DE3713648A1 - Hydraulische hubvorrichtung - Google Patents
Hydraulische hubvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Hubvorrichtung für Hubeinrichtungen,
die auf batteriegetriebenen Fahrzeugen aufgebaut sind, mit einem Kolben-
Zylinder-Aggregat zum Anheben und Absenken der Hubeinrichtung, einem Be
hälter, der Druckgas enthält zum Vorbelasten des Kolben-Zylinder-Aggregates,
und mit einer hydraulischen Pumpe, die von einem Elektromotor getrieben
wird und mit einem System von Rohrleitungen verbunden ist zur Betätigung
des Kolben-Zylinder-Aggregates.
Bei batteriegetriebenen Fahrzeugen ist es wichtig, die für das Fahren und
das Heben erforderliche Energie zu begrenzen. Es wurde daher u.a. vorge
schlagen, solche Fahrzeuge mit einem regenerativen Bremssystem zu versehen,
durch welches der Antriebsmotor wirksam als elektrischer Generator benutzt
werden kann. Hinsichtlich der Hubeinrichtung jedoch sind solche Systeme
weniger effektiv bei der Rückgewinnung von der Hubeinrichtung zugeführter
Energie, hauptsächlich wegen dem geringen Batterie-Wiederaufladungs-Effekt
infolge der geringen Hub- und Absenkgeschwindigkeiten, die meist aus
Sicherheitsgründen eingehalten werden müssen. Eine andere Methode zum Be
schränken des Energieverbrauchs in solchen Fahrzeugen besteht darin, das
tote Gewicht der Hubeinrichtung mit einem Gegengewicht auszugleichen, so
daß nur das nutzbare Gewicht angehoben werden muß. Diese Lösung führt je
doch zu einer Erhöhung des Gesamtgewichtes des Fahrzeuges und führt zu
strukturellen Problemen, weil solche Fahrzeuge oft teleskopische Hubsäulen
haben. Ferner wird der Schwerpunkt des Fahrzeuges auf ein höheres Niveau
als Folge des Gegengewichtes angehoben, was zu Stabilitätsproblemen führt.
Nach einem weiteren Vorschlag wird das hydraulische System der Hubein
richtung vorgespannt, um einen ähnlichen Effekt wie durch ein mechanisches
Gegengewicht zu erreichen. Eine solche Lösung ist in dem Deutschen Patent
Nr. 22 26 632 beschrieben, wobei ein hydraulischer Druckbehälter vorge
sehen ist, durch welchen die potentielle Energie der Last teilweise in
Druckenergie im Tank umgeformt werden kann. Die hierdurch eingesparte Energie
wird jedoch durch die zusätzlichen Kosten eine solchen Systems aufgehoben.
Dieses System benötigt nämlich eine relativ große Menge von Rohrleitungen
und entsprechende Ventile und es muß ferner für höhere Drücke als normal
ausgelegt sein. Diese Nachteile werden vergrößert, wenn eine Fernsteuerung
erforderlich ist, d.h. wenn das System von einer Kabine aus betätigt wird,
welche die Bewegung der Hubgabeln solcher Fahrzeuge mitmacht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Hubvorrichtung für die Hubanlage
eines batteriegetriebenen Hubfahrzeuges zu schaffen, durch welche die
obengenannten Nachteile, jedenfalls im wesentlichen, vermieden werden
und durch welche Energie von gehobenen Lasten einfacher wiedergewinnbar
ist, als bei bisherigen Einrichtungen dieser Art. Die Hubvorrichtung
soll ferner das Gewicht des Fahrzeuges möglichst nicht erhöhen und auch
keinen zusätzlichen Platz erfordern.
Nach der Erfindung wird dies erreicht durch eine Hubvorrichtung mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend an
hand der Zeichnung erläutert, in der
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Industrie-Hubwagens zeigt, der mit einer
Hubvorrichtung nach der Erfindung ausgerüstet ist.
Fig. 2 zeigt im Querschnitt ein Kolben-Zylinder-Aggregat, das einen Teil
der erfindungsgemäßen Hubvorrichtung bildet, wobei ferner das
hydraulische System dargestellt ist, das mit dem Kolben-Zylinder-
Aggregat zusammenarbeitet.
Der dargestellte Hubwagen kann z.B. in Warenlagern verwendet werden und er
ist daher allgemein mit einer Hubeinrichtung 11 versehen, die eine Kabine 12
für eine Bedienungsperson trägt. Die verschiedenen Lasten werden mit Hilfe
geeigneter Hubgabeln 13 gehandhabt. Die Hubeinrichtung 11 ist vertikal be
wegbar längs einer vertikalen Säule 14 montiert, welche am Chassis des
Fahrzeugs befestigt ist, wobei die Säule ferner eine Anordnung von elektrischen
Batterien 15 und elektrischen Motoren 16 trägt zum Antrieb des Fahrzeugs
und zur Ausführung der Hubfunktionen. Die Hubeinrichtung 11 wird mit Hilfe
eines Kolben-Zylinder-Aggregates 17 gehoben und abgesenkt.
Wie sich aus Fig. 2 ergibt, hat das Kolben-Zylinder-Aggregat 17 ein
Zylindergehäuse 18 und einen doppelt wirkenden Kolben 19, der im Zylinder
gehäuse 18 axial hin- und herbewegbar ist und einen Kolbenkopf 20 auf
weist, der am einen Ende einer hohlen rohrförmigen Kolbenstange 21 sitzt.
Das Kolben-Zylinder-Aggregat 17 ist mit einer zentral angeordneten Röhre 22
versehen, die sich durch eine Stirnwand 23 des Zylindergehäuses erstreckt
und axial durch das Gehäuse zur entgegengesetzten Stirnwand 24 verläuft.
Wie Fig. 2 weiter zeigt, verläuft das Rohr 22 ferner durch eine Bohrung 25
im Kolbenkopf 20 und durch die hohle Kolbenstange 21. Das Rohr 21 und der
Kolben 19 begrenzen eine innere Druckkammer 26, die von der Arbeitskammer
des Kolben-Zylinder-Aggregates durch eine geeignete Dichtung 27 getrennt
bzw. abgeschlossen ist. Die Arbeitskammer des Kolben-Zylinder-Aggregates
wird durch den Kolbenkopf 20 in eine erste Arbeitskammer 28 und eine
zweite Arbeitskammer 29 unterteilt, von denen jede einen kreisförmigen
Querschnitt hat sowie einen zusammengefaßten Einlaß-Auslaß 30 bzw. 31.
Die erste Kammer 28 wird durch das Rohr 22 und die Zylinderwand 32 ge
bildet, während die zweite Kammer 29 durch die Kolbenstange 21 und die
Zylinderwand 32 gebildet wird. Die radial äußeren Dichtungen 37 und die
radial inneren Dichtungen 27 sind im Kolbenkopf 20 so eingebaut, daß die
Abmessungen des Kolbenkopfes auf einem Minimum gehalten werden und die
gewünschte Querschnittsfläche der entsprechenden Arbeitskammern 28, 29
haben.
Die Druckkammer 26 ist im wesentlichen geschlossen und mit einem geeigneten
Gas, z.B. Stickstoff, gefüllt. Wahlweise kann die Kammer auch an eine
äußere Druckgasquelle 33 über ein Rohr 34 angeschlossen sein, um etwaige
Leckage auszugleichen. Das Volumen der Druckkammer 26 ist linear variabel
mit der Länge des Hubes des Kolbens 19, wie an sich bekannt, was bedeutet,
daß das eingeschlossene Gas eine Federkraft ausübt, die proportional zu
dem Druck ist, der in der Kammer herrscht und proportional zur Innenfläche
des Endes 35 der Kolbenstange, das axial vom Zylindergehäuse 18 absteht.
Durch geeignete Wahl dieser Variablen ist es möglich, die Federkraft dem
Totgewicht der Hubeinrichtung und ggf. auch an gegebene zusätzliche Lasten
anzupassen. Es ist ferner möglich, die Vorspannung oder Vorbelastung, die
derart auf den Kolben ausgeübt wird, mit Hilfe einfacher Mittel einzustellen.
Die dargestellte beispielsweise Ausführungsform hat hierzu ein Steuer
ventil 36 in der Rohrleitung 34, welche die Druckkammer mit einer
äußeren Druckquelle 33 verbindet. Die besten Ergebnisse wurden jedoch
erreicht, wenn die Druckkammer 26 die größtmögliche volumetrische Kapazität
in bezug auf das Hubvolumen hat, um die kleinstmögliche Differenz beim
Druck auf den Kolben 22 in seiner zurückgezogenen und ausgefahrenen
Stellung zu erhalten, wobei dies die am stärksten bevorzugte Alternative
ist. Um dem Kolben-Zylinder-Aggregat die gewünschte Dimensions-Kompakt
heit zu geben, ist es erwünscht, die gesamte Hublänge des Kolbens aus
zunutzen, was andererseits bedeutet, daß der Querschnitt der Druckkammer
26 so groß wie möglich relativ zum Querschnitt der Arbeitskammern 28, 29
ausgeführt wird. Es wurde gefunden, bezüglich der entsprechenden Innen
durchmesser D 1 und D 2 des Zylindergehäuses 18 bzw. der hohlen Kolbenstange 21,
daß zweckmäßigerweise D 2 größer als die Hälfte von D 1 ist.
Das Kolben-Zylinder-Aggregat 17 wird durch ein hydraulisches System
betätigt, das aus einfachen Komponenten aufgebaut ist, die zuver
lässig im Betrieb sind und die elektrisch in zuverlässiger Weise fern
gesteuert werden können, z.B. von einer Steuerkabine 12 der Hubanlage
aus.
Das dargestellte hydraulische System umfaßt eine einfache hydraulische
Pumpe 40, z.B. eine Zahnradpumpe mit konstanter Verdrängung, bei der
Stärke und Richtung der Strömung durch Regulierung der Drehzahl der
Zahnräder und Umkehr der Drehrichtung variiert werden können. Jede der
Arbeitskammern 28, 29 ist an die Pumpe 40 über eine entsprechende Leitung
41, 42 angeschlossen, von denen jede mit einem entsprechenden selektiv
betätigbaren Rückschlagventil 43, 44 ausgerüstet ist. Das hydraulische
System hat ferner eine Druckregeleinrichtung in Form eines festen Rück
schlagventils 45 und eines einstellbaren Rückschlagventils 46, sowie
eines Druckbegrenzungsventiles 47, durch das der Druck auf einer ge
wünschten Höhe gehalten werden kann, um z.B. Kavitation oder Druck
schwankungen zu vermeiden. Im Prinzip ist das hydraulische System voll
geschlossen und es ist daher nur ein kleiner Hydraulikbehälter 48 er
forderlich, um die Strömung auszugleichen und ggf. eine etwaige Leckage
zu kompensieren. Die Pumpe 40 wird direkt von einem Gleichstrommotor 49
angetrieben, dessen Drehzahl steuerbar ist und dessen Drehrichtung mittels
einer Steuereinrichtung 50 bekannter Bauart umgeschaltet werden kann. Die
Steuereinrichtung, vorzugsweise ein Mikroprozessor, wird von der obenge
nannten Kabine aus betätigt und ist so gebaut bzw. programmiert, daß sie
entsprechende Steuersignale u.a. an den Motor 49 und die Rückschlagventile
43, 44 aufgrund von Instruktionen vom Fahrer gibt. Hierzu sind bestimmte
Konstanten, z.B. die niederste Pumpendrehzahl, oder andere Steuerparameter
in dem Mikroprozessor programmiert, um eine Koordinierung zwischen dem
hydraulischen Druck und dem Öffnen und Schließen der Ventile 43, 44 zu er
reichen.
In Fig. 2 ist das Kolben-Zylinder-Aggregat 17 in seiner unteren Endstellung
dargestellt, wobei das Hydrauliksystem abgeschaltet ist. Wenn eine Last ge
hoben werden soll, betätigt der Fahrer einen Steuerhebel in üblicher Weise
und der Mikroprozessor antwortet hierauf durch Einschalten des Pumpenmotors,
der mit geeigneter Drehzahl in der gewünschten Drehrichtung betrieben wird.
Der Mikroprozessor öffnet dann das Ventil 44, während das Ventil 43 ge
schlossen gehalten wird. Wenn die Hubanlage in dieser Richtung angetrieben
wird, strömt das hydraulische Fluid direkt aus der zweiten Arbeitskammer 29
zur Saugseite der Pumpe. Da die Verdrängung auf dieser Seite der Pumpe
normalerweise kleiner ist, wird die hydraulische Flüssigkeit vom Tank 48
aus nachgefüllt über das Rückschlagventil 45. Das hydraulische Fluid wird
von der Pumpe zur ersten Arbeitskammer 28 über die Verbindungsleitung 41
und das Rückschlagventil 43 geführt. Wenn eine Last abgesenkt werden soll,
wird die hydraulische Pumpe in umgekehrter Richtung betätigt und wenn sie
mit geeigneter Drehzahl und Druck läuft, wird die Arbeitsstellung des
Ventils 43 umgeschaltet, während das Ventil 44 in seiner Ruheposition bleibt.
Das hydraulische Fluid, das nun die erste Kammer 28 des Kolben-Zylinder-
Aggregates verläßt, tritt in die nunmehr eingestellte rückwärtige Saugseite
der Pumpe ein. Infolge der kleineren Verdrängung in der zweiten Arbeits
kammer 29, strömt die Hydraulik-Flüssigkeit auf der Druckseite der Pumpe
auch zum Tank 48 über das verstellbare Rückschlagventil 46. Wenn eine Last
abgesenkt wird, ist normalerweise der Eingangsdruck auf der Saugseite der
Pumpe so hoch, daß die Pumpe als Motor wirkt und den Elektromotor 49 an
treibt, der seinerseits als Generator arbeitet, wenn die Drehzahl des Motors
ausreichend hoch ist. Ein wichtigeres Merkmal als das der Rückgewinnung von
Energie ist dasjenige, daß nämlich die Hubeinrichtung nunmehr elektro
mechanisch gebremst werden kann, anstatt den Fluß der Hydraulik-Flüssig
keit zu drosseln, wie das früher beim Bremsen erforderlich war. Bei der
Anwendung dieser früheren Bremsmethoden wird Energie absorbiert durch
Aufheizung des hydraulischen Öls, weshalb in diesem Fall Ölkühler er
forderlich waren und große Ölvolumen umgewälzt wurden.
Die Erfindung betrifft eine Hubeinrichtung mit geringem Energieverbrauch
und einfacher Konstruktion ohne massige oder teure Zusatzeinrichtungen.
Zusätzliche Kosten werden nur durch das zentrale Rohr und die Dichtung 27
verursacht, die zur Erzeugung der Gasfederfunktion dienen. Die übrigen
Funktionen der erfindungsgemäßen Anordnung werden mit Komponenten ausge
führt, die zum Standard bei hydraulischen Kolben-Zylinder-Aggregaten
dieser Art gehören. Die einzige zusätzliche Arbeitsfläche ist die äußere
Fläche des zentralen Rohres, die automatisch geschmiert wird. Infolge
des Ausgleichseffektes durch die eingebaute Druckkgaskammer ist es
möglich, die hydraulische Pumpe direkt an das Kolben-Zylinder-Aggregat
anzuschließen ohne komplizierte Ventile und Rückströmung zum Tank,
wobei die Bewegungen der verschiedenen Komponenten ebenso wirksam steuer
bar sind wie bisher. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Ver
wendung einfacher Ventile, die ebenso wie der Pumpenmotor, auch fernge
steuert werden können. Die verschiedenen Funktionen können mittels
moderner Mikroelektronik gesteuert werden ohne Verwendung zusätzlicher
hydraulischer Leitungen.
Claims (10)
1. Hydraulische Hubvorrichtung für eine Hubanlage (11), die auf einem
insbesondere batteriegetriebenen Fahrzeug montiert ist, mit einem
Kolben-Zylinder-Aggregat (17) zum Heben und Senken der Hubvorrichtung,
einem Druckgasbehälter zum Ausüben einer Vorbelastung auf das Kolben-
Zylinder-Aggregat, einer hydraulischen Pumpe (40), die von einem
Elektromotor angetrieben ist und mit Rohren (41, 42) versehen ist
zur Betätigung des Kolben-Zylinder-Aggregates, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kolben-Zylinder-Aggregat (17) doppeltwirkend ist und zwei
Arbeitskammern (28, 29) sowie eine Druckkammer (26) aufweist, die
gegeneinander dicht isoliert sind, ferner mit einem Zylindergehäuse (18)
und einem Kolben (19), der axial im Gehäuse (18) bewegbar ist und
einen Kolbenkopf (20) aufweist, der eine axial verlaufende Bohrung
hat, sowie eine hohle Kolbenstange (21), ferner dadurch, daß ein
Rohr (22) sich axial im Zylindergehäuse (18) durch die Bohrung
im Kolbenkopf (20) und durch den hohlen Kolben (21) erstreckt und
die Druckkammer (26) dichtend begrenzt, wodurch der Druckgasbehälter
gebildet wird.
2. Hubvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (22)
zentral in einem Ende (23) des Zylindergehäuses angeordnet ist, so daß
die Arbeitskammern einen kreisförmigen Querschnitt haben und zwischen
dem Zylindergehäuse (18) und dem zentralen Rohr (20) sowie dem Zylinder
gehäuse (18) der Kolbenstange (21) gebildet sind.
3. Hubvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Arbeitskammern (28, 29) und die Druckkammer (26) dicht gegeneinander
isoliert sind mittels Dichtungen (27, 37), die am Kolbenkopf (20)
angebracht sind.
4. Hubvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Druckkammer (26) ein kleines Volumen hat, das ausreichend
groß ist, daß der Kolben (19) seine entsprechenden Endpositionen unter
normalen Arbeitsbedingungen erreicht.
5. Hubvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Volumen der Druckkammer wesentlich größer ist
als das Volumen des Arbeitshubes des Kolben-Zylinder-Aggregates (17).
6. Hubvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innen
durchmesser (D 2) der Kolbenstange (21) größer ist als die Hälfte des
Innendurchmessers (D 1) des Zylindergehäuses (18).
7. Hubvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
hydraulische Pumpe (40) eine im wesentlichen konstante Verdrängung
hat und direkt an die Rohre (41, 42) angeschlossen ist, die sich zu
den entsprechenden Arbeitskammern (28, 29) erstrecken, und daß eine
Steuereinrichtung (50) vorgesehen ist zum Steuern der Drehzahl und
der Drehrichtung des Pumpenmotors, so daß der Fluß des Fluides durch
die entsprechenden Verbindungsrohre hinsichtlich Stärke und Richtung
veränderbar ist.
8. Hubvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein selektiv
betätigbares Rückschlagventil (43, 44) in dem Verbindungsrohr (41, 42),
das sich zwischen den entsprechenden Arbeitskammern (28, 29) und der
hydraulischen Pumpe (40) erstreckt, um den Strom des Fluides zu einer
oder beiden Arbeitskammern (28, 29) zu sperren aufgrund von Signalen
der Steuereinrichtung (50).
9. Hubvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß
das hydraulische System, welches das Kolben-Zylinder-Aggregat (17)
betätigt, Druckregler (45, 46, 47) aufweist, zum Ausgleichen von
Unterschieden in der Verdrängung auf der Druckseite und der Saugseite
des Aggregates (17).
10. Hubvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuereinrichtung (50) einen Mikroprozessor umfaßt zum Berechnen der
Zeiten, zu denen die Rückschlagventile (43, 44) in ihre entsprechenden
aktiven oder passiven Stellungen geschaltet werden auf der Basis der
Drehzahl der hydraulischen Pumpe (40) und deren Pumprichtung.
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