DE19955313C2 - Antriebssystem für Flurförderzeuge - Google Patents
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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 Kupplungsfunktion
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 Hydraulikdrücke bis zu
400 bar und die Fehleranfälligkeit des Systems, besonders im Hinblick auf Leckagen.
Schließlich ist im Flurförderzeugbereich gemäß DE 43 21 768 A1 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 Antriebssteuerungen für Elektromotoren sind in der Lage, beliebige Übersetzungen
zwischen Generator 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 ein emissionsfreier Betrieb
nur möglich bei Vorhandensein einer Traktionsbatterie, was den Einsatz derartiger
Flurförderzeuge in geschlossenen Räumen beschränkt. 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 C1 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 angeordneten
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 Fahrbetriebszustand
des Kraftfahrzeugs abhängig steuerbare Rotationsbremse zugeordnet ist, durch die die
zugehörige Welle feststellbar ist. Mit Hilfe eines derartigen Antriebssystems soll für
Kraftfahrzeuge ein günstigeres Wirkungsgradverhalten und eine hohe
Lebensdauer des Antriebs gewährleistet werden.
Aus DE 197 47 459 A1 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 Antriebssystemen
erhalten werden. Bei dem bekannten Antriebssystem wird in der Regel nicht die gleiche
Vorwärts- und Rückwärts-Fahrgeschwindigkeit benötigt, wie das bei Flurförderzeugen
der Fall ist. Auch das weiter oben beschriebene Hybridantriebssystem ermöglicht keine
Rückwärtsfahrt mit maximaler Geschwindigkeit.
Aus US 5 713 425 ist ein Hybrid-Antriebssystem für Automobile bekannt geworden, das
einen Verbrennungsmotor, einen von einer Batterie gespeisten Elektromotor, ein
Sammelgetriebe, dessen Eingänge mit der Welle des Verbrennungsmotors und des
Elektromotors gekoppelt sind und dessen Ausgang mit der Antriebswelle des
Antriebssystems gekoppelt ist, aufweist. Eine Rückwärtsfahrt ist nur mit reduzierter
Geschwindigkeit möglich.
Aus EP 908 343 A2 ist ein Antriebssystem mit einem mechanischen Verstellgetriebe
offenbart und eine Abtriebswelle eines Elektromotors oder eines Verbrennungsmotors
treibt eine Hydropumpe an zur Versorgung von Hydraulikfunktionen im Fahrzeug.
Zusätzlich ist ein Umschaltgetriebe in der Abtriebswelle für die Drehrichtungsumkehr
vorgesehen. Das spezielle Umschaltgetriebe (CVT mit Leistungsverzögerung) ist nicht in
der Lage, im Betrieb Vorwärts- und Rückwärtsfahrt bei gleicher Geschwindigkeit bzw.
Fahrleistung zu gewährleisten.
Ein Antriebssystem mit einer Regelvorrichtung, die den Betrieb eines Elektromotors und
eines Verbrennungsmotors steuert, einer Sensorik, die die Drehzahlen einer oder
mehrerer Wellen erfaßt und einem Bedienorgan, das einen Sollwert vorgibt, so daß die
Regelvorrichtung den Elektromotor und den Verbrennungsmotor einstellt, wobei der
Welle des Verbrennungsmotors und des. Elektromotors und der Abtriebswelle jeweils
eine Bremse zugeordnet ist und die Betätigung der Bremsen von der Regelvorrichtung
gesteuert wird, ist in der GB 2 335 404 A offenbart.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem für Flurförderzeuge zu
schaffen, das einen hohen Drehzahlverstellbereich bei gleichmäßig gutem Wirkungsgrad
ermöglicht und die Manövrierfähigkeit des Fahrzeugs nicht einschränkt. Darüber hinaus
soll bei einer Ausführungsform zumindest vorübergehend auch ein emissionsfreier
Betrieb in geschlossenen Räumen möglich sein.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem für Flurförderzeuge ist ein zweisträngiges
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, wobei dem Sammelgetriebe ein Umschaltgetriebe zur Umkehr der
Fahrtrichtung nachgeordnet ist.
Falls erforderlich, kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein Über
setzungsgetriebe vorgesehen sein, das etwa in den 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.
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.
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 Rückwärtsdrehrichtung
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 2
geschaltet ist. Das Übersetzungsgetriebe 2 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. Die Abtriebswelle 11 ist die Eingangswelle eines Differentials 14, das mit den
Antriebsrädern des Flurförderfahrzeugs 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 den Verbrennungsmotor 1.
Die Regelvorrichtung kann auch zum Schalten des Umschaltgetriebes 7 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 hydraulischen
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
Abtriebswelle 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 (10)
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 und
einem Umschaltgetriebe (7) für die Drehrichtungsumkehr im Zuge der Abtriebswelle (11), das eine gleiche Vorwärts- und Rückwärts- Fahrgeschwindigkeit ermöglicht.
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 und
einem Umschaltgetriebe (7) für die Drehrichtungsumkehr im Zuge der Abtriebswelle (11), das eine gleiche Vorwärts- und Rückwärts- Fahrgeschwindigkeit ermöglicht.
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 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches,
hydrostatisches, hydrodynamisches, pneumatisches oder mechanisches
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 des
Verbrennungsmotors (1) steuert und eine Sensorik vorgesehen ist, die die Drehzahlen
einer oder mehrerer der Wellen (12, 13, 11) erfaßt, ein Bedienorgan einen Sollwert
und 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 Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Last
schaltbare Umschaltgetriebe (7) von der Regelvorrichtung geschaltet wird, wenn
dessen Eingangs- und Ausgangswelle annähernd Stillstand aufweisen.
8. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
Sammelgetriebe ein Differential- oder Planetengetriebe ist.
9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, durch gekennzeichnet, daß der
Welle (13) des Verbrennungsmotors (1) und/oder der Welle (12) des Elektromotors
(5) und/oder der Abtriebswelle (11) eine Bremse zugeordnet ist.
10. Antriebssystem nach Anspruch 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Betäti
gung der Bremse von der Regelvorrichtung gesteuert wird.
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