräfte sowie Wirbelströme erzeugen, um das Pendeln des Hubgerüstes zu dämpfen sowie Abzubauen, sodass das Hubgerüst, sowie die ggf. vorhandene Ladung, des Flurförderfahrzeuges schneller in eine stabile pendelfreie Lage gebracht wird, um die Wartezeit bis zum Entladen bzw. Beladen nach dem Heranfahren an den Lagerplatz zu reduzieren.
Wirbelstrombasiertes aktiv gesteuertes Stabilisierungssystem nach Anspruch 1, wobei die Magnetmodule durch eine Untergliederung in einzelne Teilmagnete neben einem statischen Magnetfeld, speziell angesteuert durch den jeweiligen Pulswechselrichter, gezielte magnetische Wanderwellen erzeugen, um somit durch eine magnetische Relativbewegung gegenüber dem Hochregal eine aktive magnetische berührungslose Stabilisierung des Hubgerüstes, inklusive Ladung, zu erzeugen, wobei die Hochregale optional zusätzlich mit magnetisierbaren Materialien versehen werden, damit die magnetische Kraftübertragung, sowie die thermische Energieaufnahmefähigkeit zum Puffern, der durch die Wirbelströme erzeugte Wärmeenergie, verbessert wird.
Wirbelstrombasiertes aktiv gesteuertes Stabilisierungssystem nach Anspruch 1 und 2, wobei die Magnetmodule mechanisch durch Stellglieder, hinsichtlich Ihrer Position am Hubgerüst durch die Steuereinheit so durch Stellglieder eingestellt werden, dass die Magnetmodule relativ zum Hochregal so positioniert sind, dass sie ihre magnetische Wirkung durch die Nähe zu magnetisierbaren Materialien, sowie durch einen geringen Luftspalt entfalten.
Wirbelstrombasiertes aktiv gesteuertes Stabilisierungssystem nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Beschleunigungssensor, welcher sich bevorzugt am Hubgerüst des Flurförderfahrzeuges befindet, zur Erfassung der Pendelbewegung verwendet wird, wobei aber auch, neben optionalen weiteren Beschleunigungssensoren am Hubgerüst, an anderen Stellen des Flurförderfahrzeuges Beschleunigungssensoren verbaut werden können, wenn diese zur aktiven Steuerung der Magnetmodule vorteilhaft sind.
Wirbelstrombasiertes aktiv gesteuertes Stabilisierungssystem nach Anspruch 1, wobei zusätzlich oder alternativ, zur Erfassung der Hubgerüstpendelbewegung, sowie zur Positionserfassung, optische Sensoreinrichtungen und/oder Radarsysteme und/oder Ultraschallsensoren zur Steuerung verwendet werden.
Wirbelstrombasiertes aktiv gesteuertes Stabilisierungssystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit zur besseren Steuerung des Stabilisierungssystems zusätzliche Inputdaten erhält und/oder Informationen kommuniziert.
Wirbelstrombasiertes aktiv gesteuertes Stabilisierungssystem nach Anspruch 1, wobei mit mindestens einer Infrarottemperaturmesseinheit die Temperatur der Hochregale und/oder der magnetisierbaren am Hochregal angebrachten Materialien erfasst wird und anhand der Temperaturen die Steuerung dieses Stabilisierungssystems beeinflusst wird, sodass keine kritischen Temperaturen entstehen.
Wirbelstrombasiertes aktiv gesteuertes Stabilisierungssystem nach Anspruch 1 bis 7, wobei dieses Stabilisierungssystem auch umgesetzt werden kann, indem nur auf einer Fahrzeugseite eine Magnetkraft erzeugt wird und/oder nur einseitig mindestens ein Magnetmodul installiert ist.