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Die Erfindung geht aus von einer Lenkungsanordnung für ein Flurförderfahrzeug und einem Verfahren zum Betreiben einer solchen Lenkungsanordnung nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
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Die Lenkungsanordnung für ein Flurförderfahrzeug bzw. das Verfahren zum Betreiben dieser Lenkungsanordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben den Vorteil, dass der wenigstens eine Riemen der Lenkungsanordnung von einer verschleißfrei arbeitenden Sensorik hinsichtlich seiner mechanischen Spannung überwacht wird, so dass ein Mangel des Riemens frühzeitig erkannt werden und Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. Dafür erzeugt die Auswerteeinrichtung ein Ausgangssignal, das den Zustand des Riemens kennzeichnet.
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Der Einsatz einer verschließfrei arbeitenden Sensorik ermöglicht einen wartungsfreien Betrieb dieser Sensorik und erhöht damit die Lebensdauer der Anordnung und erleichtert den Betrieb.
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Daher wird eine Lenkungsanordnung für ein Flurförderfahrzeug mit wenigstens einem Riemen vorgeschlagen, wobei der Riemen ein Motordrehmoment von einem Elektromotor auf eine Spindel und eine Kugelumlaufmutter für eine Lenkbewegung überträgt, wobei eine Spannung des wenigstens einen Riemens durch eine verschleißfrei arbeitende Sensorik erfasst wird, wobei eine Auswerteeinheit in Abhängigkeit von einem die Spannung kennzeichnenden Sensorwert ausgegeben von der Sensorik ein Ausgabesignal erzeugt.
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Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkanordnung für ein Flurförderfahrzeug mit folgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen: Übertragen von einem Motordrehmoments von einem Elektromotor mit wenigstens einem Riemen auf eine Spindel und eine Kegelumlaufmutter für eine Lenkbewegung, Erfassen einer Spannung des wenigstens einen Riemens durch eine verschleißfrei arbeitende Sensorik, wobei eine Auswerteeinheit in Abhängigkeit von einem die Spannung kennzeichnenden Sensorwert ausgegeben von der Sensorik ein Ausgabesignal erzeugt Unter der Lenkungsanordnung wird eine Lenkung verstanden, die vorliegend zumindest einen Riemen aufweist, der das Motordrehmoment überträgt, um die Lenkbewegung umzusetzen. Dabei wird das Motordrehmoment auf eine Spindel übertragen, die wiederum mit einer Kegelumlaufmutter in Verbindung steht, so dass dann über weitere mechanische Bauelemente diese Bewegung letztlich die Räder bewegt. Die Lenkungsanordnung weist jedoch weiterhin den Elektromotor sowie eine Auswerteeinrichtung und die Sensorik auf. Weitere Elemente, die nicht zur Definition der Erfindung notwendig sind, kann die Lenkungsanordnung aufweisen.
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Unter einem Flurförderfahrzeug oder Flurförderzeug wird ein frei lenkbares Fahrzeug verstanden, dass innerbetrieblich zur Beförderung von Lasten mit Rädern auf einer Flur beweglich ausgebildet ist. Dazu gehören Gabelstapler, aber auch andere Stapler oder Lastenbeförderungsmittel im Containerbereich. Aber auch andere Fahrzeuge können darunter verstanden werden.
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Der Riemen ist ein in sich geschlossenes, flexibles Band zur Kraftübertragung, vorliegend des Motordrehmoments. Es können unterschiedliche Materialien für das Band verwendet werden.
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Ein Elektromotor ist ein Wandler, der elektrische Energie in mechanische Energie umsetzt. Dabei wird die mechanische Energie über eine Welle als ein Drehmoment abgegeben. Über diese Welle ist der Riemen direkt oder indirekt gezogen. Es können alle möglichen Elektromotoren für den vorliegenden Zweck verwendet werden.
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Die Spindel ist vorliegend ein Maschinenelement, das zusammen mit anderen Elementen eine drehende Bewegung in eine translatorische Bewegung umwandelt. Das andere Element ist vorliegend die Kegelumlaufmutter.
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Die Spindelmutter eines Kugelgewindetriebes, auch Kugelumlaufmutter genannt, besteht aus einem Mutterkörper mit eingearbeiteten Kugelumläufen, einem Kugelrückführkanal und sogenannten Rückführhülsen (Tubes), die je nach Modell aus Stahl oder Kunststoff gefertigt sind und deren Befestigung an der Mutter variieren kann. Die Spindel und die Kugelumlaufmutter sind aufeinander abgestimmt.
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Unter der Lenkbewegung wird die Bewegung verstanden, die letztlich die gewünschte Drehung der lenkbaren Räder des Flurförderfahrzeugs bewirkt.
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Die Spannung des Riemens bezeichnet die mechanische Spannung, unter der das in sich geschlossen Band steht.
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Die verschleißfrei arbeitende Sensorik ist dazu eingerichtet, diese mechanische Spannung zu erfassen. Gemäß den abhängigen Ansprüchen wird sie weiter definiert. Unter verschleißfrei wird vorliegend verstanden, dass sich bei der Sensorik nichts verbraucht, was ggfs. für den weiteren Betrieb ersetzt werden müsste.
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Die Auswerteeinheit weist Mittel auf, um den Sensorwert zu verarbeiten und insbesondere auszuwerten. Der Sensorwert kann ein Messwert der Sensorik darstellen oder bereits ein weiter verarbeiteter Messwert, der bspw. gefiltert oder anderweitig weiterverarbeitet wurde. Der Sensorwert wird dann von der Auswerteeinheit daraufhin geprüft, ob die mechanische Spannung des Riemens noch innerhalb vorgegebener Grenzen liegt, also zumindest nicht zu schlaff, eventuell wird auch eine zu hohe Spannung geprüft. Die Auswerteeinheit kann in einem Controller integriert sein, der die Lenkungsanordnung steuert, mithin das Steuergerät der Lenkung darstellt. Dieser Controller kann noch weitere Aufgaben wahrnehmen. Dabei kann der Controller wenigstens einen Mikrocontroller, einen Mikroprozessor oder Grafikprozessoren oder eine Kombination daraus aufweisen. Die Auswerteeinheit kann dabei selbst nur einen Teil der Software darstellen, die auf dem Controller läuft, oder aber auch als Hardware ausgebildet sein. Die Auswerteinheit kann jedoch auch selbst als eigenes Gerät mit eigenem Gehäuse ausgebildet sein.
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Das Ausgangssignal stellt die Reaktion der Anordnung auf die Auswertung des Sensorwerts durch die Auswerteeinheit dar. Es wird näher in den abhängigen Ansprüchen definiert, die eine gestaffelte Reaktion bspw. vorsehen. Ist die Spannung des Riemens jedoch in Ordnung, dann kann kein Ausgangssignal erzeugt werden oder eines, das diesen Regelfall anzeigt. Das Ausgangssignal kann bspw. durch die Auswerteeinheit über einen CAN-Bus an andere Einheiten im Fahrzeug zur weiteren Verarbeitung versendet werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch angegeben Anordnung bzw. Verfahren dazu angegeben.
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Dabei ist es vorgesehen, dass die Sensorik die Spannung berührungslos erfasst. Dies verhindert bereits, dass irgendein Verschleiß durch die Messung auftritt. Außerdem ist bei einer solchen Sensorik kein Verändern des Riemens erforderlich.
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Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Sensorik einen Abstand zwischen der Sensorik und dem Riemen erfasst, wobei der Sensorwert in Abhängigkeit von dem Abstand erzeugt wird. Hierfür können verschiedene berührungslose Abstandsmessverfahren verwendet werden, bspw. mittels Ultraschall, Radar oder Lidar.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass der Riemen mit der Sensorik derart mechanisch verbunden ist, dass die Spannung des Riemens sich in einer durch die Sensorik erfassbare Position der mechanischen Verbindung ausdrückt, wobei der Sensorwert in Abhängigkeit von der Position erzeugt wird. Damit wird eine Anordnung vorgeschlagen, die auf eine Änderung der mechanischen Spannung des Riemens durch eine Positionsänderung reagiert. Dies kann bspw. über eine magnetische Messung realisiert werden.
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Es wird vorgeschlagen, dass der Elektromotor (EM) im Bereich einer Welle, um die der Riemen gespannt ist, eine Kraftsensorik aufweist, die die Spannung des Riemens über eine ausgeübte Kraft auf den Elektromotor (EM) durch den Riemen erfasst. Dabei ist die Spannung des Riemens über die Welle als ausgeübte Kraft auf den Elektromotor zu messen. Dafür bieten sich verschiedene Orte an, um diese Kraft zu messen. Verändert sich die Spannung registriert die Kraftsensorik die veränderte Spannung über eine veränderte Kraft. Auswertungen über der Zeit sind wiederum möglich.
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Eine einfache Möglichkeit, die Kraftsensorik zu realisieren, ist wenigstens einen Dehnmessstreifen zu verwenden. Dehnmessstreifen können einfach aufgebracht und ausgewertet werden.
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Bevorzugterweise ist die Kraftsensorik im Bereich eines A-Lagers des Elektromotors (EM) angeordnet. Das A-Lager lagert die Abtriebswelle des Elektromotors.
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Außerdem ist vorgesehen, dass dass die Auswerteeinheit mindestens einen Schwellenwertvergleicher aufweist, mit dem eine vom Sensorwert abgeleitete Größe verglichen wird. Ein solcher Schwellenwertvergleicher kann softwaremäßig und/oder hardwaremäßig ausgebildet sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Schwellenwerte fest bleiben oder in Abhängigkeit von Messgrößen geregelt werden. Damit sind dann adaptive Schwellenwerte vorgesehen.
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Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass die Auswerteeinheit in Abhängigkeit von einer jeweiligen Schwellenwertüberschreitung das Ausgabesignal erzeugt, wobei das Ausgabesignal eine Ausgabe an den Fahrer und/oder einen gesicherten Zustand des Flurförderfahrzeug bedingt, wobei der gesicherte Zustand durch eine Reduktion von Fahrmöglichkeiten des Flurförderfahrzeugs gekennzeichnet ist. Die Ausgabe an den Fahrer kann bspw. ein Hinweis sein, einen Werkstattbesuch zu vereinbaren. Der gesicherte Zustand soll die Rückkehr in eine Parkposition ermöglichen, wenn auch mit einer langsamen Geschwindigkeit, zumindest langsamer als es im normalen Fahrbetrieb möglich ist.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Auswerteeinheit anhand der Bestimmung des Abstands ein Eigenschwingverhalten des Riemens bestimmt und dieses Eigenschwingverhaltung zur Bewertung des Sensorwerts heranzieht. Damit kann dieses Eigenschwingverhalten aus der Bestimmung der mechanischen Spannung des Riemens herausgehalten werden.
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Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass die Auswerteeinheit zur Kalibrierung eingerichtet ist, indem bei wenigstens einem vorgegebenen Sensorwert die Auswerteeinheit ein Ausgabesignal erzeugt, das einen normalen Zustand der Anordnung kennzeichnet. Damit soll die Nulllage festgestellt werden, also der Zustand einer vorgegebenen mechanischen Spannung des Riemens.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen
- 1 eine erste schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung;
- 2 eine schematische Darstellung mit der berührungslosen Sensorik;
- 3 eine schematische Darstellung mit der kontaktbehafteten Sensorik;
- 4 Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens und
- 5 ein Blockschaltbild zur Auswertung mit Schwellenwertschaltern.
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1 zeigt eine erste schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung. Zwei Räder R1 und R2, die zu einem Flurfahrzeug gehören, sind über eine Achse AX miteinander verbunden. Die Achse AX ist jedoch jeweils über Lenkgelenke LG1 und 2 mit den Rädern R1 und R2 verbunden, so dass eine Bewegung dieses Lenkgelenke LG1 und 2 eine Verdrehung der Räder R1 und R2 bewirkt. Damit wird eine Lenkbewegung realisiert. Die Lenkgelenke LG1 und 2 sind über eine Kugelumlaufmutter KUM verbunden, die mit einer Spindel Sp im Wirkeingriff ist. Die Spindel Sp ist mit dem Riemen Ri umschlungen, über den das Motordrehmoment des Elektromotors EM auf die Spindel Sp übertragen wird. Die Spindel wird entsprechend über die Kugelumlaufmutter geführt, so dass die Lenkgelenke LG1 und 2 bewegt werden.
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Der Elektromotor EM wird vorliegend über drei Phasen MS mit elektrischer Energie, vorliegend mit Wechselstrom versorgt. Dieser drei Phasen MS werden vom Controller SG erzeugt, der dafür bspw. einen Wechselrichter aufweist. Über diesen Wechselstrom erfolgt auch die Ansteuerung des Elektromotors EM. Dafür ist der Controller SG mit dem Elektromotor EM so verbunden, dass der Controller SG Sensorwerte von einem Geschwindigkeitssensor am Elektromotor EM und einem Temperatursensor über die Leitung S2 erhält.
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Über die Leitung S1 erhält der Controller SG die Position des Lenkgelenks LG2, was ausreichend ist, weil die Lenkgelenke LG1 und LG2 sowieso über die Kugelumlaufmutter KUM mechanisch synchronisiert sind. Über die Leitung PS erhält der Controller SG bspw. über 48 oder 36V die elektrische Leistung für den Betrieb der Lenkungsanordnung.
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Über den CAN-Bus CAN kann der Controller SG Nachrichten mit anderen Steuergeräten oder Kommunikationsschnittstellen im Fahrzeug austauschen. Insbesondere bei einer Fehlfunktion des Riemens erfolgt die die Versendung des Ausgabesignals über den CAN-Bus CAN. Es ist möglich, alternative Übertragungsstrecken zum CAN-Bus zu verwenden.
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Über die Leitung S3 erhält der Controller SG den Lenkungswunsch des Fahrers bspw. über die Position des Lenkrads. Über die Leitung TF wird dem Fahrer ein Lenkmomentfeedback gegeben. Mit L ist die Lenkung, die der Fahrer nutzt, bezeichnet.
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Die Sensorik S erfasst erfindungsgemäß die mechanische Spannung des Riemens Ri. Dies kann kontaktfrei oder kontaktbehaftet erfolgen.
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In 2 wird kontaktfreie Sensorik S gezeigt. Die kontaktfreie Sensorik S ist dazu eingerichtet, den Abstand Ab zwischen der Sensorik S und dem Riemen Ri zu messen. Bei einem Absinken der mechanischen Spannung wird sich der Abstand Ab entsprechend ändern und kann entsprechend vom Controller SG oder der Sensorik S selbst ausgewertet werden. Wiederum sind wie in 1 die Spindel Sp mit der Kugelumlaufmutter KUM und der Elektromotor EM in der zuvor beschriebenen Weise dargestellt.
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Als Abstandsmessung können LIDAR, RADAR, eine oder mehrere Kameras oder Ultraschall verwendet werden. Dabei ist eine Kalibrierung auf einen Normalzustand notwendig.
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3 zeigt eine schematische Darstellung der kontaktbehafteten Sensorik S. Dabei ist die Sensorik S nunmehr über ein Laufrad LR und weitere Verbindungsmittel mit der Sensorik S mechanisch verbunden. Dabei drückt sich eine veränderte mechanische Spannung des Riemens Ri wiederum in einer veränderten Position des Laufrads LR aus und damit in einer Kraft bzw. Bewegung 30, die von der Sensorik S aufgenommen werden kann, wenn die Verbindungsmittel bspw. steif ausgeführt sind. Es sind vorliegend alternative Messprinzipien für die veränderte Position des Laufrads LR möglich. Die übrigen Komponenten sind wie in den 1 und 2 angeordnet.
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4 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Verfahrensschritt 400 wird das Motormoment über den Riemen Ri an die Spindel Sp übertragen, um in der oben beschriebenen Weise die Lenkbewegung zu realisieren. In Verfahrensschritt 401 wird die mechanische Spannung des Riemens Ri durch die Sensorik S erfasst. In Verfahrensschritt 402 wird der Sensorwert, der die Spannung kennzeichnet, von einer Auswerteeinheit ausgewertet und in Abhängigkeit davon ein Ausgabesignal erzeugt.
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5 zeigt ein Blockschaltbild der Auswertung mit Schwellenwertschaltern. Der SW wird vom Schwellenwertschalter 50 auf einen ersten Schwellenwert hin geprüft. Im Block 51 wird das Ausgangssignal des Schwellenwertschalters 50 daraufhin untersucht, ob der erste Schwellenwert überschritten wurde. Ist das nicht der Fall, wird zum Eingang zurückgesprungen. Ist das der Fall wird in einem zweiten Schwellenwertschalter 52 geprüft, ob auch ein zweiter Schwellenwert überschritten wurde. In Block 53 wird das Ausgangssignal des Schwellenwertschalters 52 geprüft. Wurde der zweite Schwellenwert auch überschritten, kommt es in Block 54 zu Erzeugung des Ausgangssignals. Ist das nicht der Fall, wird zum Eingang zurückgesprungen.
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Es ist möglich, nur einen Schwellenwert oder mehr als zwei Schwellenwerte zu verwenden. Auch ein adaptiver Schwellenwert ist möglich. Damit wird der Sensorwert mit einer Art Mustererkennung verarbeitet.
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Dieses Verfahren läuft auf dem Controller SG ab. Dafür kann der Controller SG jede Art von Prozessoren verwenden.
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Bezugszeichenliste
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- R1, 2
- Räder
- AX
- Achse
- LG1, 2
- Lenkgelenke
- KUM
- Kugelumlaufmutter
- Sp
- Spindel
- Ri
- Riemen
- S
- Sensorik
- EM
- Elektromotor
- MS
- Wechselstromleitungen
- CAN
- CAN-Bus
- S1, 2, 3
- Sensorleitungen
- SG
- Controller
- PS
- Versorgungsleitungen
- TF
- Lenkmomentfeedbackleitung
- L
- Lenkung
- Ab
- Abstand
- L
- Laufrad
- 30
- Bewegung
- 400-402
- Verfahrensschritte
- 50-54
- Blöcke
