DE19955313A1 - Antriebssystem für Flurförderzeuge - Google Patents

Antriebssystem für Flurförderzeuge

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Abstract

Antriebssystem für ein Flurförderzeug mit DOLLAR A - einem Verbrennungmotor, DOLLAR A - einem von einer Batterie gespeisten Elektromotor, DOLLAR A - einem Sammelgetriebe, dessen Eingänge mit der Welle des Verbrennungsmotors und des Elektromotors gekoppelt sind und dessen Ausgang mit der Abtriebswelle des Antriebssystems gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssystem für Flurförderzeuge nach dem Patentanspruch 1.
Verbrennungsmotorisch angetriebene Flurförderzeuge erfordern ein Getriebe, um das gewünschte Drehmoment mit der gewünschten Drehzahl zur Verfügung zu stellen. Es ist bekannt, hierfür ein Schaltgetriebe mit Kupplung zu verwenden. Für Flurförder­ zeuge ist jedoch ein derartiges System nicht akzeptabel. Es ist daher auch bekannt, bei Antriebssystemen hydrodynamische Wandler in Kombination mit ein- und mehrstu­ figen Getrieben vorzusehen. Diese Lösung erweist sich als nachteilig bei langsamen Fahrgeschwindigkeiten, da in diesem Betriebszustand der Wirkungsgrad nicht gut ist.
Außerdem ist für die unabhängige Bedienung der Hubfunktion eine Kupplungsfunk­ tion erforderlich.
Die Nachteile der hydrodynamischen Lösung finden sich bei einem hydrostatischen Antriebsstrang nicht. Dem relativ guten Wirkungsgrad bei langsamer Fahrt steht jedoch der schlechte Wirkungsgrad bei höheren Fahrgeschwindigkeiten gegenüber. Nachteilig ist auch der relativ hohe Bauaufwand, bedingt durch die hohen Hydraulik­ drücke bis zu 400 bar und die Fehleranfälligkeit des Systems, besonders im Hinblick auf Leckagen.
Schließlich ist auch im Flurförderzeugbereich bekannt, die Kraftübertragung mit Hilfe eines elektrischen Getriebes vorzunehmen. Bei einem elektrischen Getriebe wird die gesamte durch den Verbrennungsmotor erzeugte Energie mit Hilfe eines Generators in elektrische Energie umgewandelt. Diese elektrische Energie wird danach mit Hilfe eines Elektromotors wieder in mechanische Energie umgewandelt. Die Antriebssteue­ rungen für Elektromotoren sind in der Lage, beliebige Übersetzungen zwischen Gene­ rator und Elektromotor einzustellen. Daher hat ein derartiges System den Vorteil einer besonders guten Regelbarkeit. Nachteilig sind jedoch die niedrigen Wirkungsgrade, bedingt durch die hohen Verluste in den Steuerungen und elektrischen Maschinen.
Die vorhandenen Antriebslösungen bei verbrennungsmotorisch betriebenen Flur­ förderzeugen sind in der Regel mit erheblichen Energieverlusten in bestimmten Betriebssituationen verbunden. Außerdem sind die vorhandenen Systeme nicht in der Lage, beim Bremsen Energie zurückzuführen. Außerdem ist kein emissionsfreier Betrieb möglich, was den Einsatz derartiger Flurförderzeuge in geschlossenen Räu­ men nahezu ausschließt. Ein weiterer Nachteil der bisherigen Antriebssysteme liegt darin, daß die Komponenten der Systeme auf Spitzenlasten ausgelegt werden müssen. Die mittlere Belastung der Komponenten liegt aber deutlich unter derartigen Werten. Somit wird ein hoher Bauaufwand betrieben, der im Mittel nicht benötigt wird.
Aus DE 198 03 160 ist ein zweisträngiges Antriebssystem für Automobile bekannt geworden, das den Anforderungen der Kraftfahrzeuge im Stopp- and Go-Betrieb in Ballungsräumen besser erfüllen soll. Das bekannte System ist ein sogenannter Hybridantrieb mit einer ersten, auf einer Abtriebswelle des Hybridantriebs angeord­ neten elektrischen Maschine und einer zweiten elektrischen Maschine, welche beide jeweils als Generator und als Elektromotor betreibbar und untereinander sowie mit dem Verbrennungsmotor über ein Verzweigungsgetriebe gekoppelt sind. Die zweite elektrische Maschine ist auf einer Welle positioniert, der eine vom Fahrbetriebs­ zustand des Kraftfahrzeugs abhängig steuerbare Rotationsbremse zugeordnet ist, durch die die zugehörige Welle feststellbar ist. Mit Hilfe eines derartigen Antriebs­ systems soll für Kraftfahrzeuge ein günstigeres Wirkungsgradverhalten und eine hohe Lebensdauer des Antriebs gewährleistet werden.
Aus DE 197 47 459 ist für Schlepper und Landmaschinen ein zweisträngiges Antriebssystem mit einem mechanischen Antrieb und einem hydrostatischen Verstell­ getriebe bekannt geworden. Dieses Antriebssystem soll den Wirkungsgrad über den mechanischen Zweig erhöhen. Außerdem kann mit einem derartigen Antriebssystem eine höhere Geschwindigkeit im Vergleich zu einfachen hydrostatischen Antriebs­ systemen erhalten werden. Bei dem bekannten Antriebssystem wird in der Regel nicht die gleiche Vorwärts- und Rückwärts-Fahrgeschwindigkeit benötigt, wie das bei Flur­ förderzeugen der Fall ist. Auch das weiter oben beschriebene Hybridantriebssystem ermöglicht keine Rückwärtsfahrt mit maximaler Geschwindigkeit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem für Flurförderzeuge zu schaffen, das einen hohen Drehzahlverstellbereich bei gleichmäßig gutem Wirkungs­ grad ermöglicht und die Manövrierfähigkeit des Fahrzeugs nicht einschränkt. Darüber hinaus soll bei einer Ausführungsform zumindest vorübergehend auch ein emissions­ freier Betrieb in geschlossenen Räumen möglich sein.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem für Flurförderzeuge ist ein zweisträn­ giges System vorgesehen, bei dem der Hauptstrang eine mechanische kupplungsfreie Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und einem Sammelgetriebe vorsieht, wäh­ rend in einem Nebenstrang kupplungsfrei ein Elektromotor mit dem Sammelgetriebe gekoppelt ist.
Falls erforderlich, kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein Über­ setzungsgetriebe vorgesehen sein, das etwa in dem Strang des Verbrennungsmotors geschaltet ist. Es kann als Getriebe mit fester Übersetzung, Verstell- oder Schaltgetriebe ausgeführt sein. Der zweite oder Nebenantriebsstrang weist eine Batterie, eine Antriebssteuerung und einen Elektromotor auf. Beide Antriebsstränge werden in einem Sammelgetriebe zusammengeführt. Das Sammelgetriebe kann ein Differential- oder Planetengetriebe sein.
Zur Umkehr der Fahrtrichtung kann es sinnvoll sein, in das Antriebssystem ein Umschaltgetriebe zu integrieren. Ein solches Umschaltgetriebe kann aber auch ent­ fallen, da durch die Drehrichtungsumkehr des Elektromotors die Fahrtrichtung gewechselt werden kann.
Vorzugsweise ist eine Regelvorrichtung vorgesehen, um eine Drehzahlregelung nach Maßgabe eines Sollwertsignals vorzusehen. Die Regelvorrichtung steuert den Elektromotor, Verbrennungsmotor und evtl. vorhandene Bremsen. Der vom Bediener des Fahrzeugs betätigte Sollwertgeber erzeugt einen Drehzahlsollwert, der zur Regelung des Antriebs mit dem jeweiligen Istwert verglichen wird. Durch Betätigen des Sollwertgebers oder einer anderen geeigneten Bedienvorrichtung (z. B. Fahrtrichtungsschalter oder Doppelpedal) teilt der Fahrer des Fahrzeugs der Regelvorrichtung mit, in welche Richtung und mit welcher Geschwindigkeit er fahren möchte. Steht das Fahrzeug zu diesem Zeitpunkt still, so wird entweder das Umschaltgetriebe nach Betätigung der Bedienvorrichtung in die zur gewünschten Fahrtrichtung gehörende Schaltung geschaltet oder dem Elektromotor durch ein ent­ sprechendes Signal das Antriebsverhalten vorgegeben. Das Schalten des Umschalt­ getriebes geschieht vorzugsweise nicht direkt durch den Fahrer, sondern von der Regelvorrichtung in Abhängigkeit vom aktuellen Fahrzustand und der Stellung der Bedienvorrichtung. Dadurch wird sichergestellt, daß das Umschaltgetriebe nur bei stillstehender oder zumindest nahezu stillstehender Eingangs- und Ausgangswelle geschaltet wird (die Bezeichnung Eingangs- und Ausgangswelle bezieht sich hier auf das Umschaltgetriebe und nicht auf das Antriebssystem). Dadurch kann auf einen Mechanismus zur Synchronisation der Drehzahlen verzichtet werden, außerdem entstehen keine Stöße und kein Verschleiß durch den Schaltvorgang. Erfolgt die Fahrtrichtungsumkehr durch den Elektromotor, bestehen insofern überhaupt keine Probleme.
Soll bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem das Fahrzeug stillstehen und ist der Verbrennungsmotor gestartet und dreht sich mit Leerlaufdrehzahl, dann muß der Elektromotor mit gleicher Drehzahl wie der Verbrennungsmotor, aber in entgegenge­ setzter Richtung drehen. Zum Anfahren wird der Elektromotor in Rück­ wärtsdrehrichtung gebremst. Auf diese Weise wird Energie erzeugt, die in die Batterie gespeist werden kann. Hierzu ist eine entsprechende Schaltung vorzusehen. Wird das Fahrzeug weiter beschleunigt, kann der Elektromotor das Fahrzeug auch aktiv antreiben. Hierbei muß der Batterie Energie entnommen werden. Bei der Erfindung kann das Fahrzeug auch ausschließlich elektrisch angetrieben werden, um z. B. beim Fahren in überdachten Räumen keine Abgase abzugeben. Umgekehrt kann das Fahrzeug auch rein verbrennungsmotorisch angetrieben werden.
Im übrigen kann der Verbrennungsmotor zum Laden der Batterie über den Elektro­ motor verwendet werden, und der Elektromotor kann als Anlasser für den Verbren­ nungsmotor dienen. Um den Energiefluß eindeutig zu steuern, kann es erforderlich sein, in die einzelnen Wellen einzelne oder mehrere Bremsen einzubauen.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem weist eine Reihe von Vorteilen auf. Es hat einen einfachen Aufbau, da ein Verstellgetriebe nicht erforderlich ist. Der Verbren­ nungsmotor muß nicht auf maximale Leistung ausgelegt werden. Lichtmaschine und Anlasser für den Verbrennungsmotor können entfallen. Vorteilhaft ist ferner, daß die Bremsenergie teilweise zurückgewonnen werden kann. Außerdem ist ein abgasfreies Fahren möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispiels näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt ein Schaltschema eines Antriebssystems nach der Erfindung.
Ein Verbrennungsmotor 1 treibt eine erste Welle, in die ein Übersetzungsgetriebe geschaltet ist. Das Übersetzungsgetriebe kann ein Schaltgetriebe sein, ist jedoch, wie noch deutlich wird, nicht unbedingt erforderlich. Die Welle 13 ist mit dem Eingang eines Sammelgetriebes 6 gekoppelt. Das Sammelgetriebe 6 kann ein Differential- oder Planetengetriebe sein.
Ein Elektromotor 5 wird über eine Steuerung 4 von einer Batterie 3 gespeist. Seine Welle 12 bildet den weiteren Eingang für das Sammelgetriebe 6. Der Ausgang des Sammelgetriebes 6 bildet die Abtriebswelle 11, in die ein Umschaltgetriebe 7 geschaltet ist. Dieses kann ebenfalls in Fortfall kommen, wie nachfolgend noch erläutert wird. Die Abtriebswelle 11 ist die Eingangswelle eines Differentials 14, das mit den Antriebsrädern des nicht gezeigten Fahrzeugs, insbesondere des Flur­ förderfahrzeugs, gekoppelt ist. Wird nur ein Rad des Flurförderfahrzeugs angetrieben, kann das Differential 14 entfallen.
Die Steuerung 4 kann auch eine Regelvorrichtung enthalten, welche die Drehzahl des Elektromotors 5 und Verbrennungsmotors 1 nach Maßgabe eines vom Bediener des Fahrzeugs betätigten Sollwertgebers regelt. Hierzu ist eine nicht gezeigte Sensorik erforderlich, welche die Drehzahl der Wellen 12, 13 und 11 mißt zwecks Erzeugung eines entsprechenden Stellsignals für den Elektromotor 5 und Verbrennungsmotor 1.
Falls ein Umschaltgetriebe für die Drehrichtungsumkehr verwendet wird, kann die Regelvorrichtung auch zum Schalten des Umschaltgetriebes verwendet werden, das vorzugsweise ein unter Last betätigbares Getriebe ist, damit es beim annähernden Stillstand von Ein- und Ausgangswelle des Getriebes geschaltet werden kann.
Ferner kann ein entsprechender Abtrieb für den Antrieb einer nicht gezeigten Hydro­ pumpe vorgesehen werden. Beispielsweise kann mit der Welle 12 oder 13 ein Getriebe zum Antrieb der Hydropumpe gekoppelt sein. Die Hydropumpe dient zur Versorgung von Hydraulikfunktionen des Fahrzeugs, beispielsweise einer hydrau­ lischen Hubvorrichtung usw.
Wenn das Fahrzeug stillstehen soll, der Verbrennungsmotor 1 jedoch mit Hilfe des Elektromotors 5 angelassen ist und mit Leerlaufdrehzahl dreht, muß der Elektromotor 5 mit gleicher Drehzahl wie der Verbrennungsmotor 1, aber in entgegengesetzter Drehrichtung drehen. Soll das Fahrzeug angefahren werden, wird der Elektromotor 5 in Rückwärtsdrehrichtung gebremst. Auf diese Weise wird über das Sammelgetriebe 6 die Antriebswelle 11 gedreht. Die hierbei vom Elektromotor 5 erzeugte Energie kann zum Laden der Batterie 3 verwendet werden. Soll das Fahrzeug weiter beschleunigt werden, kann der Elektromotor 5 das Fahrzeug auch aktiv antreiben. Hierzu wird die Energie aus der Batterie 3 entnommen.
Wie zu erkennen, kann das Fahrzeug auch ausschließlich elektrisch oder ausschließ­ lich verbrennungsmotorisch angetrieben werden. Der Verbrennungsmotor 1 kann auch dazu verwendet werden, über den Elektromotor 5 die Batterie aufzuladen.
Um den Energiefluß eindeutig zu steuern, kann es erforderlich sein, den Wellen 12, 13 und 11 jeweils eine Bremse zuzuordnen (nicht gezeigt).

Claims (12)

1. Antriebssystem für ein Flurförderzeug mit
  • - einem Verbrennungsmotor (1)
  • - einem von einer Batterie (3) gespeisten Elektromotor (5),
  • - einem Sammelgetriebe (6), dessen Eingänge mit der Welle (12, 13) des Ver­ brennungsmotors (1) und des Elektromotors (5) gekoppelt sind und dessen Ausgang mit der Abtriebswelle (11) des Antriebssystems gekoppelt ist.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übersetzungs­ getriebe (2) in den Strang des Verbrennungsmotors (1) geschaltet ist.
3. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungs­ getriebe (2) ein Verstell- oder Schaltgetriebe ist.
4. Antriebssystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches, hydrostatisches, hydrodynamisches, pneumatisches oder mecha­ nisches Verstellgetriebe vorgesehen ist.
5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtriebswelle des Elektromotors (5) oder des Verbrennungsmotors (1) eine Hydropumpe antreibt zur Versorgung von Hydraulikfunktionen im Fahrzeug.
6. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelvorrichtung vorgesehen ist, die den Betrieb des Elektromotors (5) und Verbrennungsmotors steuert und eine Sensorik vorgesehen ist, die die Drehzahlen einer oder mehrerer der Wellen (12, 13, 11) erfaßt, ein Bedienorgan einen Sollwert und ggf. ein Fahrtrichtungssignal vorgibt und die Regelvorrichtung den Elektromotor (5) und Verbrennungsmotor (1) und, wenn vorhanden, das Verstell- oder Schaltgetriebe nach Maßgabe der Regelabweichung einstellt.
7. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschaltgetriebe (7) für die Drehrichtungsumkehr vorgesehen ist.
8. Antriebssystem nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Last schaltbare Umschaltgetriebe (13) von der Regelvorrichtung geschaltet wird, wenn dessen Eingangs- und Ausgangswelle annähernd Stillstand aufweisen.
9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltgetriebe (7) im Zuge der Abtriebswelle (11) geschaltet ist.
10. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelgetriebe ein Differential- oder Planetengetriebe ist.
11. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, durch gekennzeichnet, daß der Welle des Verbrennungsmotors (1) und/oder des Elektromotors (5) und/oder der Abtriebswelle (11) eine Bremse zugeordnet ist.
12. Antriebssystem nach Anspruch 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Betäti­ gung der Bremse von der Regelvorrichtung gesteuert wird.
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