DE4042041A1

DE4042041A1 - Fahrantrieb fuer flurfoerderfahrzeuge

Info

Publication number: DE4042041A1
Application number: DE4042041A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Schuckert; Harald Dipl Ing Oestmann
Original assignee: Jungheinrich AG
Current assignee: Jungheinrich AG
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1992-07-02
Also published as: EP0492070A1; DE59107159D1; EP0492070B1; DE4042041C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrantrieb für Flurförder fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Flurförderfahrzeuge mit elektrischem Antrieb verwenden normaler weise Reihenschlußmotoren wegen ihres hohen Anfahrmoments. Reihen schlußmotoren haben indessen die Eigenschaft, daß ihre Drehzahl stark von der Belastung abhängig ist. Wird zum Beispiel eine Endgeschwindigkeit ohne Last von 8 km/h erhalten, stellt sich mit Last eine Endgeschwindigkeit von 5 km/h ein. Motorgetriebene Deichselfahrzeuge, bei denen der Fahrer mit dem Fahrzeug mit läuft und es über eine Deichsel kontrolliert, müssen naturgemäß eine Maximalgeschwindigkeit von zum Beispiel 6 km/h einhalten.

Eine Drehzahlbegrenzung ist auch aus Sicherheitsgründen erforderlich. Bei Verwendung eines Reihenschlußmotors läßt sich ohne weitere Maßnahmen eine Drehzahlbegrenzung zumin dest dann nicht erreichen, wenn der Motor von der Leistung her so ausgelegt ist, daß er auch bei Teil- oder Vollast wenigstens in der Ebene die Endgeschwindigkeit erreichen soll.

Es ist bekannt, bei Deichselfahrzeugen einen Nebenschluß- oder Doppelschlußmotor einzusetzen. Nachteilig ist, daß die Drehzahl stark lastabhängig ist und sich eine schlechte Dosierbarkeit für die Gegenstrombremsung ergibt. Nachteilig ist ferner eine höhere Restwelligkeit, die un erwünschte Geräuschentwicklungen im Motor hervorruft. Neben- und Doppelschlußmotoren zeichnen sich auch durch ein relativ schwaches Anfahrmoment aus. Ist ein höheres Anfahrmoment gewünscht, muß der Motor überdimensioniert werden, was mit entsprechenden Kosten verbunden ist.

Es ist ferner bekannt, die Drehzahl des Antriebsmotors zu erfassen, beispielsweise mit Hilfe eines Tachogenerators oder einem Inkrementalgeber und mit Hilfe eines Reglers die Drehzahl zu begrenzen, wenn sie einen vorgegebenen Wert erreicht hat, indem die Motorspannung reduziert wird. Dies geschieht üblicherweise durch eine entsprechende An steuerung eines elektronischen Leistungsschalters, der den Motor pulsweise mit der Gleichspannungsquelle verbindet. Die Einstellung der Spannung erfolgt üblicherweise durch eine Pulsbreitenmodulation. Eine derartige Drehzahlsteue rung ist jedoch verhältnismäßig aufwendig.

Schließlich ist bekannt, Lastsensoren vorzusehen, welche die Antriebssteuerung derart beeinflussen, daß eine vorge gebene Endgeschwindigkeit eingehalten wird. Auch in diesem Fall ist der Aufwand für die Elektronik und für die Senso ren relativ hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahran trieb für Flurförderfahrzeuge mit einem Gleichstrommotor zu schaffen, bei dem mit einem Mindestaufwand an Schal tungsmitteln eine automatische Drehzahlbegrenzung erhalten wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichnungs teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Fahrantrieb wird der in seinen Antriebseigenschaften und im Aufwand günstige Reihenschluß motor verwendet. Eine erste Meßvorrichtung mißt die Anker spannung und eine zweite den Motorstrom. In einer Ver gleichsstufe wird der Quotient aus dem jeweiligen Anker spannungswert und dem Stromwert mit einem Referenzwert verglichen. Eine Begrenzungsstufe erzeugt ein Begren zungssignal, wenn der Quotient eine vorgegebene Beziehung zum Referenzwert erreicht. Ist dies der Fall, wird das Stellsignal nach Maßgabe des Bregrenzungssignals modifi ziert. Das Stellsignal, das zum Beispiel von einer handbe tätigten Stellvorrichtung erzeugt wird, steuert zum Bei spiel einen elektronischen Schalter (Leistungstransistor, Thyristor oder dergleichen) dergestalt, daß die Pulsbrei ten entsprechend der Leistungsanforderung eingestellt werden. Wird nun festgestellt, daß das Verhältnis von Ankerspannung zu Motorstrom einen bestimmten Wert erreicht, wird beim erfindungsgemäßen Fahrantrieb das Stellsignal verändert, zum Beispiel reduziert, bis zum Beispiel der Quotient unterhalb des Referenzwertes liegt, was bedeutet, daß die Drehzahl einen Grenzwert nicht überschreitet.

Bei der Erfindung wird die Tatsache ausgenutzt, daß in der Maschinengleichung,

U_A = I_AR_A + U_i,

die gemessene Ankerspannung U_A einen drehzahlproportiona len Anteil enthält, nämlich die induzierte Gegen-EMK,

U_i = C₁Φ₁·n.

Der Quotient aus Ankerspannung und Motorstrom ist mithin ein Indikator für die Drehzahl.

Der Referenzwert ist nach den Gegebenheiten des Fahran triebs und des Fahrzeugs zu ermitteln. So kann der Refe renzwert aus dem Quotienten von Ankerspannung und Motor strom gebildet werden, der unter Last und bei zulässiger Motordrehzahl gebildet ist. So kann der Referenzquotient zum Beispiel bei der Geschwindigkeit von 6 km/h und bei Vollast ermittelt und gebildet werden.

Ankerspannung und Motorstrom können als Augenblickswerte gemessen und verarbeitet werden. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn die Messung jeweils kurz vor dem Aus schaltzeitpunkt des elektronischen Leistungsschalters er folgt. Der Grund liegt darin, daß Strom und Spannung am Ende eines Schaltimpulses am größten sind. Alternativ können zur Ermittlung des Quotienten aus den Meßwerten von Ankerspannung und Motorstrom Mittelwerte gebildet werden.

Die Modifizierung des Stellsignals erfolgt zum Beispiel inkremental, indem das Stellsignal um konstante Inkremente verändert wird. Alternativ können die Inkremente aus der Differenz von Ist- und Referenzquotient gebildet werden. Damit keine Spannungsreduzierung zu Zeitpunkten erfolgt, in denen sie gar nicht erwünscht ist, ist es nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn das Begrenzungssignal nur erzeugt wird, wenn das Stellsig nal eine vorgegebene Größe erreicht und/oder der Motor strom kleiner ist als ein vorgegebener Wert (Sättigungs wert) und/oder das Stellsignal kleiner ist als ein vor gegebener Höchstwert.

Bei dem erfindungsgemäßen Fahrantrieb kann in vorteilhafter Weise ein Reihenschlußmotor verwendet werden, ohne daß zusätzliche Sensoren zur Drehzahlerfassung erforderlich sind. Die Steuerung des Fahrzeugs kann unmittelbar über die Anschlußklemmen erfolgen, d. h. ein Eingriff in den Aufbau der Motorsteuerung ist nicht erforderlich. Der Aufwand für den erfindungsgemäßen Fahrantrieb ist daher minimal.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Fahrantriebs nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Drehzahlbegrenzung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt die Drehzahlkennlinie des Gleichstrommotors nach Fig. 1.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm der Spannungsimpulse für die Mo torspannung.

Ein Gleichstromreihenschlußmotor 10 liegt über eine Trei berstufe 12 an den Klemmen zum Beispiel einer Batterie. Die Treiberstufe 12 enthält die Motorsteuerung, beispiels weise in Form eines elektronischen Schalters, über den pulsweise die Spannung an den Motor 10 angelegt wird (siehe Fig. 4). Die Spannung wird zum Beispiel durch eine Pulsbereiten-Modulation geregelt. Die Vorgabe der Spannung erfolgt über ein Stellsignal, das über die Leitung 14 auf die Treiberstufe 12 gegeben wird. Das Stellsignal wird über eine Hochlaufstufe 16 und eine Drehzahlbegrenzungs stufe 18 von zum Beispiel einem handbetätigten Geber vor gegeben, dessen Signal (Sollwert) über die Leitung 20 in die Hochlaufstufe 16 eingegeben wird. Die Hochlaufstufe 16 verzögert das Stellsignal, das über die Leitung 22 auf die Drehzahlbegrenzungsstufe 18 gelangt.

Eine erste Meßvorrichtung 24 mißt die Ankerspannung UA des Motors 10, und das Meßsignal gelangt über die Leitung 26 auf einen Eingang der Drehzahlbegrenzungsstufe 28. Eine zweite Meßvorrichtung 28 mißt den Motorstrom I, und das Ausgangssignal gelangt über eine Leitung 30 auf einen Ein gang der Drehzahlbegrenzungsstufe. Der Aufbau der Dreh zahlbegrenzungsstufe 18 geht näher aus Fig. 2 hervor.

Fig. 1 zeigt eine logische Schaltungsanordnung mit einem ersten Komparator 32, in dem ein Referenzstellsignal mit einem ersten Stellsignal verglichen wird. Ein zweiter Kom parator 34 vergleicht ein Ist-Stellsignal mit einem Soll- Stellsignal. Ein dritter Komparator 36 vergleicht einen Referenzstrom mit dem gemessenen Motorstrom. Ein vierter Komparator 38 vergleicht einen Quotienten Q₂ mit einem Referenzquotienten Q₁. Die digitalen Ausgänge der Kompara toren 32 bis 38 werden auf ein Und-Glied 40 geschaltet.

In einer Quotientenbildungsstufe 42 wird der Quotient aus der Ankerspannung und dem Motorstrom gebildet und mit einem Faktor K multipliziert, der von der Stufe 44 auf einen Eingang der Quotientenbildungsstufe 42 gegeben wird. In den zweiten Eingang des vierten Komparators 38 wird ein Referenzquotient Q₁ von der Stufe 46 gegeben. Der Referenz quotient ist zum Beispiel ein Quotient aus Ankerspannung und Motorstrom in einem Arbeitspunkt P₂ (siehe Fig. 3), in dem die Drehzahl und damit die Geschwindigkeit einen Maxi malwert hat, zum Beispiel 6 km/h unter Vollast. P₁ in Fig. 3 zeigt den Arbeitspunkt unter Vollast und einer Steigung der Fahrbahn, die beim Arbeitspunkt P₂ horizontal ver läuft.

Das auf die Komparatoren 32 und 34 gegebene Stellsignal gelangt über eine Leitung 48 auch auf einen Schalter 50, der im Normalbetrieb geschlossen ist, so daß das Stell signal von der Hochlaufstufe 16 unmittelbar auf den Treiber 12 gelangt. Sind im Und-Glied 40 indessen alle Bedingungen erfüllt, wird der Schalter umgelegt und der Kontakt 52 schließt, so daß nunmehr eine Modifizierung des Stellwerts stattfindet. Der jeweilige Stellwert S wird in einem Speicher 54 gespeichert und gelangt auf eine Summierstufe 56, deren Ausgangssignal auf die Leitung 14 gegeben wird. Eine Inkrementenstufe 58 gibt zum Beispiel ein konstantes negatives Inkrement auf die Summierstufe 56, so daß das Stellsignal S inkremental verringert wird bis die Und- Bedingungen am Und-Glied 40 nicht mehr erfüllt ist und Kontakt 52 öffnet und Kontakt 60 wieder schließt.

Der Komparator 32 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn das Stellsignal von der Hochlaufstufe 16 größer ist als der Referenzstellwert. Der Referenzstellwert ist zum Beispiel 30% des gesamten Stellbereichs. Der Komparator 34 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn das Stellsignal von der Hochlauf stufe 16 kleiner ist als der Sollwert. Der Komparator 36 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn der Motorstrom kleiner ist als ein Referenzstrom. Der Referenzstrom entspricht dem Sättigungsstrom, wodurch sichergestellt ist, daß eine Drehzahlbegrenzung nur außerhalb des Sättigungsbereichs des Motors erfolgt. Der Komparator 38 schließlich erzeugt ein Ausgangssignal, wenn der Referenzquotient Q₁ kleiner ist als der Quotient Q₂. Durch die zusätzlichen Bedingungen aus den Komparatoren 32, 34, 36 wird sichergestellt, daß eine Spannungsreduzierung nicht erfolgt, wenn eine Dreh zahlbegrenzung gar nicht erforderlich oder sogar schädlich wäre.

Statt eines konstanten Inkrements kann dieses auch aus der Differenz Q₂-Q₁ abgeleitet werden.

Mit Hilfe der Meßvorrichtungen 24, 28 kann eine Augen blicksmessung vorgenommen werden, wobei Ankerspannung und Motorstrom nahezu zeitgleich gemessen werden, zum Beispiel innerhalb von 50µs, und zwar im eingeschalteten Zustand des Leistungsschalters oder Treibers 12, vorzugsweise nahe am Ende eines Impulses, wie in Fig. 4 angedeutet. Der Zeit punkt t_meß liegt zum Beispiel 100µs vor dem Ende des Im pulses. Zum Vergleich: Eine Periode beträgt zum Beispiel 5 ms.

Claims

1. Fahrantrieb für Flurförderfahrzeuge, mit einem Gleich strommotor, der über einen elektronischen Leistungs schalter an eine Stromquelle angeschlossen ist, der ein Stellsignal von einer vorzugsweise handbetätigten Stell vorrichtung erhält, und einer Begrenzungsvorrichtung, die die Drehzahl des Gleichstrommotors automatisch be grenzt, wenn sie einen vorgegebenen Höchstwert erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichstromreihenschluß motor (10) vorgesehen ist, eine erste Meßvorrichtung (24) die Ankerspannung (UA) und eine zweite Meßvorrich tung (28) den Motorstrom (I) mißt, in einer Vergleichs stufe (38) der Quotient (Q₂) aus dem jeweiligen Anker spannungswert (U_A) und dem Stromwert (I) mit einem Referenzwert (Q₂) verglichen wird, in einer Begrenzungs stufe (18) ein Begrenzungssignal erzeugt wird, wenn der Quotient (Q₂) eine vorgegebene Beziehung zum Referenz wert (Q₁) erreicht und das Stellsignal (S) nach Maßgabe des Begrenzungssignals modifiziert wird.

2. Fahrantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzwert (Q₁) aus dem Quotienten von Anker spannung und Motorstrom unter Last und bei zulässiger Motordrehzahl gebildet ist.

3. Fahrantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Messung von Ankerspannung (U_A) und Motor strom (I) kurz vor dem Ausschaltzeitpunkt des elektri schen Leistungsschalters (12) erfolgt.

4. Fahrantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß aus den Meßwerten von Ankerspannung und Motor strom Mittelwerte gebildet werden und der Quotient aus dem Mittelwert gebildet ist.

5. Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellsignal (S) mit vorgegebe nen Beträgen schrittweise verändert wird.

6. Fahrantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß konstante Beträge vorgegeben sind.

7. Fahrantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beträge aus der Differenz von Ist-Quotient (Q₂) und Referenzquotient (Q₁) gebildet sind.

8. Fahrantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Begrenzungssignal nur erzeugt wird, wenn das Stellsignal eine vorgegebene Größe er reicht und/oder der Motorstrom kleiner ist als ein vor gegebener Wert und/oder das Stellsignal kleiner ist als ein vorgegebener Höchstwert.