DE3231611C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Fahrzeug, welches so­ wohl in kalter als auch in warmer Umgebung betrieben werden kann und mindestens einen elektrischen Motor und mindestens eine Steuereinrichtung mit elektrischen Teilen sowie einen Luft­ kreislauf bildende Luftkanäle mit einem Gebläse zum Belüften dieser Steuereinrichtung aufweist, um die darin befindlichen elektrischen Bauelemente auf einer bestimmten Temperatur zu halten.

Bei elektrischen Fahrzeugen, wie zum Beispiel Gabelstaplern und Zugmaschinen entstehen spezielle Probleme, wen sie in einer extrem kalten Umgebung benutzt werden sollen, wie zum Beispiel einem Kühlhaus, das zur Lagerung gefrorener Nahrungsmittel ver­ wendet wird. So werden Gabelstapler verwendet, um gefrorene Nah­ rungsmittel zwischen dem Kühlhaus und einem großen Straßenkühl­ lastwagen umzuladen, ein derartiges Fahrzeug muß einerseits bei niedrigen Temperaturen von etwa -35°C (ca. -30°F) zufrieden­ stellend arbeiten, andererseits sich aber auch schnell an den Betrieb bei Außentemperaturen anpassen können, die an heißen Sommertagen 32°C (ca. 90°F) oder höher betragen.

Wenn ein Gabelstapler in einer kalten Umgebung arbeitet, neigt Wasser dazu, auf diesem zu kondensieren, da der Gabelstapler wärmer als seine Umgebung ist und diese Kondensation ruft eine mögliche Korrosion oder ein Einfrieren der elektrischen Bauelemente des Gabelstaplers hervor. Besonders verwundbar sind Bauelemente, wie zum Beispiel siliciumgesteuerte Gleich­ richter (SCR), die in Steuereinrichtungen für Gabelstapler nach den US-Patentschriften 35 32 238 und 36 37 100 benutzt werden.

Gabelstapler sind manchmal so ausgestaltet, daß alle oder fast alle elektrischen Bauelemente körperlich in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. In einem solchen Fall ist es wichtig, daß das Gehäuse trocken gehalten wird, um Korrosion zu ver­ hindern. Es ist aber auch wichtig, daß die Temperatur im Ge­ häuse nicht zu hoch wird, was geschehen kann, wenn der Gabel­ stapler aus dem Kühlhaus heraus in eine warme Umgebung ge­ fahren wird.

Es ist auch notwendig, andere Bestandteile des Gabelstaplers zu erwärmen. Beispielsweise kann die Einrichtung zum Regu­ lieren der Geschwindigkeit des Fahrzeuges eine in einem Ge­ häuse montierte Gruppe von Bauelementen aufweisen, wie in der US-Patentschrift 40 87 776 gezeigt ist. Auch dieses Ge­ häuse muß trocken gehalten werden. Schließlich enthält die Bedieneinheit für den Fahrer in typischer Weise eine Gruppe von Bauelementen, die an einem Ort angeordnet sind und auch gegen Kondensation geschützt werden müssen.

Bei einem aus der US-PS 40 26 349 bekannten elektrischen Fahrzeug der genannten Art mit einer Luftführungseinrichtung wird die Luft zum Zwecke entsprechender Temperierung der elektrischen Bauelemente der Steuereinrichtung in einem ge­ schlossenen Kreislauf geführt, indem zwei Abteile, die die elektrischen Bauelemente enthalten, durch zwei Luftkanäle miteinander verbunden sind, so daß die Luft in einem Kreis­ lauf zwischen den beiden Abteilen zirkulieren kann. Hierbei handelt es sich aber um einen geschlossenen Kreislauf, der keine luftdurchlässige Verbindung zur äußeren Atmosphäre auf­ weist. Die Temperatur an den Bauelementen kann also immer nur Werte annehmen, die der mittleren Temperatur der in dem Kreis­ lauf befindlichen Luft entsprechen. Dies reicht aber in vielen Fällen nicht aus, wenn die Temperatur außerhalb des Fahrzeuges, zum Beispiel an heißen Sommertagen, sehr hoch ist.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, ein elektrisches Fahr­ zeug der genannten Art zu schaffen, bei dem eine bessere Tem­ perierung und Trockenhaltung der empfindlichen elektrischen Bauteile des Fahrzeuges zu verzeichnen ist, insbesondere auch für den Fall, daß das Fahrzeug von einer kalten Umgebung in eine warme Umgebung fährt und umgekehrt, wie es zum Beispiel beim Transport von Waren aus einem Kühlhaus zu einem Trans­ portfahrzeug der Fall ist.

Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Fahrzeug der ge­ nannten Art gelöst, mit einem Luftkanal zum Zuführen von warmer Luft aus dem Gehäuse des elektrischen Motors zu der Steuereinrichtung, einem Luftkanal zum Zurückführen von Luft aus der Steuereinrichtung zu dem Motor, mindestens einem Gebläse zum Bewegen der Luft durch die Luftkanäle und temperaturab­ hängigen Schaltern und Ventilen zum Auslassen von warmer Luft aus dem Luftkanal in die äußere Atmosphäre, wenn die Tempera­ tur in der Steuereinrichtung einen vorbestimmten Wert über­ steigt.

Das erfindungsgemäße elektrische Fahrzeug ermöglicht eine Temperaturregulierung aufgrund der Umwandlung eines prozeß­ gekoppelt-geschlossenen Systems in ein prozeßgekoppelt-offenes System und zwar je nach der innerhalb der Steuereinrichtung abgefühlten Temperatur. Die Temperaturregulierung erfolgt dabei durch Nutzbarmachen von Wärme, die ansonsten verloren wäre, womit Energie eingespart wird.

Vorteilhaft weist das elektrische Fahrzeug einen elektrischen Fahrmotor und einen elektrischen Pumpmotor auf, wobei Luft­ kanäle von beiden Motoren zu den Steuereinrichtungen vorge­ sehen sind. Die Steuereinrichtungen umfassen dabei ein Gehäuse mit elektrischen Bauelementen, ein Gehäuse mit einem Ge­ schwindigkeitspedal und eine Bedieneinheit für den Fahrer.

Um die Temperatur der elektrischen Steuereinrichtungen optimal regulieren zu können, sollten mehrere Ventile vorgesehen sein, die die Luftkanäle mit der äußeren Atmosphäre zu verbinden. Mittels eines ersten Ventiles sollte der Zustrom von Luft aus der äußeren Atmosphäre in mindestens einen der Luftkanäle unterbrechbar sein, mittels eines zweiten Ventiles der Zustrom von Luft aus dem Gehäuse mit den elektrischen Bauelementen zu dem Gehäuse mit dem Geschwindigkeitspedal und zu der Be­ dieneinheit für den Fahrer. Die Ventilklappe des zweiten Ven­ tils ist dabei zweckmäßig mit dessen Absperrklappe mechanisch gekoppelt.

Das Gehäuse mit den elektrischen Bauelementen umfaßt vorteil­ haft zwei Öffnungen, von denen eine mit der Bedieneinheit für den Fahrer und dem Gehäuse mit dem Geschwindigkeitspedal und die andere mit der äußeren Atmosphäre verbunden ist, und es verschließt die Ventilklappe und die Absperrklappe dieses zweiten Ventils entweder die eine oder die andere der Öffnungen. Beide Ventile sind zweckmäßig durch Elektromagnete steuerbar.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren­ beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 stellt teilweise schematisch das elektrische Fahrzeug dar, einschließlich eines Querschnittes des Gehäuses mit den elek­ trischen Bauelementen,

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1.

Das Beispiel bezieht sich auf die Verwendung bei einem elektrischen Gabelstapler, bei welchem alle oder die meisten der elektrischen Bestandteile des Fahrzeuges in einem gemeinsamen Gehäuse montiert sind, an einem kompakten Ort auf dem Fahrzeug. Auch die meisten Steuerungen für das Fahrzeug sind innerhalb einer Bedieneinheit montiert. Ferner kann ein Gehäuse mit einem Geschwindigkeitspedal vorgesehen sein.

In Fig. 1 ist die Bedieneinheit für den Fahrer allgemein mit 1 bezeichnet, wobei das Steuerrad symboloisch mit der Bezugs­ zahl 2 belegt ist. Das Gehäuse mit einem Geschwindigkeitspedal ist mit der Bezugszahl 5 bezeichnet, und das Gehäuse mit elek­ trischen Bauelementen ist allgemein mit 8 bezeichnet. Die Be­ standteile innerhalb der Elemente 1, 5 und 8 sind nicht ge­ zeigt, da eine Kenntnis der Bestandteile jedes Elementes im einzelnen für das Verständnis dieser Erfindung nicht notwen­ dig ist.

Die Bewegung des elektrischen Fahrzeuges erfolgt durch den als Gleichstrommotor ausgebildeten elektrischen Fahrmotor 10. Hydraulische Anhebeeinrichtungen werden durch den elektrischen Pumpmotor 12 angetrieben. Die Motoren 10 und 12 enthalten Ge­ bläse 80 und 81, die innerhalb der Motoren angeordnet sind, um Luft in die durch die Pfeile 11 angezeigten Richtungen zu drücken.

Ein Paar von Luftkanälen 15 und 16 sind zwischen Motor 10 bzw. 12 und dem Gehäuse 8 mit den elektrischen Bauelementen ver­ bunden. Diese Luftkanäle enden in Klappenventilen 18 und 19, die innerhalb der Kammer 20 angeordnet sind, die ihrerseits in dem Gehäuse 8 mit den elektrischen Bauelementen enthalten ist. Die Klappenventile schließen die Lüftungskanäle 15 und 16 ab, nur dann nicht, wenn Luft in das Gehäuse 8 mit den elektrischen Bauelementen strömt. Aus den Luftkanälen 15 und 16 austretende Luft tritt durch das Filter 21, wie durch den Pfeil 22 gezeigt ist. Zweck des Filters ist das Entfernen von Kohlenstoffteilchen bzw. Kohleteilchen aus der Luft, die an den (nicht gezeigten) Bürsten der Gleichstrommotore er­ zeugt werden.

Die Temperaturregelvorrichtung ist in Fig. 1 in ihrem Zu­ stand mit geschlossenem Regelkreis bzw. prozeßgekoppelt-ge­ schlossen gezeigt, d. h. in dem Zustand, der für den Betrieb in einer extrem kalten Umgebung geeignet ist. Unter diesen Bedingungen kann durch die Lüftungskanäle 15 und 16 sowie durch das Gehäuse 8 mit den elektrischen Bauelementen streichende Luft durch das Absperrventil 25 und in die Luft­ kanäle 27 und 28 gelangen. Der Luftkanal 27 führt die Luft zur Bedieneinheit 1, während der Luftkanal 28 die Luft zu dem Gehäuse 5 mit dem Geschwindigkeitspedal führt. Nach dem Durchlauf der Luft durch die Bedieneinheit und das Gehäuse mit dem Geschwindigkeitspedal strömt sie durch die Luftkanäle 30 und 31 und dann in die Kammer 32 hinein.

Die Kammer 32 enthält ein kleines Gebläse 70, welches so angeordnet ist, daß es Luft durch die Luftkanäle 33 und 34 richtet, wodurch die Luft zu den Motoren 10 und 12 zur Wieder­ erwärmung und zum Rezyklieren zurückgeführt wird. Das Gebläse 70 dient auch der Verringerung des Rückdruckes in den Luft­ kanälen. In der Kammer 32 ist zwar nur ein Gebläse gezeigt, es könnten aber auch mehrere benutzt werden.

An der Kammer 32 ist ein Luftkanal 40 angebracht, der an ein Absperrventil, das allgemein durch die Bezugszahl 42 be­ zeichnet ist, angeschlossen ist. Dieses Absperrventil weist eine Ventilklappe 43 auf, die in ihrer geschlossenen Position gezeigt ist, d. h. es wird der Eintritt von Außenluft in die Vorrichtung und das Entweichen der Innenluft verhindert. So­ wohl das Absperrventil 25 als auch das Absperrventil 42 wer­ den durch mit den Bezugszahlen 45 bzw. 46 bezeichnete Sole­ noide betätigt.

Der Aufbau des Absperrventils 25 ist in größerer Einzelheit in Fig. 2 veranschaulicht, welche eine andere Querschnitts­ ansicht zeigt. Das Absperrventil 25 weist zwei Teile auf, die Absperrklappe 44 und die Ventilklappe 47. Diese Klappen 44 und 47 sind starr so verbunden, daß sie um eine Schwenk­ stelle 48 schwenken, vom Kolben 49 gesteuert, der seinerseits vom Solenoid 45 bewegt wird. In der in Fig. 2 gezeigten Position bedeckt die Ventilklappe 47 eine Öffnung 50 in der Wand 52 des Gehäuses mit den elektrischen Bauelementen. Wenn die Öffnung 50 von der Ventilklappe 47 bedeckt ist, läßt die Ventilklappe 44 Luft in die Kammer 55 gelangen und dann in den Luftkanal 27, wie durch die Pfeile 56 gezeigt ist. Wenn die Position des Absperrventils geändert wird, schließt die Absperrklappe 44 die Kammer 55 gegen den Luftstrom, während das Gehäuse 8 mit den elektrischen Bauelementen zur Luftströmung nach außen durch die Öffnung 50 geöffnet wird.

Die Temperaturfühlung erfolgt durch Verwendung von Thermo­ staten 60 und 61, die zum Messen der Temperatur innerhalb des Gehäuses 8 mit den elektrischen Bauelementen angeordnet sind. Tatsächlich könnten die Thermostate irgendwo um das Elektrofahrzeug herum angeordnet sein. Da jedoch das Gehäuse 8 mit den elektrischen Bauelementen diejenigen Komponenten enthält, die am notwendigsten gegen extreme Temperaturen geschützt werden müssen, zeigt die bevorzugte Ausführungs­ form die Thermostaten in dem Gehäuse 8. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Thermostate 60 und 61 parallel ge­ schaltet, so daß beim Versagen des einen die Vorrichtung nicht ausgeschaltet ist. Die elektrische Verbindung zwischen den Thermostaten 60 und 61 und den Solenoiden 45 und 46 ist in den Zeichnungen nicht gezeigt. Sie ist aber in bekannter Weise gewährleistet.

Es wird nun der Betrieb der Vorrichtung beschrieben. Wenn das elektrische Fahrzeug in einer extrem kalten Umgebung angeordnet ist, ist die Position der Absperrventile die in den Zeichnungen dargestellte, d. h. die Ventilklappe 43 ist so angeordnet, daß sie die Kammer 32 gegen Außenluft ab­ schließt. Auch das Absperrventil 25 ist gemäß Darstellung in den Zeichnungen angeordnet und schafft die Möglichkeit, daß Luft aus dem Gehäuse 8 mit den elektrischen Bauelementen in die Luftkanäle 27 und 28, nicht aber durch die Öffnung 50 nach außen strömt. Die Vorrichtung funktioniert also wie ein prozeßgekoppelt-geschlossenes System, d. h. wie ein System mit geschlossenem Regelkreis, wobei Luft durch die Gebläse 80 und 81 in den entsprechenden Motoren 10 und 12 in Rich­ tung der Pfeile 11 geführt wird.

Wenn die Temperatur in der Elektrozelle 8 einen bestimmten Wert erreicht, im allgemeinen etwa 50°C (ca. 120°F), senden die Thermostate 60 und 61 ein Signal aus, welches die Solenoide 45 und 46 die Stellungen der Absperrventile 25 und 42 zu verändern veranlaßt. Die Position des Absperrventiles 25 wird derart, daß die Absperrklappe 44 die Kammer 55 zum Luft­ durchgang schließt und das Gehäuse 8 mit den elektrischen Bauelementen über die Öffung 50 zur Außenluft hin öffnet. Das Absperrventil 42 ändert gleichzeitig seine Stellung der­ art, daß die Ventilklappe 43 sich in der in gestrichelten Linien gezeigten Stellung befindet, wodurch Außenluft in die Kammer 32 durch den Luftkanal 40 eintreten kann. In dieser Situation arbeitet die Vorrichtung mit offenem Regelkreis bzw. prozeßgekoppelt-offen.

Man sieht in Fig. 2, daß der Kolben 49 durch eine Feder 72 am Platz gehalten wird. Das Solenoid 45 würde somit bei der dargestellten Ausführungsform in der Betriebsart mit ge­ schlossenem Regelkreis erregt bzw. eingeschaltet und in der Betriebsart mit geschlossenem Regelkreis entregt bzw. abge­ schaltet. Die Erfindung umfaßt aber auch eine Ausführungs­ form, bei der das Solenoid in der Betriebsart mit geschlos­ senem Regelkreis abfällt bzw. entregt wird und umgekehrt. Wesentlich ist nur, daß die Ventile die Stellung auf ein Signal von den Thermostaten hin ändern. Der Erregungszustand oder Einschaltzustand des Solenoids ist nicht wichtig, so lange die gewünschten Ventile zu den richtigen Zeiten geöff­ net und geschlossen werden.

Bei dem Betrieb mit offenem Regelkreis tritt Luft von außen in die Kammer 32 ein und wird durch die Motoren 10 und 12 in das Gehäuse 8 mit den elektrischen Bauelementen geführt, wo­ raufhin die Luft durch die Öffnung 50 aus diesem Gehäuse aus­ tritt. Während dieser Zeit zirkuliert die Luft nicht durch die anderen Luftkanäle in dem System, d. h. die mit der Bedienein­ heit 1 für den Fahrer und dem Gehäuse 5 mit dem Geschwindig­ keitspedal verbundenen Luftkanäle; denn die Luftkanäle 27 und 28 sind durch das Ventil 25 abgeschlossen worden.

Wenn das System in der Betriebsart mit offenem Regelkreis bzw. prozeßgekoppelt-offen arbeitet, wird die Luft deshalb zum Kühlen der Motoren 10 und 12 sowie des Gehäuses 8 mit den elektrischen Bauelementen veranlaßt. Selbst wenn das elektri­ sche Fahrzeug in einer extrem warmen Umgebung arbeitet, sieht die Temperaturdifferenz zwischen Umgebungsluft und den Teilen ein Kühlen dieser Teile vor. Die Luft von außen kühlt nicht die Bedieneinheit 1 für den Fahrer und den das Gehäuse 5 mit dem Geschwindigkeitspedal. Die Bestandteile in der der Be­ dieneinheit 1 und dem Gehäuse 5 mit dem Geschwindigkeitspe­ dal sind von der Art, daß sie höheren Betriebstemperaturen widerstehen können als für die Bestandteile des Gehäuses 8 mit den elektrischen Bauelementen toleriert werden könnte. Wären in der Bedieneinheit 1 für den Fahrer und/oder dem Gehäuse 5 mit dem Geschwindigkeitspedal (oder sonst irgendwo) wärme­ empfindliche Elemente, dann könnte selbstverständlich das Luftkanal- und Ventilsystem so modifiziert werden, daß es im Rahmen dieser Erfindung den Luftstrom zu den Bestandteilen, die gekühlt werden müssen, führt.

Um die Leistung oder den Wirkungsgrad der Kühlung des Gehäuses 8 mit den elektrischen Bauelementen zu erhöhen, ist es mög­ lich, ein (nicht gezeigtes) zusätzliches Gebläse in diesem Gehäuse anzuordnen, um den Luftstrom in das Gehäuse 8 mit den elektrischen Bauelementen hinein und aus diesen durch die Öffnung 50 heraus zu verstärken.

Man sieht, daß von den Fahr- und Pumpmotoren 10 und 12 er­ zeugte Wärme einem nützlichen Zweck dienen kann, d. h. der Erwärmung der kritischen Bestandteile des Fahrzeuges, wo­ durch eine Kondensation in extrem kalten Umgebungen verhin­ dert wird. Außerdem kann die Ölleitung 82, welche das Kraft­ steuersystem des Fahrzeuges versorgt, durch die Kammer 32 geleitet und deshalb durch die Heißluft erwärmt werden, die bei ihrem Rücklauf zu den Motoren 10 und 12 durch die Kammer streicht. Es gibt keine Notwendigkeit für eine Tauchwärme­ einrichtung im Öltank.

Claims (9)

1. Elektrisches Fahrzeug, welches sowohl in kalter als auch in warmer Umgebung betrieben werden kann und mindestens einen elektrischen Motor und mindestens eine Steuerein­ richtung mit elektrishen Teilen sowie einen Luftkreis­ lauf bildende Luftkanäle mit einem Gebläse zum Belüften dieser Steuereinrichtung aufweist, um die darin befindli­ chen elektrischen Bauelemente auf einer bestimmten Tempe­ ratur zu halten, gekennzeichnet durch

• a) einen Luftkanal (15, 16, 27, 28) zum Zuführen von war­ mer Luft aus dem Gehäuse des elektrischen Motors (10, 12) zu der Steuereinrichtung (8, 5, 1),
• b) einen Luftkanal (30, 31, 33, 34) zum Zurückführen von Luft aus der Steuereinrichtung (8, 5, 1) zu dem Motor (10, 12),
• c) mindestens ein Gebläse (70, 80, 81) zum Bewegen der Luft durch die Luftkanäle (15, 16, 27, 28, 30, 31, 33, 34) und
• d) temperaturabhängige Schalter (60, 61) und Ventile (25, 42) zum Auslassen von warmer Luft aus dem Luftkanal (15, 16, 30, 31) in die äußere Atmosphäre, wenn die Temperatur in der Steuereinrichtung (8, 5, 1) einen vorbestimmten Wert übersteigt.

2. Elektrisches Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es einen elektrischen Fahrmotor (10) und einen elektrischen Pumpmotor (12) aufweist und daß Luft­ kanäle (15, 16, 27, 28) von beiden Motoren (10, 12) zu den Steuereinrichtungen (8, 5, 1) vorgesehen sind.

3. Elektrisches Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Steuereinrichtungen ein Gehäuse (8) mit elektrischen Bauelementen, ein Gehäuse (5) mit einem Geschwindigkeitspedal und eine Bedieneinheit (1) für den Fahrer umfassen.

4. Elektrisches Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ventile (25, 42) vor­ gesehen sind, um die Luftkanäle (15, 16, 33, 34) mit der äußeren Atmosphäre zu verbinden.

5. Elektrisches Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Absperrventil (42) vorge­ sehen ist, um den Zustrom von Luft aus der äußeren Atmos­ phäre in mindestens einen der Luftkanäle (33, 34) zu unter­ brechen.

6. Elektrisches Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Absperrventil (25) vorgesehen ist, um den Zu­ strom von Luft aus dem Gehäuse (8) mit elektrischen Bau­ elementen zu dem Gehäuse (5) mit dem Geschwindigkeitspedal und zu der Bedieneinheit (1) für den Fahrer zu unterbrechen.

7. Elektrisches Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ventilklappe (47) des Ventils (25) mit dessen Absperrklappe (44) mechanisch gekoppelt ist.

8. Elektrisches Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (8) mit elektrischen Bauelementen zwei Öffnungen enthält, von denen die eine mit der Bedien­ einheit (1) für den Fahrer und dem Gehäuse (5) mit dem Geschwindigkeitspedal und die andere (50) mit der äußeren Atmosphäre verbunden ist, und daß die Ventilklappe (47) und die Absperrklappe (44) des Ventils (25) entweder die eine oder die andere der Öffnungen verschließen.

9. Elektrisches Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (25, 42) durch Elektromagnete (45, 46) steuerbar sind.