DE4219787C1 - Fahrzeug mit batterie-elektrischem Fahr-Antrieb, insbesondere Hublader - Google Patents
Fahrzeug mit batterie-elektrischem Fahr-Antrieb, insbesondere HubladerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit batterie
elektrischem Fahrantrieb, insbesondere Hublader, nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Fahrzeuge sind in zahlreichen unterschiedlichen
Ausführungsformen bekannt geworden. Es sei u. a. auf die
EP-A-0 072 233 verwiesen. Die Batterie speist sowohl den
Fahrantrieb als auch den Antrieb für mindestens eine Hy
draulikpumpe, welche die hydraulischen Systeme versorgt.
Hierzu gehört mindestens eine hydraulische Arbeitseinrich
tung, beispielsweise eine Hubzylinderanordnung für ein
Hubgerüst. Hierzu kann jedoch auch eine Lenkhilfskraft
unterstützungseinrichtung gehören.
Die Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers von der
Pumpe aus erfolgt üblicherweise über ein Wegeventil, über
das der zum Verbraucher fließende Volumenstrom eingestellt
wird. Die Pumpe ist dabei so anzutreiben, daß ein gewünsch
ter Volumenstrom auch tatsächlich erreicht wird. Falls
keine besondere Steuerung vorgesehen ist, ist erforder
lich, die Pumpe mit maximaler Drehzahl bzw. maximaler Lei
stung zu betreiben. Ist das Wegeventil jedoch nur teilwei
se geöffnet, entstehen erhebliche Drosselverluste. Bei Ne
benfunktionen, d. h. bei kleineren hydraulischen Verbrau
chern, sind die Drosselverluste infolge der sehr geringen
erforderlichen Fördermenge sehr hoch.
Aus dem Prospekt "DANFOSS Hydraulische Lenkungskomponenten",
Seiten 23 und 24, aus dem Jahr 1980,
ist bereits bekannt geworden, eine elektromotorisch ange
triebene Verstellpumpe über ein sogenanntes Load sensing-
Signal zu steuern. Ein Load sensing-Signal entspricht dem
Druck z. B. hinter dem Lenkventil oder dem Wegeventil, das
seinerseits manuell betätigt ist und die Anforderung des
Bedieners an das Hydrauliksystem darstellt.
Aus der EP-A-0 251 290 ist ferner bekannt geworden, ein
Signal, ausgehend von einer hydraulischen Lenkeinrichtung,
das abhängig ist von dem in einer Steuersignalleitung hin
ter dem Lenkventil geführten Druck, auf die Impuls
steuerung eines elektrischen, die Pumpe antreibenden Mo
tors zu geben. Elektromotoren für den Fahrantrieb und/oder
die Hydraulikpumpe sind üblicherweise Gleichstrommotoren,
die über einen Impulsbetrieb gesteuert werden. Mit Hilfe
der Impulssteuerung läßt sich eine gute Drehzahlregelung
vornehmen. Daher kann zur Regelung des Volumenstroms eine
Konstantförderpumpe verwendet werden, wobei der Volumen
strom dann abhängig ist von der Motordrehzahl. Es ist im
übrigen auch bereits bekannt, bei derartigen Impulssteu
erungen bei Nebenhydraulikantrieben die Pumpe konstant an
zusteuern, d. h. auf einen maximal erforderlichen Volumen
strom, wobei eine Feinsteuerung über die Drosselung im We
geventil erfolgt. Bei einer Hubzylinderanordnung erfolgt
deren Ansteuerung in Abhängigkeit von der Ventilhebelstel
lung. Auch bei derartigen Hydrauliksystemen lassen sich
Drosselverluste nicht vermeiden. Bei den bereits erwähnten
Nebenantrieben richtet sich die konstante Teilmenge der
Pumpe nach der für den jeweiligen Antrieb maximalen Ge
schwindigkeit. Niedrigere Geschwindigkeiten werden über
Drosselung der überflüssigen Fördermenge realisiert. Bei
dem hydraulischen Antrieb eines Arbeitszylinders, bei
spielsweise eine Hubzylinderanordnung, richtet sich die
Fördermenge der Pumpe nach der Ventilhebelstellung. Der
Ventilhebel ist z. B. mit einem Potentiometer gekoppelt,
dessen Signal auf die Impulssteuerung gegeben wird. Weil
jedoch die Störgrößen, wie Lastdruck, Reibung usw., nicht
erfaßt werden, muß die Fördermenge größer sein als der
tatsächlich benötigte Volumenstrom. Überschüssiger Volu
menstrom wird daher im Wegeventil gedrosselt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit
batterie-elektrischem Fahrantrieb, insbesondere Hublader,
zu schaffen, bei dem der Wirkungsgrad des Arbeitshydrau
likkreises verbessert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentan
spruchs 1.
Bei der Erfindung wird die Fördermenge auf den erforderli
chen Volumenstrom eingeregelt. Drosselverluste entstehen
nicht, weil Störgrößen mit erfaßt werden. Der Druck stellt
sich auf den Druck des Verbrauchers plus dem Druckverlust
ein. Dies geschieht erfinderungsgemäß dadurch, daß eine
Druckdifferenz ermittelt wird aus dem Ausgangsdruck der
Pumpe und dem Druck hinter dem Steuerventil. Dieser Diffe
renzdruck, der mit Hilfe eines geeigneten Sensors gemessen
wird, wird umgewandelt in ein Istwertsignal, das zusammen
mit einem vorgegebenen Sollwert auf einen Regler gegeben
wird. Das Stellsignal des Reglers wird dann auf die Im
pulssteuerung geschaltet. Bei einer vorgegebenen Einstel
lung des Ventils hängt die Druckdifferenz von dem von der
Pumpe kommenden Volumenstrom ab. Ist dieser gering, ist
auch die Druckdifferenz gering und im Regler entsteht eine
relativ hohe Regelabweichung die zur Folge hat, daß über
die Impulssteuerung die Drehzahl des Pumpenmotors erhöht
wird. Die Drehzahl wird solange erhöht, bis Ist- und Soll
wert gleich sind, d. h. die gemessene Druckdifferenz einen
Mindestwert erreicht. Ändert sich nunmehr die Ventilstel
lung, wird diese als Störgröße behandelt, welche nunmehr
auszuregeln ist. Mit anderen Worten, mit der Erfindung
wird ein Regelsystem zur Verfügung gestellt, das die Pumpe
nur auf diejenige Leistung steuert, die tatsächlich abge
fragt wird. Eine überschüssige Fördermenge wird nicht mehr
erzeugt. Verluste treten nur noch als Druckverluste in den
Leitungen und den Ventilen auf. Die Erfindung ermöglicht
mithin den Betrieb eines Hydrauliksystems mit optimalem
Wirkungsgrad.
Dem Ventil ist vorzugsweise eine Druckwaage zuzuordnen,
die immer dann anspricht, wenn der Pumpendruck gegenüber
dem Lastdruck zu hoch ist. Das kann z. B. durch schlagarti
ges Schließen des Wegeventils erfolgen, weil die Pumpen
drehzahl nicht schnell genug heruntergeregelt werden kann.
Für die Differenzdruckmessung bieten sich verschiedene Lö
sungen an. Eine besteht erfindungsgemäß darin, daß ein von
beiden Drücken beaufschlagtes bewegliches Element vorge
sehen ist, dessen Position erfaßt und in ein elektrisches
Differenzdrucksignal umgewandelt wird. Das bewegliche Ele
ment kann z. B. ein Kolben sein, der in einem Zylinder mit
tels Federn in einer Neutralstellung gehalten wird. Es ist
auch möglich, eine von beiden Seiten mit Druck beauf
schlagte Membran oder dergleichen vorzusehen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen
näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs be
kannter Pumpensteuerungen.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm mit einem Hydrauliksystem nach
der Erfindung.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Hydrauliksystems
nach der Erfindung.
Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft
einen batteriebetriebenen Hublader, dessen Hubgerüst min
destens einen Hubzylinder aufweist. Er ist in Fig. 3 mit
10 bezeichnet. Er dient zum Anheben einer Last, darge
stellt durch Pfeil 12, z. B. mit Hilfe eines geeigneten
Lastaufnahmemittels. So wird z. B. eine Last in ein Regal
eingestapelt oder aus dem Regal herausgeholt. Die Versor
gung des Hydraulikzylinders erfolgt durch eine Motorpum
peneinheit 14, welche aus einem impulsgesteuerten Gleich
strommotor und einer Konstantförderpumpe besteht. Derarti
ge Einheiten sind bekannt. Die Impulssteuerung wird durch
den Block 16 repräsentiert. Zwischen der Pumpe 14 und dem
Hubzylinder 10 ist ein Steuerventil 18 geschaltet, das
z. B. durch einen Handhebel am Hublader betätigbar ist.
Dies ist angedeutet durch den Pfeil 20. Durch Betätigung
des Ventils 18 erfolgt mithin eine Verstellung des Hubzy
linders 10, wobei das Ausmaß der Verstellung des Ventils
18 die Geschwindigkeit bestimmt, mit der der Hubzylinder
die Last 12 bewegt. Es versteht sich, daß in einem Hubla
der auch andere hydraulische Verbraucher vorgesehen sind,
die entsprechend versorgt werden. Daher gilt die Beschrei
bung zu den Fig. 1 bis 3 exemplarisch für alle anderen
Hydrauliksysteme eines Hubladers.
Es wurde bereits erläutert, daß bekannt ist, die Impuls
steuerung des Pumpenmotors abhängig zu machen von der
Stellung des Ventilhebels. Da jedoch sichergestellt werden
muß, daß die eingestellte Leistung der Pumpe tatsächlich
erreicht wird, wird ein entsprechend höherer Volumenstrom
gewählt. Dies ist in Fig. 1 zu erkennen. In Fig. 1 ist der
Druck über der Fördermenge der Hydraulikpumpe aufgetragen.
Aufgrund von Verlusten in Leitungen und Ventilen stellt
sich an der Last, z. B. dem Hydraulikzylinder 10, ein ver
minderter Druck pLast ein. Die tatsächlich benötigte För
dermenge entspricht Qerf. Da sich die Störgrößen, wie
Lastdruck, Reibung usw. nicht ohne weiteres erfassen las
sen, wird die Fördermenge QSteuer höher gewählt als der
erforderliche Volumenstrom Qerf. Mithin liegt ein mehr
oder weniger großer Bereich vor, in dem Drosselverluste
auftreten. Sie werden nur dann minimiert, wenn das Ventil
18 voll geöffnet ist und die Pumpe mit maximaler Förder
menge Qmax fördert.
In Fig. 3 ist ein Differenzdruckmesser 22 vorgesehen, der
mit dem Ausgang der Pumpe 14 und mit der Leitung hinter
dem Ventil 18 verbunden ist. Der Druckmesser 22, der bei
spielsweise einen Differenzdruckkolben oder eine Diffe
renzdruckmembran aufweist, wobei die Verstellung des Kol
bens bzw. der Membran in ein elektrisches Signal umgewan
delt wird, mißt den Druckabfall über das mehr oder weniger
geöffnete Ventil 18. Der Differenzdruck wird verglichen
mit einem Sollwert 24, wonach ein Regler 26 nach Maßgabe
der Regelabweichung ein Stellsignal auf die Impulssteue
rung 16 gibt. Der Sollwert ist konstant und entspricht
z. B. der Druckdifferenz des Ventils bei vollständig geöff
neter Stellung und maximalem Pumpenvolumenstrom. Es ist
erkennbar, daß die Fördermenge der Pumpe 14 auf den erfor
derlichen Volumenstrom Qerf eingeregelt wird. Drosselver
luste entstehen nicht, weil die Störgrößen mit erfaßt wer
den. Der Pumpendruck stellt sich auf den Lastdruck plus
den Druckverlusten ein. Bei der beschriebenen Regelung ist
die durch die Ventilstellung angeforderte Fördermenge ein
Systemparameter. Eine Änderung der Ventilstellung wird wie
eine Störgröße behandelt.
Aus Fig. 2 ergibt sich, daß die Druckverluste des Hydrau
liksystems insgesamt minimal sind.
Claims (4)
1. Fahrzeug mit batterie-elektrischem Fahrantrieb, insbe
sondere Hublader, mit einer Hubzylinder-Anordnung für
ein Hubgerüst, einer Hydraulikpumpe, einem Elektromotor
für die Pumpe, dessen Drehzahl über eine Impulssteue
rung gesteuert wird und einem Steuerventil zwischen
Pumpe und Hubzylinderanordnung, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Differenzdruckmesser aus dem Druck am Ausgang
der Pumpe (14) und hinter dem Steuerventil (18) ein
Differenzdrucksignal bildet und ein Regler (26) aus dem
Vergleich des Differenzdrucksignals mit einem vorge
gebenen Sollwert (24) eine Stellgröße für die Impuls
steuerung (16) bildet.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Sollwert (24) konstant ist.
3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Sollwert (24) der Druckdifferenz entspricht,
die bei voll geöffnetem Steuerventil (18) über dem
Steuerventil (18) bei vollem Pumpenvolumenstrom (Qmax)
herrscht.
4. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Differenzdruckmesser (22) ein von
beiden Drücken beaufschlagtes bewegliches Element ent
hält, dessen Position erfaßt und in ein elektrisches
Differenzdrucksignal umgewandelt wird.
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