DE19508346C1 - Verfahren zur Bestimmung der Hubhöhe eines höhenverstellbaren Lastaufnahmemittels eines Flurförderzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestim­ mung der Hubhöhe eines höhenverstellbaren Lastaufnahme­ mittels eines Flurförderzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In vielen Fällen ist erforderlich, die Hubhöhe des Last­ aufnahmemittels eines Flurförderzeugs festzustellen, um daraus Steuersignale abzuleiten. Ist das Lastaufnahmemit­ tel angehoben, wird naturgemäß die Standsicherheit des Fahrzeugs verringert. So muß zum Beispiel die Höchstge­ schwindigkeit eines Flurförderzeugs in Abhängigkeit von der Hubhöhe begrenzt werden. Es ist auch bekannt, ab einer bestimmten Hubhöhe den Lenkwinkel zu begrenzen.

Radarmunterstützte Flurförderzeuge werden zur besseren Ma­ növrierfähigkeit auf unebenem Boden mit höhenverstellbaren Radarmen ausgestattet. Die Höhenverstellbarkeit der Rad­ arme beschränkt sich auf zwei Positionen, nämlich auf einen abgesenkten und einen um einen bestimmten Betrag an­ gehobenen Zustand. Bei angehobenen Radarmen ist indessen die Standsicherheit eingeschränkt. Es ist daher auch be­ kannt, bei einer Mindesthubhöhe des Lastaufnahmemittels das Fahrzeug bzw. die Radarme abzusenken, um die Stand­ sicherheit zu erhöhen.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der GB 1 210 349 bekanntgeworden. Das Umlenkseil bzw. die Kette für das durch einen Hubzylinder anhebbare Lastaufnahmeteil ist um ein Rad herumgeschlungen, dessen Umdrehungen gemes­ sen werden zur Anzeige der Hubhöhe des verstellbaren Last­ aufnahmemittels. Eine Hubhöhenmeßvorrichtung ist auch aus der DE 31 40 795 bekanntgeworden, bei der mit dem Lastauf­ nahmemittel ein Seil verbunden ist, das auf einer feder­ vorgespannten Trommel aufgewickelt ist. Die Umdrehung der Trommel wird mit Hilfe eines inkrementalen Winkelschritt­ gebers gemessen zwecks Anzeige der Hubhöhe. Bei dieser Vorrichtung ist auch bekannt, eine Korrektur der Meßwerte vorzusehen. Beiden Verfahren bzw. Vorrichtungen ist ge­ meinsam, daß für die Hubhöhenmessung separate Vorkehrungen vorgesehen werden müssen.

Aus der DE 43 06 680 ist bekanntgeworden, den Füllstand des Hydraulikmediums in einem Hydraulikreservoir für die Hydraulikpumpe zu messen, die den Hubzylinder für das Lastaufnahmemittel speist. Hierbei wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß die Menge benötigten Hydraulikmediums proportional dem Hubweg des Lastaufnahmemittels darstellt. Dies gilt naturgemäß nur dort, wo das Lastaufnahmemittel mit Hilfe eines oder mehrerer Hubzylinder betätigt wird. Dies gilt nicht in den Fällen, in denen das Lastaufnahme­ mittel von einem hydraulischen oder elektrischen Motor an­ getrieben ist. Schließlich gilt es auch nur für solche Fälle, in denen aus dem Hydraulikreservoir lediglich der Hubzylinder für das Lastaufnahmemittel gespeist wird und nicht andere hydraulische Verbraucher. Werden auch hydrau­ lische Nebenfunktionen versorgt, läßt sich eine annähernd genaue Hubhöhenmessung auf diese Weise nicht mehr reali­ sieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Hubhöhe eines höhenverstellbaren Last­ aufnahmemittels eines Flurförderzeugs zu schaffen, das besonders einfach durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, daß üblicher­ weise die Hydraulikpumpe zur Versorgung des Hubzylinders für das Lastaufnahmemittel von einem Elektromotor ange­ trieben ist und der Elektromotor von einer elektronischen Steuerung oder Regelung betrieben wird. Diese impliziert in den meisten Fällen auch eine Erfassung der Drehzahl des Elektromotors und damit auch der Hydraulikpumpe. Erfin­ dungsgemäß werden nun die Umdrehungen der Hydraulikpumpe in der einen oder anderen Drehrichtung inkrementiert bzw. dekrementiert. Hierzu wird z. B. ein inkrementaler Geber verwendet. Alternativ kann auch ein analoger Geber verwen­ det werden, z. B. ein Tachogenerator. Wesentlich ist, daß eine entsprechende Summation und Subtraktion der Umdrehun­ gen erfolgt, um die jeweilige Hubhöhe zu bestimmen. Die Anzahl der Umdrehungen in der einen Drehrichtung ist mit­ hin ein Maß dafür, wie weit der Hubzylinder angehoben bzw. abgesenkt worden ist. Zur quantitativen Erfassung der Hub­ höhe ist der Gesamtwirkungsgrad zu berücksichtigen. Er ist von einigen z. T. sich verändernden Größen des Hubsystems abhängig. Hierzu gehört insbesondere das spezifische För­ dervolumen der Hydraulikpumpe, d. h. das Fördervolumen pro Umdrehung sowie ihr volumetrischer Wirkungsgrad. Hierzu gehört ferner die Berücksichtigung der wirksamen Zylinder­ fläche des Hubzylinders. Die genannten Größen sind jedoch spezifisch für ein gegebenes Förderzeug und können daher als Konstanten in den Rechner eingegeben werden. Der Rech­ ner errechnet mithin die Hubhöhe aus nachfolgender Glei­ chung:

h = (Qp/A) · K · n · t · η + c

wobei h die Hubhöhe, Qp das Fördervolumen der Pumpe pro Umdrehung, A die wirksame Zylinderfläche, t die Zeit, K die Übersetzung im Hubgerüst, n die Drehzahl, η der volu­ metrische Wirkungsgrad der Pumpe und c der Anfangswert von h ist.

Die Größe K wird wirksam, wenn der Hubzylinder nicht un­ mittelbar auf das Lastaufnahmemittel wirkt, sondern mit­ telbar, beispielsweise über eine Kettenumlenkung. Hierbei muß naturgemäß ein Übersetzungsfaktor berücksichtigt wer­ den.

Aus den Erläuterungen wird bereits deutlich, daß zusätz­ liche konstruktive bzw. apparative Mittel für die Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforder­ lich sind. Ein Prozeßrechner ist ohnehin bei elektronisch gesteuerten Hydraulikversorgungen derartiger Förderzeuge vorhanden. Es ist daher lediglich erforderlich, im Prozeß­ rechner die Umdrehungen z. B. zu inkrementieren bzw. dekre­ mentieren, wobei mit Hilfe des Drehzahlmessers auch die Drehrichtung ermittelt werden muß. Wie schon erwähnt, kön­ nen die fahrzeugspezifischen, die Umsetzung einer Umdrehung der Hydraulikpumpe in einem Zylinderhub bestimmenden Größen als konstant in den Prozeßrechner eingegeben werden.

In Kenntnis der Tatsache, daß der volumetrische Wirkungs­ grade einer Hydraulikpumpe im strengen Sinn keine Kon­ stante ist, werden nach einer Ausgestaltung der Erfindung zur Korrektur des volumetrischen Wirkungsgrades im Rechner die Kennlinien für die Abhängigkeit des volumetrischen Wirkungsgrades der Hydraulikpumpe von der Temperatur und/ oder der Viskosität der Hydraulikflüssigkeit und/oder der Pumpendrehzahl und/ oder der Drehrichtung tabellarisch abgelegt. Zur Ermittlung der einzelnen Einflußgrößen kön­ nen entsprechende Sensoren vorgesehen werden, welche ent­ sprechende Signale erzeugen, wobei die Viskosität wiederum von der Temperatur abhängig ist. Die Pumpendrehzahl wird ohnehin ermittelt.

Der volumetrische Wirkungsgrad kann darüber hinaus auch von dem Systemdruck abhängig sein. Daher wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Systemdruck ge­ messen und zur Korrektur des volumetrischen Wirkungsgrades die Abhängigkeit vom Druck im Rechner tabellarisch gespei­ chert.

Bei Hubgerüsten mit mehreren Mastschüssen ändert sich die wirksame Zylinderfläche in vielen Fällen. Daher kann die­ ser Übergang von zum Beispiel einem Schalter gemessen wer­ den, beispielsweise der Übergang zwischen Freihub und Masthub. Im Prozeßrechner wird dann die entsprechend wirk­ same Zylinderfläche bei der Ermittlung der Hubhöhe berück­ sichtigt.

Es ist nicht auszuschließen, daß trotz der beschriebenen Berechnungsvorgänge Fehler entstehen, die sich sogar zu­ nehmend verändern können. Um eine ständige Korrektur zu erzielen, ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung zur Bestimmung einer vorgegebenen Position, z. B. der Nullposi­ tion vom Lastaufnahmemittel ein Schalter zu betätigen. Der Zähler, der im Prozeßrechner die Hubhöhe angibt, wird bei Erreichen der Nullposition, in der ein Signal vom Schalter abgegeben wird, entsprechend zurückgesetzt, so daß bei jedem Erreichen der Nullposition die Ermittlung der Hub­ höhe erneut beginnt. Es ist auch denkbar, ein Servicesig­ nal oder dergleichen zu erzeugen, wenn die Abweichung der jeweils errechneten Hubhöhe von der tatsächlichen Hubhöhe einen bestimmten Wert überschreitet, damit eine Fehlüber­ prüfung vorgenommen wird, um die Hubhöhenmessung in ihrer Genauigkeit einzustellen.

Als weiterer Referenzpunkt für die Hubhöhenmessung kann der Übergang zwischen Frei- und Masthub dienen. Es kann ein entsprechender Schalter vorgesehen werden, der diesen Übergang ermittelt und an den Prozeßrechner weitergibt.

Alternativ kann der Gesamtwirkungsgrad des Hubsystems im Rechner ständig selbsttätig zwischen Initialisierungspunk­ ten, die das Lastaufnahmemittel anfährt und entsprechend sensiert werden, errechnet werden. Bei Inbetriebnahme wird zunächst ein Defaultwert in den Rechner gegeben, der an den Initialisierungspunkten, deren Höhenwert bekannt ist, überprüft und korrigiert wird, bis der Fehler gegen Null geht. Durch dieses Verfahren ist gewährleistet, daß der Wirkungsgrad des Hubsystems unabhängig von den Betriebsbe­ dingen stets mit größtmöglicher Genauigkeit bestimmbar ist.

Eine Bezugsposition für die Justierung ist, wie erwähnt, der Übergang einer ersten wirksamen Kolbenfläche auf eine andere (z. B. Freihub-Masthub). Diese kann über den dabei entstehenden Momentensprung erfaßt werden. Er manifestiert sich in einem äquivalenten Anstieg oder Abfall der Strom­ aufnahme des die Hydraulikpumpe antreibenden Elektromotors, die einfach zu messen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.

Eine hydraulische Konstantpumpe 10, zum Beispiel eine Zahnradpumpe, speist über ein Lasthalteventil 12 und eine nicht näher spezifizierte Ventilanordnung 14 einen Hubzy­ linder 16 eines Flurförderzeugs. Der Hubzylinder kann durch zwei oder mehr verschiedene Hubzylinder unterschied­ licher Wirkungsfläche ersetzt sein.

Die Hydraulikflüssigkeit befindet sich in einem Reservoir 18, über das sie über ein Überdruckventil 20 und ein Fil­ ter 22 zurückgeführt wird, wenn der Druck in der Leitung 24 zwischen Zylinder 16 und Pumpe 10 einen voreingestell­ ten Wert überschreitet.

Die Pumpe 10 wird von einem Elektromotor 26 angetrieben, der ein Gleichstromnebenschlußmotor oder auch ein Asynchro­ motor sein kann. Er wird von einer elektronischen Steue­ rung 28 in herkömmlicher Weise gesteuert, wobei je nach Betrieb der Motor 26 auch als Generator arbeitet, d. h. in erster Linie im Senkbetrieb.

Mit dem Motor 26 ist ein Drehzahlgeber 30 gekoppelt, der als inkrementaler Geber ausgeführt ist. In der praktischen Ausführung kann der inkrementale Geber in ein Lager des Motors 26 integriert werden. Es versteht sich, daß belie­ bige optische, kapazitive oder elektrodynamische Geber verwendet werden können. Die Signale des Gebers 30 gelan­ gen auf einen Rechner 32. Dieser erhält ein Drucksignal von einem Drucksensor 34, ein Wirkungsgradsignal von einem Wirkungsgradgeber 36, entsprechend dem volumetrischen Wir­ kungsgrad der Pumpe 10. Ein Temperaturgeber 38 gibt ein Temperatursignal auf den Rechner 32, ein erster Schalter 40, der die Nullposition des Lastaufnahmemittels angibt, das vom Hydraulikzylinder 16 angehoben bzw. abgesenkt wird, ein zweiter Schalter 42 gibt ein Referenzsignal auf den Rechner 32, und ein Geber 44 gibt ein Signal auf den Rech­ ner 32, der die wirksame Zylinderfläche des jeweils einge­ setzten Hubzylinders wiedergibt. Der Geber 42 kann eben­ falls von einem Schalter gebildet sein, der den Übergang des Hubmastes des Förderzeugs vom Freihub in den Masthub feststellt und indiziert. Es bleibt noch nachzutragen, daß der inkrementale Geber 30 außerdem ein Vorzeichensignal erzeugt, je nach dem Drehsinn des Motors 26.

Im Hebenbetrieb erhält die Steuerung 28 über ein Potentio­ meter (nicht gezeigt), das mit einem Bedienhebel mecha­ nisch gekoppelt ist (ebenfalls nicht gezeigt), einen Soll­ wert vorgegeben. Die Steuerung 28 berechnet aus diesem Sollwert die Stellgröße für den Motor 26 und gibt über eine Pulsweitenmodulation eine elektrische Spannung aus. Die Drehzahl des Elektromotors 26 stellt sich dann in Ab­ hängigkeit von dem Lastdruck an der Pumpe 10 ein. Sowie der Motor 26 anläuft, wird über den Drehzahlsensor 30 eine definierte Anzahl von elektrischen Impulsen pro Umdrehung an den Rechner 32 übermittelt. Aufgrund der eingegebenen Signale, die wiederum von anderen Größen abhängig sind, ermittelt der Rechner 32 einen jeweiligen Algorithmus, mit dem die Impulse über die Zeit integriert werden. Dadurch wird das spezifische Pumpenfördervolumen und damit die aktuelle Hubhöhe berechnet. Wie schon weiter oben ange­ merkt, ist der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe von verschiedenen Faktoren abhängig, nämlich von der Tempera­ tur bzw. der Viskosität der Hydraulikflüssigkeit, von der Pumpendrehzahl und der Drehrichtung. Die entsprechenden Kennlinien sind im Rechner 32 tabellarisch abgelegt und werden bei der Berechnung der Hubhöhe berücksichtigt. Über den Schalter 42 wird ein Signal erzeugt, wenn sich die wirksame Zylinderfläche ändert. Die wirksame Zylinderflä­ che wird über den Geber 44 eingegeben.

Um eine selbsttätige Nullpunktsabgleichung vornehmen zu können, ist der Schalter 40 vorgesehen, der die Nullposi­ tion des Lastaufnahmemittels angibt. Falls ein Signal vom Schalter 40 auf den Rechner 32 gegeben wird, kann die je­ weils ermittelte Hubhöhe auf Null gesetzt werden, um zwi­ schendurch eingetretene Fehler zu korrigieren. Das gleiche kann mit Hilfe des Gebers 42 geschehen. Der Übergang zwi­ schen Freihub und Masthub ist wiederkehrend in der glei­ chen Position des Lastaufnahmemittels.

Beim Senken des Hubzylinders 16 wird ebenfalls durch den Bedienhebel gesteuert, der mit dem Potentiometer verbunden ist, ein Senken-Sollwert für die Steuerung 28 erzeugt und dieser erzeugt eine Stellgröße für den Elektromotor 26, die in diesem Betriebsfall als Generator arbeitet. Die Pumpe 10 arbeitet als Hydraulikmotor. Gleichzeitig wird das Lasthalteventil 12 aufgeschaltet und die Last wird ab­ gesenkt. In diesem Fall sind die Signale vom Drehzahlgeber 30 mit entgegengesetzten Vorzeichen versehen, so daß sie im Rechner dekrementiert werden, um wiederum die Hubhöhe in der oben beschriebenen Weise zu ermitteln.

Claims (9)

1. Verfahren zur Bestimmung der Hubhöhe eines höhenver­ stellbaren Lastaufnahmemittels eines Flurförderzeugs, wobei das Lastaufnahmemittel von einem von einer Hy­ draulikpumpe gespeisten Hydraulikzylinder betätigbar und die Hydraulikpumpe von einem Motor, vorzugsweise einem Elektromotor, angetrieben ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß von einer vorgegebenen Position des Last­ aufnahmemittels ausgehend die Umdrehungen der Hydrau­ likpumpe in der einen Drehrichtung inkrementiert und in der entgegengesetzten Drehrichtung dekrementiert werden und aus der jeweiligen Anzahl der Umdrehungen und dem spezifischen Fördervolumen und dem volumetri­ schen Wirkungsgrad der Hydraulikpumpe, der wirksamen Zylinderfläche des Hydraulikzylinders und der Tempera­ tur mit Hilfe eines Rechners die jeweilige Hubhöhe er­ rechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur des volumetrischen Wirkungsgrades im Rechner die Kennlinien für die Abhängigkeit des volu­ metrischen Wirkungsgrads der Hydraulikpumpe von der Temperatur und/oder der Viskosität der Hydraulikflüs­ sigkeit und/oder der Pumpendrehzahl und/oder der Dreh­ richtung tabellarisch abgelegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Systemdruck gemessen und zur Korrektur des volume­ trischen Wirkungsgrads die Abhängigkeit vom Druck im Rechner tabellarisch gespeichert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mit Hilfe eines Schalters der Über­ gang eines Hubgerüstes mit mehreren Mastschüssen vom Freihub in den Masthub gemessen und zur Korrektur der wirksamen Zylinderfläche verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die vorgegebene Position die Nullpo­ sition des Lastaufnahmemittels ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Bestimmung der vorgegebenen Posi­ tion vom Lastaufnahmemittel ein Schalter betätigt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom Freihub in den Masthub sensiert und zur Selbstjustierung der Hubhö­ henmessung verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentensprung bei sich ändernden wirksamen Kolbenflächen sensiert und zur Selbstjustierung der Hubhöhenmessung verwendet wird.

9. Verfahren zur Bestimmung der Hubhöhe eines höhenver­ stellbaren Lastaufnahmemittels eines Flurförderzeugs, wobei das Lastaufnahmemittel von einem von einer Hy­ draulikpumpe gespeisten Hydraulikzylinder betätigbar und die Hydraulikpumpe von einem Motor, vorzugsweise einem Elektromotor, angetrieben ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß von einer vorgegebenen Position des Last­ aufnahmemittels ausgehend die Umdrehungen der Hydrau­ likpumpe in der einen Drehrichtung inkrementiert und in der entgegengesetzten Drehrichtung dekrementiert werden und aus der jeweiligen Anzahl der Umdrehungen und aus dem das spezifische Fördervolumen und den volumetri­ schen Wirkungsgrad der Hydraulikpumpe sowie die wirk­ same Zylinderfläche des Hydraulikzylinders und die Tem­ peratur repräsentierenden Gesamtwirkungsgrad mit Hilfe eines Rechners die jeweilige Hubhöhe errechnet wird in der Weise, daß der Gesamtwirkungsgrad durch Fehlermini­ mierung errechnet wird, indem ein beliebiger Wirkungs­ gradwert vorgegeben und die errechnete Hubhöhe vergli­ chen wird mit den Hubhöhenwerten weiterer bekannter Hubhöhenpunkte, die bei Verstellung des Lastaufnahme­ mittels sensiert werden.