DE19804204A1 - Vehicle for moving loads - Google Patents

Vehicle for moving loads

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Abstract

The present invention relates to a vehicle which is intended for displacing loads and which comprises an adjustable-power internal combustion engine. In order to improve the energetic yield, the drive mechanisms are designed for recovering the energy of the displaced masses and/or the lifted masses and for storing the same in an energy accumulator. A detection and control system is also provided for recording the time curve of the required power and the available power during a first cycle comprising a series of identical and repetitive working cycles. During the following working cycles, the detection and control system adjusts the internal combustion engine according to the recorded data so that the energy accumulator has an available storage capacity which is always sufficient.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug zum Bewegen von Lasten der im Oberbe­ griff des Anspruches 1 angegebenen Art.The invention relates to a vehicle for moving loads in the Oberbe handle of claim 1 specified type.

Solche Fahrzeuge finden beispielsweise beim Umschlagen von Containern in Hafenanlagen Verwendung. Dabei werden die Container angehoben, über relativ kurze Strecken transportiert und dann wieder abgesenkt. Die Hubhöhe kann entweder so gering sein, daß der jeweilige Container gerade soweit vom Boden freikommt, daß er in horizontaler Richtung bewegt werden kann. Es werden aber auch Portalstapler, sogenannte Straddle-Carriers, oder nicht an Schienen gebundene Portalkrane verwendet, mit denen die Container nicht nur in horizontaler Richtung transportiert, sondern auch soweit angehoben werden können, daß z. B. ein dritter Container auf zwei bereits übereinander gestapelte Container von oben her aufgesetzt werden kann.Such vehicles can be found, for example, when handling containers in Port facilities use. The containers are lifted over transported relatively short distances and then lowered again. The lifting height can either be so small that the respective container just as far from The floor clears that it can be moved horizontally. It but also gantry stackers, so-called straddle carriers, or not Rail-bound gantry cranes are used with which the containers are not only transported in the horizontal direction, but also raised so far can be that z. B. a third container on top of two already stacked containers can be placed from above.

Gemeinsam ist allen diesen und ähnlichen Fahrzeugen, daß sie auch dann völlig unabhängig von irgendwelchen Stromnetzen arbeiten, wenn die zum Fahren und Heben dienenden Antriebe von Elektromotoren gebildet werden. Als Energiequelle dient im allgemeinen ein Verbrennungs-, insbesondere Die­ selmotor, der einen Stromgenerator antreibt, der die für die Antriebe erforder­ liche elektrische Energie erzeugt. Bei Fahrzeugen, bei denen die Hebevor­ gänge mit Hilfe von Hydraulikzylindern ausgeführt werden, treibt der Diesel­ motor überdies eine Hydraulikpumpe an, welche die erforderlichen Drücke er­ zeugt.What all these and similar vehicles have in common is that they also then work completely independently of any electricity network, if the to Driving and lifting serving drives are formed by electric motors. A combustion, in particular die, is generally used as the energy source selmotor that drives a power generator that requires the power for the drives generated electrical energy. For vehicles where the lifting gears are carried out with the help of hydraulic cylinders, the diesel drives engine also a hydraulic pump, which he the required pressures testifies.

Da insbesondere beim Anheben der im gefüllten Zustand mehr als 30 t schweren Container kurzzeitig ein enormer Leistungs-Spitzenbedarf auftritt, der das drei- bis vierfache des durchschnittlichen Leistungsbedarfes betragen kann, wäre es extrem unwirtschaftlich, den Dieselmotor so auszulegen, daß er diese Spitzenleistung zur Verfügung stellen kann.Because especially when lifting more than 30 t when filled heavy containers temporarily have an enormous peak demand, which are three to four times the average power requirement , it would be extremely uneconomical to design the diesel engine so that it can provide this excellence.

Es ist bekannt, statt dessen mit deutlich kleineren Dieselmotoren zu arbeiten, die in Zeiten, in denen sie nicht voll ausgelastet sind, die zur Verfügung ste­ hende Überschußleistung in einen Energiespeicher einspeisen, der von einem Hydraulik-Druckspeicher, einem Schwungradspeicher oder einem Speicher für elektrische Energie gebildet werden kann.It is known to work with significantly smaller diesel engines instead, that are available at times when they are not fully utilized Feed excess power into an energy storage device by a  Hydraulic pressure accumulator, a flywheel accumulator or an accumulator for electrical energy can be formed.

Zu Zeiten des Leistungs-Spitzenbedarfs kommt dann parallel zur Leistung des Dieselmotors auch die im Energiespeicher vorhandene Energie zum Einsatz. Um in dieser Betriebsart möglichst lange möglichst viel Energie zur Verfügung zu haben, ist es üblich, den Energiespeicher in den Zeiträumen geringen Lei­ stungsbedarfs soweit wie nur irgend möglich zu laden.At times of peak performance demand then comes in parallel with the performance of the Diesel engine also uses the energy available in the energy storage. In order to have as much energy as possible in this operating mode for as long as possible It is common to have low energy in the energy storage periods as far as possible.

Nachteilig an diesen bekannten Fahrzeugen ist ihr nach wie vor hoher Bedarf an Primärenergie.The disadvantage of these known vehicles is that they are still in high demand of primary energy.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß der Bedarf an Primärenergie deutlich gesenkt werden kann.In contrast, the invention has for its object a vehicle type mentioned so that the need for primary energy can be significantly reduced.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 1 zusammen­ gefaßten Merkmale vor.To achieve this object, the invention provides that in claim 1 together features.

Diesen erfindungsgemäßen Maßnahmen liegt zunächst die Überlegung zu­ grunde, daß bei herkömmlichen Systemen die Energiemengen, die für das Beschleunigen bzw. Anheben der massereiche Lasten dienen, welche durch die in Rede stehenden Fahrzeuge bewegt werden, ungenutzt verloren gehen, da sie beim Verzögern bzw. Absenken durch mechanische Bremsen in Wär­ me umgewandelt werden.These measures according to the invention are first of all to be considered reason that in conventional systems the amount of energy required for Accelerate or raise the massive loads that serve the vehicles in question are moved, lost unused, because when braking or lowering by mechanical brakes in heat me be converted.

Um zu einer günstigeren Energiebilanz zu gelangen, ist daher erfindungsge­ mäß vorgesehen, solche handelsüblichen Antriebe, insbesondere aus einer Gleichstromschiene gespeiste Inverterantriebe zu verwenden, die in der Lage sind, die beim Verzögern der Horizontalbewegungen bzw. beim Absenken an­ gehobener Lasten frei werdende kinetische bzw. potentielle Energie in elektri­ sche Energie zurückzuverwandeln, welche dann entweder unmittelbar oder durch geeignete Umformer in den vorhandenen Energiespeicher eingespeist werden kann.In order to achieve a cheaper energy balance, is therefore fiction provided for such commercial drives, in particular from a DC rail powered inverter drives that are able to use are when decelerating the horizontal movements or when lowering higher loads released kinetic or potential energy in electri converting energy back, which is then either immediate or fed into the existing energy store by suitable converters can be.

Diese Maßnahmen wären für sich allein zur Optimierung der Energiebilanz völlig ausreichend, wenn ein Energiespeicher mit unbegrenzter Speicherkapa­ zität zur Verfügung stehen würde. Da die erfindungsgemäß weitergebildeten Fahrzeuge aber netzunabhängig arbeiten, müssen sie einen Energiespeicher mit begrenzter Speicherkapazität mit sich führen. Ohne weitere Maßnahmen würde hierdurch die Wirksamkeit der oben erläuterten Energierückgewinnung stark vermindert, weil sehr häufig die Situation auftreten würde, daß beim An­ fallen von rückgewinnbarer Energie der Energiespeicher entweder völlig ge­ füllt ist oder nur noch eine geringe freie Speicherkapazität besitzt. Dies hätte zur Folge, daß entweder die gesamte rückgewinnbare Energie oder zumindest der größte Teil hiervon doch wieder durch mechanische Bremsen in Wärme umgewandelt werden müßte und somit verloren ginge.These measures would in themselves be used to optimize the energy balance completely sufficient if an energy storage with unlimited storage capacity would be available. Since the further developed according to the invention However, if vehicles work independently of the network, they must have an energy store carry with you with limited storage capacity. Without further action this would reduce the effectiveness of the energy recovery described above greatly reduced because the situation would very often occur that the An fall from recoverable energy of the energy storage either completely ge is filled or has only a small free storage capacity. This should have been  as a result that either the total recoverable energy or at least the majority of this again by mechanical braking in heat would have to be converted and thus lost.

Hier schafft nun die zweite Merkmalsgruppe der erfindungsgemäßen Lösung Abhilfe, der die Erkenntnis zugrunde liegt, daß die in Rede stehenden Fahr­ zeuge normalerweise so eingesetzt werden, daß aufeinanderfolgende Ar­ beitszyklen sich hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs des Leistungsbedarfes stark ähneln bzw. nahezu identisch sind.Here now creates the second group of features of the solution according to the invention Remedy based on the knowledge that the driving in question witnesses are usually used so that successive Ar working cycles with regard to the temporal course of the power requirement closely resemble or are almost identical.

Beispielsweise wird sehr häufig ein auf dem Boden stehender Container zu­ nächst soweit angehoben, daß er über eine gewisse Strecke in horizontaler Richtung transportiert werden kann, um dann während des Transportvorgan­ ges oder an dessen Ende zusätzlich so stark angehoben zu werden, daß er auf einem wesentlich höheren Stapelniveau abgestellt werden kann. Danach fährt das Fahrzeug zum nächsten auf dem Boden stehenden Container, nimmt diesen ebenfalls wieder auf und bringt ihn auf das eben erwähnte we­ sentlich höhere Stapelniveau, usw.For example, a container standing on the floor is very often closed next raised so far that it is horizontal over a certain distance Direction can be transported to then during the transport process ges or at the end to be raised so much that he can be parked at a much higher stack level. After that the vehicle drives to the next container on the ground, also takes it up again and brings it to the just mentioned we considerably higher stacking level, etc.

Gemäß der Erfindung ist nun vorgesehen, ein Erfassungs- und Steuersystem durch ein Kommandosignal, das beispielsweise von Hand ausgelöst werden kann, dazu zu veranlassen, bei dem ersten einer solchen Reihe von einander ähnlichen Arbeitszyklen den zeitlichen Verlauf des Energiebedarfs und -an­ gebots zu erfassen und zu speichern, da zu erwarten ist, daß weitere ähnliche oder gleiche Arbeitszyklen folgen werden.According to the invention there is now provided a detection and control system by a command signal, which can be triggered manually, for example can cause the first of such a series of each other similar work cycles the temporal course of energy demand and on bid to be recorded and saved, since it is expected that other similar ones or the same working cycles will follow.

Bei jedem weiteren Arbeitszyklus kann dann das Erfassungs- und Steuersy­ stem aufgrund der gespeicherten Werte "voraussehen", in welchen Zeitab­ schnitten rückgewinnbare Energie zur Verfügung stehen wird. Somit wird es möglich, den Verbrennungsmotor in seiner Leistungsabgabe mit entsprechen­ dem zeitlichen Vorlauf so zu steuern, daß der Energiespeicher am Beginn von Zeiträumen, in welchen Energie zurückgewonnen werden kann, soviel freie Speicherkapazität aufweist, daß zumindest der weitaus größte Teil dieser Energie vom Energiespeicher aufgenommen und gespeichert werden kann.With each additional work cycle, the acquisition and control system can stem "predict" in which time from the stored values cut recoverable energy will be available. So it will possible to match the internal combustion engine in its output to control the lead time so that the energy storage at the beginning of Periods in which energy can be recovered, so much free time Storage capacity that at least the vast majority of these Energy can be absorbed and stored by the energy store.

Man kommt somit insgesamt zu einem Leistungs-Management, bei dem der Verbrennungsmotor in Zeiträumen geringen Leistungsbedarfes nur soviel Überschußleistung erzeugt, daß der Energiespeicher mit der vom Dieselmotor abgegebenen Energie nur so weit geladen wird, daß in den entscheidenden Momenten ausreichend freie Speicherkapazität für rückgewonnene Energie zur Verfügung steht.Overall, this leads to a performance management in which the Combustion engine only so much in periods of low power consumption Excess power generated that the energy storage with that of the diesel engine emitted energy is loaded only to such an extent that in the decisive Moments of sufficient free storage space for recovered energy is available.

Da bei unterschiedlichen Arbeitszyklen der zeitliche Verlauf des Energie- bzw. Leistungsbedarfs sehr unterschiedlich sein kann, ist das Erfassungs- und Steuersystem für das Leistungs-Management als lernendes System ausgebil­ det, das aufgrund des bereits erwähnten Steuerkommandos zumindest im er­ sten einer Folge von Arbeitszyklen, erforderlichenfalls auch über mehrere sol­ che Arbeitszyklen hinweg die benötigten Parameter erfaßt und registriert.Since the time course of the energy or Power requirements can be very different, the acquisition and  Control system for performance management trained as a learning system det, due to the tax command already mentioned, at least in the Most of a sequence of work cycles, if necessary also over several sol The required parameters are recorded and registered during working cycles.

Als Energiespeicher können auch bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeug die bekannten Arten verwendet werden, wie z. B. hydraulische Druckspeicher, Schwungradspeicher oder elektrische Speicher.Can also be used as energy storage in a vehicle according to the invention the known types are used, such as. B. hydraulic pressure accumulator, Flywheel storage or electrical storage.

Da zum Einspeisen von Energie in einen hydraulischen Speicher eine elek­ trisch betriebene Pumpe und zum Beschleunigen eines Schwungradspeichers ein Elektromotor zum Einsatz kommen kann, wird vorzugsweise die gesamte vom Verbrennungsmotor erzeugte Energie zunächst mit Hilfe eines Dreh­ stromgenerators mit nachfolgender Gleichrichtung in eine elektrische Gleich­ strom- bzw. Gleichspannungs-Schiene eingespeist. Sowohl für die Fahr- und Hub-Antriebe des Fahrzeugs als auch für eine eventuelle Hydraulikpumpe oder den Antrieb eines Schwungradspeichers können dann Inverter-Motoren zum Einsatz kommen, wobei jeweils die auf der Gleichspannungsschiene zur Verfügung stehende Gleichspannung zerhackt und die hieraus resultierende Wechselspannung zum Antrieb des betreffenden Motors verwendet wird. Durch Variation der Zerhackerfrequenz kann dann auch die Drehzahl bzw. Leistungsaufnahme und -abgabe jedes dieser Motoren individuell gesteuert werden, die in bekannter Weise auch als Generatoren wirken können.As an elec. For feeding energy into a hydraulic accumulator trically operated pump and to accelerate a flywheel storage an electric motor can be used, preferably the whole Energy generated by the internal combustion engine is initially turned current generator with subsequent rectification in an electrical DC current or DC voltage rail fed. Both for driving and Hub drives of the vehicle as well as for a possible hydraulic pump or the drive of a flywheel storage can then inverter motors are used, with each on the DC voltage rail The available DC voltage is chopped up and the resulting one AC voltage is used to drive the motor in question. By varying the chopper frequency, the speed or Power consumption and output of each of these motors are individually controlled be that can act as generators in a known manner.

Bei Verwendung eines elektrischen Energiespeichers werden vorzugsweise die zum Glätten der Gleichspannung auf der Gleichspannungsschiene die­ nenden Kondensatoren so groß ausgelegt, daß sie auch als Energiespeicher dienen.When using an electrical energy storage device are preferred those for smoothing the DC voltage on the DC voltage rail Nenden capacitors designed so large that they also as energy storage to serve.

Claims (10)

1. Fahrzeug zum Bewegen von Lasten, insbesondere über kurze hori­ zontale und/oder vertikale Distanzen, das folgende Aggregate aufweist:
  • - einen Verbrennungsmotor mit steuerbarer Leistung zur Erzeu­ gung der von den Antrieben des Fahrzeugs benötigten Energie,
  • - einen Energiespeicher mit begrenzter Speicherkapazität, in den in Betriebsphasen, in denen ein verminderter Leistungsbedarf besteht, vom Verbrennungsmotor erzeugte Oberschußenergie für eine vorübergehende Speicherung eingespeist wird, um in Betriebsphasen mit sehr hohem Leistungsbedarf zusätzlich zu der vom Verbrennungsmotor erzeugten Energie für die Antriebe des Fahrzeuges zur Verfügung zu stehen, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Antriebe des Fahrzeuges so ausgebildet sind, daß sie eine Rückgewinnung der in den sich bewegenden und/oder an­ gehobenen Massen enthaltenen kinetischen und/oder potenti­ ellen Energie und deren Einspeisung in den Energiespeicher ermöglichen, und
  • - daß ein Erfassungs- und Steuersystem vorgesehen ist, das auf ein entsprechendes Steuersignal hin den zeitlichen Verlauf des Energiebedarfs und -angebotes eines wählbaren Arbeitszy­ klusses erfaßt und speichert und bei nachfolgenden entspre­ chenden Arbeitszyklen die Leistungsabgabe des Verbren­ nungsmotors so steuert, daß der Energiespeicher zum Beginn von Zeiträumen, in denen von den Antrieben rückgewonnene Energie in ihn eingespeist werden kann, über ausreichend freie Speicherkapazität zur Aufnahme zumindest eines erheblichen Teils dieser rückgewonnen Energie besitzt.
1. Vehicle for moving loads, in particular over short horizontal and / or vertical distances, which has the following units:
  • an internal combustion engine with controllable power for generating the energy required by the drives of the vehicle,
  • - An energy store with limited storage capacity, in which, in operating phases in which there is a reduced power requirement, excess energy generated by the internal combustion engine is fed in for temporary storage in order to, in operating phases with a very high power requirement, in addition to the energy generated by the internal combustion engine for the drives of the vehicle To be available, characterized by
  • - That the drives of the vehicle are designed so that they allow recovery of the kinetic and / or potenti energy contained in the moving and / or in elevated masses and their feed into the energy store, and
  • - That a detection and control system is provided which detects and stores the timing of the energy demand and supply of a selectable working cycle in response to a corresponding control signal and, in subsequent corresponding working cycles, controls the power output of the combustion engine so that the energy store at the beginning from periods in which energy recovered from the drives can be fed into it, has sufficient free storage capacity to hold at least a significant part of this recovered energy.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­ brennungsmotor ein Dieselmotor ist.2. Vehicle according to claim 1, characterized in that the Ver internal combustion engine is a diesel engine. 3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor einen Stromgenerator als Energiewandler antreibt.3. Vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that the Internal combustion engine drives a power generator as an energy converter. 4. Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom­ generator ein Drehstromgenerator ist.4. Vehicle according to claim 3, characterized in that the current generator is a three-phase generator. 5. Fahrzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stromgenerator ein Gleichrichter nachgeordnet ist und daß die Antrie­ be Inverterantriebe sind, die ihre Energie vom Gleichrichter beziehen und die rückgewonnene Energie in die Gleichspannungsschiene ein­ speisen, von der sie in den Energiespeicher gelangt.5. Vehicle according to claim 3 or 4, characterized in that the Current generator is arranged downstream of a rectifier and that the drive be inverter drives that draw their energy from the rectifier and the recovered energy into the DC rail feed from which it enters the energy storage. 6. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Energiespeicher ein Schwungradspeicher ist.6. Vehicle according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that the energy storage is a flywheel storage. 7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher ein Speicher für elektrische Energie ist.7. Vehicle according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the energy storage is a storage for electrical energy. 8. Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ener­ giespeicher eine Kondensatoranordnung ist, die gleichzeitig zum Glät­ ten der vom Gleichrichter abgegebenen elektrischen Spannung dient.8. Vehicle according to claim 7, characterized in that the energy Giespeicher is a capacitor arrangement that at the same time for smoothing ten of the electrical voltage output by the rectifier. 9. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher ein hydraulischer Energiespeicher ist.9. Vehicle according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the energy store is a hydraulic energy store. 10. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es ein Container-Transport- und -Hubfahrzeug ist.10. Vehicle according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that it is a container transport and lifting vehicle.
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