DE3713648A1 - Hydraulische hubvorrichtung - Google Patents

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.