DE4402653C2 - Hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurförderzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich aufeine hydraulische Hubvor­ richtung für batteriegetriebene Flurförderzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei derartigen hydraulischen Hubvorrichtungen wird die Druckmittelquelle von einer Konstantvolumenpumpe gebildet, die von einem drehzahlregelbaren Elektromotor angetrieben ist. Die Drehzahl des Motors wird in Abhängigkeit von der Stellung des Ventil­ hebels gesteuert. Dadurch wird beim Heben der Last eine Änderung der Hubgeschwindigkeit ohne wesentliche Drossel­ verluste erreicht. Es ist bekannt, die Senkgeschwindigkeit ebenfalls ventilhebelstellungsabhängig zu machen, und zwar über ein Wegeventil im Senkzweig. Dabei wird die poten­ tielle Energie der Last an der Drosselstelle des Wegeven­ tils in Wärme umgesetzt und mit dem Hydraulikmedium in den Tank abgeführt. Es ist jedoch auch schon bekanntgeworden, die Motorpumpeneinheit während der Senkphase für die Über­ nahme der Lasthaltefunktion einzusetzen und einen Teil der potentiellen Energie der Last über den generatorisch ar­ beitenden Elektromotor in die Batterie zurückzuführen.

Aus der DE 36 02 510 ist eine Hubvorrichtung der eingangs genannten Art bekanntgeworden, bei der ein Reihenschluß­ motor verwendet wird. Im Druckmittelpfad ist eine Steuer­ ventilanordnung vorgesehen, die ein Proportionalventil aufweist, wobei die Hubwerksteuerung im Lastsenkbetrieb das Proportionalventil entsprechend einer Rampenfunktion öffnet und abhängig vom Ausgangsstrom der als Generator arbeitenden Gleichstrommaschine die Nutzbremsschaltung wirksam schaltet, wenn der Generatorausgangsstrom hierbei einen vorbestimmten Wert übersteigt. Über einen einge­ schränkten Bereich arbeitet mithin die beschriebene Vor­ richtung ebenfalls über eine hydraulische Drosselstelle, so daß die potentielle Energie der Last nicht rückgewonnen werden kann. Ferner entstehen bei dem Wechsel von der hy­ draulischen Steuerung der Senkgeschwindigkeit über die Drosselstelle auf eine elektrische über den Elektromotor mit der Pumpe Übergänge, die sich in einer ruckartigen Änderung der Senkgeschwindigkeit bemerkbar machen.

Aus der DE 30 18 156 ist bekanntgeworden, zum Heben und Senken regelbare Magnetventile vorzusehen zur Realisierung von Anfahr- und Bremsrampen. Zur Regelung des Motors bzw. Generators erfolgt eine Volumenstrommessung. Als Antriebs­ maschine wird ein Käfiginduktionsmotor verwendet. Ein se­ parater Senkzweig wird über ein Magnetventil geschaltet und ist zwischen der Pumpe und einem Rückschlagventil an die Saugleitung der Pumpe angeschlossen.

Aus der US 3 947 744 ist bekannt, im Senkbetrieb eine Energierückgewinnung des Hubwerks über eine separate Dreh­ strommaschine vorzusehen. Durch Steuerung des Feldes des Generators läßt sich die Bremskraft beim Absenken einstel­ len.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrau­ lische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurförder­ zeuge zu schaffen, bei der die Antriebsmaschine für die Hydraulikpumpe über den gesamten Arbeitsbereich, den die hydraulische Anlage beim Heben und Senken der Last erfor­ dert, betrieben wird, ohne daß zur Versorgung der Neben­ funktionen eine zusätzliche Motorpumpeneinheit erforder­ lich wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen.

Bei der Erfindung wird entweder eine fremderregte Gleich­ strommaschine oder eine Drehstromasynchronmaschine verwen­ det, die durch die Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der Betätigung der Ventilanordnung in ihrer Drehzahl ge­ regelt wird. Die Ventilanordnung steuert auch die Versor­ gung eines weiteren hydraulischen Verbrauchers von der Hy­ draulikpumpe. Es ist ein Senkzweig zwischen der Ventilan­ ordnung und einer Verbindung zwischen einem Rückschlagven­ til und dem Eingang der Hydraulikpumpe vorgesehen. Dadurch wird die elektrische Maschine stets in der gleichen Dreh­ richtung betrieben unabhängig davon, ob Hub- oder Senkbe­ trieb vorliegt. Der hydraulische Verbraucher kann direkt mit hydraulischer Energie aus dem Senkvorgang versorgt wer­ den, so daß Wirkungsgradverluste über zusätzliche Energie­ wandlungen vermieden werden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt eine lastun­ abhängige Steuerung der Senkgeschwindigkeit sowohl im ge­ neratorischen Betrieb der Gleichstrommaschine als auch bei einer Steuerung allein über die Ventilanordnung. Die Last­ haltefunktion kann durch das handbetätigte Steuerventil realisiert werden, das stetig verstellbar ist und daher eine sehr feine Regulierung der Hub- und Senkgeschwindig­ keit ermöglicht. Im Senkzweig ist ein hydraulischer Volu­ menstrombegrenzer vorgesehen, an dem in bestimmten Be­ triebspunkten der gesamte Hydraulikdruck abfällt. Er über­ nimmt in diesem Fall die Lasthaltung. Der Volumenstrombe­ grenzer kann als Druckwaage ausgebildet sein, die vom Vo­ lumenstrom und dem Eingangsdruck der Steuerventilanordnung gesteuert wird. Bei dieser Konstellation ist sicherge­ stellt, daß die Senkgeschwindigkeit annähernd konstant bleibt. Sobald die Durchflußmenge in der Druckwaage einen bestimmten Wert im Verhältnis zur Ventilhebelstellung am Steuerventil überschreitet, beginnt die Druckwaage zu re­ geln. Sie arbeitet in Verbindung mit der Drosselstelle im Steuerventil wie ein Zweiwegemengenregler und hält so die eingestellte Senkgeschwindigkeit konstant. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Hydraulikpumpe über das Rück­ schlagventil ansaugen kann. Vorzugsweise wird bei dieser Betriebsart eine konstante Drehzahl geregelt, die so be­ messen ist, daß der von der Pumpe geförderte Volumenstrom ausreicht, den maximalen Volumenstrombedarf des zusätz­ lichen Verbrauchers zu decken. Eine ventilhebelstellungs­ abhängige Geschwindigkeit oder Drehzahl des zusätzlichen Verbrauchers wird über ein zusätzliches Steuerventil ein­ gestellt.

Es kann jedoch der Fall eintreten, daß sowohl der Druck als auch der Volumenstrom während des Senkvorgangs kleiner ist als für die Nebenfunktion erforderlich. Für diesen Fall sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß zwischen dem Druckbegrenzer der Hydraulikpumpe ein Schalt­ ventil im Senkzweig angeordnet ist, das in einer Schalt­ stellung den Senkzweig mit dem Sumpf der Hydraulikpumpe verbindet, wenn Druck oder Volumen im Senkzweig kleiner sind als die für die Versorgung des weiteren hydraulischen Verbrauchers erforderlich. Die Kombination aus Druckwaage und Schaltventil arbeitet dann wie bin Zweiwegemengenreg­ ler. Die Versorgung des zusätzlichen hydraulischen Ver­ brauchers erfolgt in gleicher Weise wie bereits beschrie­ ben.

Das Hubgerüst eines hydraulischen Förderzeugs besteht u. a. aus einem Freihubzylinder und mindestens einem Masthub- Zylinder. Das Ölvolumen des Freihubzylinders wird beim Senkvorgang erst entleert, nachdem der Masthubzylinder ganz eingefahren ist und damit kein Ölvolumen mehr ent­ hält. Dadurch entsteht ein Übergang zwischen dem Senkvor­ gang im Masthub und im Freihub. Durch die unterschied­ lichen Zylinderflächen im Masthub und Freihub entstehen bei gleicher Generatordrehzahl unterschiedliche Senkge­ schwindigkeiten. Um dies auszugleichen, wird nach einer Ausgestaltung der Erfindung sensiert, ob sich das Hubge­ rüst im Mast- oder Freihubbereich befindet, und es werden dann Proportionalitätsfaktoren zwischen Senkgeschwindig­ keitssollwert und Motordrehzahl in der Steuerung verändert, so daß die gleiche Senkgeschwindigkeit im Mast- und Frei­ hub erreicht wird.

Aus "Microprocessor-based High-Efficiency Drive of a DC Motor" aus IEEE Transactions on Industrial Electronics Vol. IE 34 No. 4. November 1987, Seiten 433 bis 440 ist bekanntgeworden, Anker und Feld einer Gleichstrommaschine dadurch zu steuern bzw. zu regeln, daß der Sollwert für den Feldstrom aus vorgegebenen Beziehungen von Drehzahl und Ankerstrom, hier des Ankerstromistwerts, ermittelt wird. Hierzu ist ein entsprechender Algorithmus bzw. eine entsprechende Tabelle vorzusehen.

Die Steuerung bzw. die Sollwertvorgabe für die Hubvorrich­ tung erfolgt durch ein elektrisches Signal, beispielsweise über ein handbetätigtes Potentiometer, wobei zusätzlich ein Richtungsgeber vorzusehen ist, dessen Signale den Betriebsvorgang Heben bzw. Senken anzeigen. In dem Augen­ blick, in dem über die Steuerventilanordnung der Hydraulik­ strom im Senkzweig zu fließen beginnt, treibt die Hydrau­ likpumpe die als Generator wirkende Gleichstrommaschine an. Da jedoch der Sollwert für die Drehzahl noch Null ist, versucht die Regelung diesen Wert zu erreichen, wodurch der zugehörige Leistungsschalter für den Anker komplett durchschaltet. Die Leistungsschalter für die Feldwicklung werden so betrieben, daß der Strom maximal ist. Dadurch wird ein maximales Bremsmoment erzeugt, das ausreichend ist, die Last mit minimaler Geschwindigkeit abzusenken, falls dies gewünscht wird. Durch entsprechende Sollwert­ vorgabe für die Drehzahl läßt sich andererseits die Hebe- und Senkgeschwindigkeit auf den gewünschten Wert ein­ stellen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vor­ gesehen, daß der Feldstrom-Sollwertgeber den Sollwert für den Feldstrom aus dem Ankerstromsollwert und der Istdreh­ zahl ermittelt. Dies hat den Vorteil, daß die Drehzahl­ regelung auch in dem Betriebsbereich arbeiten kann, in dem eine höhere Ankerspannung als sie bei der Batteriespannung notwendig ist, um mit optimalem Wirkungsgrad generatorisch zu senken.

Anstelle einer fremderregten Gleichstrommaschine kann auch eine Drehstrom-Asynchronmaschine verwendet werden, die über Umrichter entsprechend gespeist ist. Eine Drehzahl­ regeleinrichtung ermittelt mit Hilfe eines Drehzahlmessers die Istläuferfrequenz der Maschine und bildet eine Regel­ abweichung mit einem Drehzahlsollwert bzw. Frequenzsoll­ wert, um sowohl für das Heben als auch das Senken die gewünschte Drehzahl zu erreichen. Je nachdem, ob die Differenz aus Ist- und Sollfrequenz einen positiven oder einen negativen Schlupf anzeigt, arbeitet die Asynchron­ maschine als Motor oder Generator. Die Rückspeisung von elektrischer Energie in die Batterie erfolgt automatisch, ohne daß besondere Vorkehrungen zu treffen sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine hydraulische Hubvorrichtung nach der Er­ findung.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild zur Regelung der Hubvor­ richtung nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der Leistungsteile der Gleichstrommaschine nach Fig. 1 bzw. Fig. 2.

Fig. 4 bis 6 zeigen Diagramme von verschiedenen Steuersig­ nalen der erfindungsgemäßen Hubvorrichtung.

Fig. 7 zeigt eine Handbetätigung für die Hubvorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild zur Regelung einer Hub­ vorrichtung ähnlich der nach Fig. 1 mit einer Dreh­ strom-Asynchronmaschine.

Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild des Leistungsteils der Asynchronmaschine nach Fig. 8.

Eine fremderregte Gleichstrommaschine (Motor 10) treibt eine Hy­ draulikpumpe 12 an, die wahlweise als Motor arbeitet. Die Hydraulikpumpe 12 saugt aus einem Tank 14 über ein Rückschlagventil 16 Hydraulikmedium an und fördert es über eine Steuerven­ tilanordnung 18 zu einem Hubzylinder 20 bzw. zu einer Gruppe von Nebenfunktionen 22. Die Ventilanordnung 18 ist handbetätigt. Für die Betätigung des Hubzylinders 20 ist beispielsweise ein Handhebel 24 vorgesehen. Für die Betä­ tigung der Nebenfunktionen 22 sind zusätzliche nicht ge­ zeigte Handhebel vorgesehen. Eine später noch zu beschrei­ bende Drehzahlregeleinrichtung ist so eingestellt, daß zunächst eine konstante Drehzahl der Gleichstrommaschine (Motor 10) für die Versorgung der Nebenfunktionen 22 dient. Über­ schüssiger Volumenstrom wird dann über eine Leitung 26 und ein Filter 28 in den Tank 14 zurückgeleitet. Drehzahlab­ hängig erfolgt dann das Heben bzw. Senken des Hubzylinders 20. Das Senken erfolgt über die Betätigung des Handhebels 24, wobei ein Senkzweig 28 die Steuerventilanordnung 18 mit einem Punkt zwischen der Pumpe 12 und dem Rückschlag­ ventil 16 verbindet. Der Volumenstrom beim Senkvorgang treibt die Hydraulikpumpe 12 in gleicher Richtung an wie sie als Pumpe betrieben wird, so daß sie als Hydraulik­ motor die Gleichstrommaschine (Motor 10) antreibt, die mithin generatorisch arbeitet, um die potentielle Energie aus dem Hubzylinder in elektrische Energie umzuwandeln und die Batterie mit elektrischer Energie aufzuladen. Im Senkzweig 28 ist eine hydraulische Druckwaage 30 angeordnet sowie ein Schaltventil 32, das, wenn es vom Betätigungsmagneten 34 unbetätigt ist, in der Offenstellung sich befindet. Wird es hingegen betätigt, verbindet es den oberen Teil des Senkzweigs 28 über eine Leitung 36 mit der Leitung 26 und damit zum Tank 14. Die hydraulische Druckwaage 30 wird über einen Steuereingang mit dem Druck im Senkzweig zwischen Hubzylinder 20 und Steuerventil 18 beaufschlagt, wie durch die gestrichelte Linie 36a angedeutet. Die hydraulische Druck-Waage 30 wird mit dem Differenzdruck, der über das Ventil 18 abfällt und der ventilhebelstellungsabhängig ist, beauf­ schlagt. Wird der Differenzdruck größer als ein vorgegebe­ ner Wert, regelt die Druckwaage und über das Ventil fällt der Lastdruck ab, so daß an der Pumpe 12 Umgebungs­ druck herrscht und Volumenstrom aus dem Tank gepumpt wer­ den kann. Übersteigt der Volumenstrom in der Druckwaage 30 einen durch das Steuerventilanordnung 18 vorgegebenen Wert, wird eine Begrenzung vorgenommen, so daß der Volumenstrom beim Um­ schalten des Schaltventils 32 nicht schlagartig ansteigt, wobei die Hydraulikpumpe 12, sollte sie von der Gleichstrommaschine (Motor 10) angetrieben werden, Hydraulikmedium aus dem Tank 14 an­ saugen kann.

Das Heben des Hubzylinders 20 sowie die Versorgung der Nebenfunktionen sind bereits beschrieben worden. Auch der Senkvorgang wurde im wesentlichen erläutert. Die ventil­ hebelstellungsabhängige Regelung der Drehzahl des Motors 10 ist direkt proportional der Senkgeschwindigkeit, von vernachlässigbaren Leckverlusten der Pumpe 12 abgesehen. Wird während der Senkphase eine Nebenfunktion 22 angefor­ dert, dann wird das Fluid im Steuerventil 18 auf den er­ forderlichen Druck der Nebenfunktion angedrosselt. Die Nebenfunktion wird direkt aus der im Senkvorgang frei wer­ denden Energie versorgt, wenn Druck und Volumenstrom aus­ reichend sind. Dies ist normalerweise immer der Fall, wenn mit Last abgesenkt wird. Ein Reversieren der Hydraulikpumpe 12 ent­ fällt. Reichen Druck und Volumenstrom aus dem Senkvorgang aus, die Nebenfunktionen zu versorgen, erfolgt eine unmit­ telbare hydraulische Versorgung mit dem Volumenstrom des Senkvorgangs, wobei der überschüssige Volumenstrom über die Steuerventilanordnung 18 in den Tank 14 abgeführt wird.

Sobald eine Nebenfunktion angefordert wird, vergleicht die Steuerung die Motoristdrehzahl, resultierend aus der Senk­ geschwindigkeit mit der Solldrehzahl, entsprechend dem Volumenstrombedarf der Nebenfunktion. Übersteigt der Vo­ lumenstrombedarf der Nebenfunktion das Angebot aus dem Senkvorgang, dann wird die Motordrehzahl entsprechend erhöht. Für diese Konstellation muß sichergestellt werden, daß die Senkgeschwindigkeit annähernd konstant bleibt. Dies wird, wie erwähnt, durch die Druckwaage 30 bewerk­ stelligt im Zusammenwirken mit der veränderlichen Drossel­ stelle in der Steuerventilanordnung 18. Sobald die Durch­ flußmenge an der Druckwaage 30 einen bestimmten Wert im Verhältnis zur Ventilhebelstellung am Ventil 18 überschrei­ tet, beginnt die Druckwaage 30 zu regeln. Sie arbeitet nun in Verbindung mit der Drosselstelle im Ventil 18 wie ein Zweiwegemengenregler und hält so die eingestellte Senk­ geschwindigkeit konstant. Dadurch ist gewährleistet, daß der Druck aus dem Senkvorgang an der Druckwaage 30 abge­ baut und ein Nachsaugen über das Ventil 16 und damit die Versorgung der Nebenfunktion 22 sichergestellt ist. Der Motor 10 wird mit konstanter Drehzahl betrieben, die so bemessen ist, daß der von der Hydraulikpumpe 12 geförderte Volumen­ strom ausreicht, den maximalen Volumenstrombedarf der Nebenfunktionen zu decken. Eine ventilhebelstellungsab­ hängige Nebenfunktionsgeschwindigkeit wird über eine hebel­ betätigte Drosselstelle in der Steuerventilanordnung 18 ermöglicht. Überschüssiger Volumenstrom wird über den Filter 28 in den Tank 14 zurückgeleitet.

Ist der Druck aus dem Senkvorgang kleiner und der Volumen­ strom kleiner oder größer als für die Nebenfunktion erfor­ derlich, wird das Schaltventil 32 ausgeschaltet und das Fluid über den Filter 28 direkt in den Tank 14 geleitet. Die Senkgeschwindigkeit wird über die Druckwaage 30 in Verbindung mit der über den Ventilhebel veränderbaren Drossel stelle in der Steuerventilanordnung 18 konstant gehalten. Diese Kombination arbeitet wie ein Zweiwegemen­ genregler. Die Versorgung der Nebenfunktion 22 erfolgt über den Gleichstrom-(Motor 10) und die Hydraulikpumpe 12, wie oben beschrieben.

Die Drehzahlregelung der fremderregten Gleichstrommaschine (Motor 10) Vorrichtung nach Fig. 1 wird anhand der Fig. 2 bis 7 näher erläutert.

Fig. 7 zeigt einen Handhebel 44, der nach links und rechts verschwenkbar ist, wobei das Ausmaß der Verschwenkung mit -X bzw. +X angegeben ist. Er betätigt ein bei 46 angedeute­ tes Potentiometer, das in Abhängigkeit von der Auslenkung ein Signal P erzeugt. Das Signal P ist in Fig. 4 angege­ ben. Die auslenkungsabhängigen Signale in Fig. 4 unter­ scheiden sich nicht durch das Vorzeichen, daher ist dem Hand-Hebel 44 ein Paar Mikroschalter (nicht gezeigt) zugeordnet, welche das Vorzeichen des Signals P vorgeben. Dies ist durch die Signale S1 und S2 in Fig. 5 bzw. Fig. 6 angedeu­ tet. Ein Drehzahlsollwertgeber errechnet aus den Signa­ len P, S1 und S2 einen Drehzahlsollwert n_Soll, wobei der Absolutwert von P den Absolutwert von n_Soll bestimmt und die Signale S1 bzw. S2 das entsprechende Vorzeichen. Falls vom Geber 42 ein Signal erhalten wird, wird der Drehzahl­ sollwert entsprechend modifiziert, um eine konstante Senk­ geschwindigkeit beizubehalten. (Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen). Ein mit der Gleichstrommaschine (Motor 10) verbundener Drehzahlsensor 46a liefert einen Drehzahl­ istwert n_Ist auf einen Sollistwertvergleich 48, und die Regelabweichung wird auf einen Drehzahlregler 50 gegeben. Er bildet einen Sollwert für den Ankerstrom I_ASoll, der in einem Sollistwertvergleich 52 mit dem Ankerstromistwert I_AIst verglichen wird. Die Regelabweichung gelangt auf einen Ankerstromregler 56 und von dort auf einen mit 58 angedeuteten Stellwertgeber.

In einer Wertetabelle 60 sind Beziehungen zwischen Dreh­ zahl und Ankerstrom gespeichert. In einer entsprechenden Rechenstufe 62 wird aus den Daten der Tabelle 60 der Soll­ wert für die Feldwicklung I_FSoll errechnet. Wesentlich ist dabei, daß zur Berechnung der Ankerstromsollwert I_ASoll herangezogen wird. Der Sollwert I_FSoll wird in einem Ist­ sollwert-Vergleich 64 mit dem Feldstromistwert verglichen, wobei die Regelabweichung auf einen Feldstromregler 66 gegeben wird, der ein entsprechendes Stellsignal im Stell­ wertgeber 68 erzeugt. Die Regler 56, 66 sind als digitale Regler ausgebildet und erzeugen über nachgeschaltete Leistungsteile 58, 68 pulsweitenmodulierte Spannungen, über die die vorgegebenen Stromwerte I_ASoll und I_FSoll eingeregelt werden. Dadurch, daß als Eingangsgröße zur Errechnung des Feldstromsollwerts I_FSoll neben dem Dreh­ zahlistwert n_Ist der Ankerstromsollwert I_ASoll herange­ zogen wird, kann auch in einem Betriebsbereich gearbeitet werden, in dem eine höhere Ankerspannung als die Batterie­ spannung U_Batt notwendig wäre, um mit optimalem Wirkungs­ grad generatorisch zu senken, wie noch beschrieben wird.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, liegt der Anker der fremderreg­ ten Gleichstrommaschine (Motor 10) über eine aus den Mosfets T1 und T2 bestehende Halbbrücke 50 an einer Batterie 52. Dio­ den 54, 56 liegen antiparallel zu den Mosfets T1 und T2. Die Feldwicklung 58a liegt in Reihe mit dem Mosfet T3 pa­ rallel zur Halbbrücke 50 an den Klemmen der Batterie 52, wobei eine Diode antiparallel zur Feldwicklung 58 bzw. zum Mosfet T3 liegt.

Die Mosfets T1 und T2 werden zyklisch angesteuert, d. h. Mosfet T1 ist ausgeschaltet, wenn T2 eingeschaltet ist und umgekehrt. Die Größe des Stromflusses ergibt sich somit aus dem Tastverhältnis der Impulse für die Mosfets T1 und T2. Gleiches gilt für das Mosfet T3. Mosfet T1 arbeitet im motorischen Hubbetrieb als sogenannter Tiefsetzsteller und Mosfet T2 im generatorischen Senkbetrieb als Hochsetz­ steller.

Wird der Hand-Hebel 44 aus der Ruhelage in Richtung Senken so weit ausgelenkt, daß die Anforderung der Senkfunktion über das Signal S2 erzeugt wird, andererseits das Signal P noch einen Drehzahlsollwert von n_Soll = 0 meldet, bewirkt das Signal S2 ein Öffnen der Steuerventilanordnung 18, wodurch Hydraulikvo­ lumen durch die Hydraulikpumpe 12 strömt und die Gleichstromma­ schine (Motor 10) antreibt. Durch die auf diese Weise auftretende ständige Regelabweichung wird ein I_ASoll auf den Sollist­ wertvergleich 52 gegeben, und der Anker-stromregler 56 sorgt dafür, daß der Anker über Mosfet T2 kurzgeschlossen ist. Außerdem wird die Feldwicklung 58a mit maximalem Feldstrom versorgt. Der sich nun einstellende Drehzahlwert ist so klein, daß die sich einstellende kleinstmögliche Senkgeschwindigkeit ausreicht, um ein feinfühliges Senken des Hubzylinders 20 zu gewährleisten. In diesem Betriebs­ punkt der Gleichstrommaschine (Motor 10) wird indessen keine Ener­ gie in die Batterie 52 zurückgespeist.

Wird indessen durch eine weitere Auslenkung des Ventilhe­ bels ein Drehzahlsollwert n_Soll < 0 eingestellt, nimmt der Regler 56 die Pulsweite des Mosfets T2 von der 100%igen Ansteuerung zurück, bis sich die gewünschte Drehzahl n_Soll einstellt. Der Mosfet T2 arbeitet nun bei jeder Pulsweite < 100% im Hochsetzstellerbetrieb, und es wird Energie in die Batterie 52 zurückgespeist.

In Fig. 8 erzeugt ein Drehzahlsollwertgeber 44a aus den Signalen P, S1 und S2 einen Läuferfrequenzsollwert f_2Soll für eine Drehstromasynchronmaschine 10a, die anstelle der fremderregten Gleichstrommaschine nach Fig. 1 in die dort gezeigte Schaltung eingesetzt werden kann. Das in den Sollwertgeber 44a eingespeiste Signal P entspricht dem Ausmaß der Auslenkung z. B. des Handhebels nach Fig. 7. Das Vorzeichen des Signals wird durch Mikroschalter (nicht ge­ zeigt) angegeben, die dem Handhebel 44 zugeordnet sind. Das Vorzeichen wird mithin durch die Signale S1 und S2 be­ stimmt. Ein mit der Maschine 10a verbundener Drehzahlsen­ sor 46a liefert einen Drehzahlistwert n_Ist, der auf eine Rechenstufe 84 gegeben wird, die entsprechend der Polpaar­ zahl p der Maschine 10a den Istwert f_2ist der Läuferfre­ quenz errechnet. Der Frequenzistwert wird auf den Sollist­ wertvergleich 48a gegeben, und die Regeldifferenz gelangt auf einen Drehzahlregler 70.

Der Drehzahlregler 70 erzeugt einen Sollwert für den Wirk­ anteil i_qsoll des komplexen Stromraumzeigers i. Der Wirk­ anteil i_qsoll ist proportional zum Drehmoment der (Asynch­ ron)-Maschine 10a. Der Wert i_dsoll ist der Sollwert des Blindanteils des Stromraumzeigers i, der dem Magnetisie­ rungsstrom der Asynchronmaschine proportional ist. Aus dem Sollwert des Wirkanteils i_qsoll des Stromraumzeigers i wird der Sollwert für die Schlupffrequenz f_ssoll bei 86 ermittelt. In 86 kann eine Tabelle abgelegt sein, welche die Beziehung herstellt zwischen dem Wirkstrom und der Schlupffrequenz. Es ist auch denkbar, in 86 ein Ersatz­ schaltbild der Asynchronmaschine abzulegen und mit dessen Hilfe relativ genau die jeweilige Schlupffrequenz zu er­ mitteln.

Die ermittelte Schlupffrequenz f_ssoll wird bei 85 dem Läu­ ferfrequenzistwert f_2ist hinzuaddiert. Daraus ergibt sich der Ständerfrequenzsollwert f_1soll, der einer Drehtrans­ formation 74 zugeführt wird. Der sich aus i_qsoll, i_dsoll und f_1soll ergebende Stromraumzeiger i wird auf die Strang­ größen transformiert, und es ergeben sich die Sollwerte für die Strangströme i_usoll und i_vsoll. Die jeweiligen Regeldifferenzen, die sich durch Subtraktion der jeweili­ gen Stromistwerte i_uist und i_vist an den Additionsstellen 75 und 77 ergeben, werden auf die Stromregler 76 und 78 gegeben, die die Stellgrößen für die Strangspannungen U_usoll und U_vsoll ausgeben. Der Sollwert der dritten Strangspannung U_wsoll kann aus der Bedingung, daß die Summe aller drei Spannungen zu Null ergeben muß, an der Additionsstelle 79 errechnet werden.

Die drei Spannungsstellwerte werden nun in Pulsweiten­ modulationssignale umgesetzt im Block 82, welche einen Leistungsteil 81 so ansteuern, daß sich die gewünschten Stromwerte in der Asynchronmaschine 10a ergeben.

Einzelheiten des Leistungsteils 81 gehen aus dem Block­ schaltbild nach Fig. 9 hervor.

In Fig. 9 ist zu erkennen, daß jeweils ein Strang der (Asynchron-)Maschine 10a an einem Verbindungspunkt eines Paars von in Serie geschalteten und an Batteriespannung U_Batt liegenden Mosfets liegt, die mit T1 bis T6 bezeich­ net sind. Die Transistoren T1 bis T6 werden mit einer sinusbewerteten Pulsweite betrieben und paarweise anti­ zyklisch angesteuert. Die Ansteuerung der drei Transistor­ paare ist so gestaltet, daß die sinusbewerteten weitenmo­ dulierten Ansteuersignale in der Frequenz der Sinusbewer­ tung um je 120° phasenverschoben auf die Transistorpaare gegeben werden. Bei dieser Ansteuerung wird in der (Asyn­ chron-)Maschine 10a ein umlaufendes Drehfeld erzeugt, das frequenz- und spannungsvariabel ist.

Aus dem Vergleich der Frequenzen f_ssoll und f_2ist ergibt sich aus dem Vorzeichen der Sollfrequenz f_ssoll, ob die (Asynchron-)Maschine 10a im Motor- oder Generatorbetrieb ar­ beitet. Mithin erfolgt automatisch ohne weitere Vorkehrun­ gen eine Rückspeisung in die Batterie nach Fig. 9, wenn die (Asynchron-)Maschine 10a generatorisch betrieben wird.

Wird der Hand-Hebel 44 in Fig. 7 aus der Ruhelage in Richtung Senken so weit ausgelenkt, daß die Anforderung der Senk­ funktion über das Signal S₂ erzeugt wird, andererseits das Signal P noch einen Läuferfrequenzsollwert f₂ = Null mel­ det, strömt Hydraulikmedium durch das Hydraulikaggregat und treibt die (Asynchron-)Maschine 10a an. Der Regler regelt nun auf die untere Regelgrenze, die kleinste mögliche Ständerfeldfrequenz, die ungefähr bei 0,2 Hz liegt, ein. Durch den Schlupf in der (Asynchron-)Maschine 10a ergibt sich eine ständige Regelabweichung. Der sich einstellende Dreh­ zahlwert ist so klein, daß die sich einstellende kleinst­ mögliche Senkgeschwindigkeit ausreicht, um ein feinfühli­ ges Senken des Hubzylinders 20 (Fig. 1) zu gewährleisten.

Claims (9)

1. Hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurförderzeuge, mit mindestens einem hydraulischen Hubzylinder, einem im Lasthebebetrieb als Pumpe arbei­ tenden, den Hubzylinder mit Druckmittel beschickenden und im Lastsenkbetrieb als Motor arbeitenden, von dem vom Hubzylinder verdrängten Druckmittel angetriebenen Hydraulikpumpe, einer mit dem Hydraulikaggregat gekup­ pelten, im Lasthebebetrieb als Elektromotor und im Lastsenkbetrieb als Generator arbeitenden Elektroma­ schine, einer im Lastsenkbetrieb von der Elektroma­ schine gespeisten Nutzbremsschaltung, einer Ventilan­ ordnung im Druckmittelweg zwischen dem Hubzylinder und der Hydraulikpumpe, einer die Ventilanordnung steuern­ den Steuervorrichtung, die eine die Drehzahl der Elektromaschine beeinflussenden Drehzahlregeleinrich­ tung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) ein Senkzweig (28) zwischen der Ventilanordnung (18) und einer Verbindung zwischen einem Rückschlagventil (16) und dem Eingang der Hydraulikpumpe (12) vorgesehen ist;
• b) mindestens ein weiterer hydraulischer Verbraucher (22) über die Ventilanordnung (18) steuerbar von der Hydraulikpumpe (12) versorgbar ist;
• c) eine fremderregte Gleichstrommaschine (10) oder eine Drehstrom-Asynchronmaschine vorgesehen ist, die durch die Drehzahlregeleinrichtung in Abhängigkeit von der Betätigung der Ventilanordnung (18) in ihrer Drehzahl geregelt wird und
• d) im Senkzweig (28) ein hydraulischer Volumenstrombe­ grenzer angeordnet ist, an dem in bestimmten Be­ triebspunkten der gesamte Hydraulikdruck abfällt und die Lasthaltung übernimmt.

2. Hubvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrombegrenzer von einer vom Volumenstrom und dem Differenzdruck der Ventilanordnung (18) gesteuerten Druckwaage (30) gebildet ist.

3. Hubvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem Volumenstrombegrenzer und der Hydraulikpumpe (12) ein Schaltventil (32) im Senkzweig (28) angeordnet ist, das in einer Schaltstellung den Senkzweig (28) mit dem Sumpf (14) der Hydraulikpumpe (12) verbindet, wenn Druck oder Volumen im Senkzweig kleiner sind als für die Versorgung des weiteren hy­ draulischen Verbrauchers (22) erforderlich.

4. Hubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß eine separate Feldstromregel­ einrichtung (66, 68) vorgesehen ist mit einem Sollwert­ geber (62), der aus vorgegebenen Beziehungen von Dreh­ zahl (n_Ist) und Ankerstrom (I_ASoll) den Sollwert für den Feldstrom (I_Fsoll) ermittelt, der Feldwicklung (58a) und dem Anker von der Regeleinrichtung stellbare Leistungsschalter (T1 bis T3) zugeordnet sind, deren Anordnung und Ansteuerung die Größe und die Richtung des Stroms durch Anker und Feldwicklung vorgeben und die Steuervorrichtung einen Richtungsgeber (44, 46) für Heben und Senken aufweist.

5. Hubvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlsollwertgeber für die Drehzahlregelein­ richtung ein Potentiometer (46) ist, dessen Stellglied (44) Richtungssignale (S1, S2) erzeugende Mikroschalter zugeordnet sind.

6. Hubvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Feldstromsollwertgeber (62) den Soll­ wert für den Feldstrom (I_Fsoll) aus dem Ankerstromsoll­ wert (I_Asoll) und der Istdrehzahl n_Ist ermittelt.

7. Hubvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Anker über eine Halb­ brücke (50) aus Mosfets (T1, T2) an die Batterie (52) angeschlossen ist, wobei den Mosfets (T1, T2) Dioden (54a, 56a) antiparallel geschaltet sind und die Mosfets (T1, T2) zyklisch angesteuert werden.

8. Hubvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstromasynchronmaschine (10a) über einen Frequenzumrichter betrieben ist und die Drehzahlregel­ einrichtung die Ständerfrequenz in Abhängigkeit von der aus dem Drehzahlistwert und dem vorgegebenen Drehzahl­ sollwert ermittelten Regelabweichung regelt und die Steuervorrichtung einen Richtungsgeber (44a) für Heben und Senken aufweist.

9. Hubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, für einen Hubmast, mit mindestens einem verfahrbaren Mast­ teil, dessen Lastaufnahmemittel am verfahrbaren Mast­ teil höhenverstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (42) am Hubmast vorgesehen ist, der fest­ stellt, ob ein Senkvorgang des verfahrbaren Mastteils (Masthub) oder des Lastaufnahmemittels (Freihub) er­ folgt und dessen Signale auf die Drehzahlregeleinrich­ tung gegeben wird zur Modifizierung des Drehzahlsoll­ wertsignals (n_Soll).