Hintergrund der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung von Hubvorrichtungen, die zum
Transportieren von Gütern in einen Lastkraftwagen hinein und von ihm herunter an
der Rückseite eines Lastkraftwagens angebracht sind. Konkret betrifft die Erfindung
einen Mechanismus und ein Verfahren, mit denen automatisch verhindert wird, dass
eine zu große Ladung auf die Hubvorrichtung gelangt.
-
In den Fig. 4A und 4B ist eine Hubvorrichtung der Art dargestellt, die hinten an
einem Lastkraftwagen befestigt ist. Im Allgemeinen kommt bei einer solchen
Hubvorrichtung ein paralleler Verbindungsmechanismus mit einer Mehrzahl von Zylindern
zum Öffnen und Schließen eines Ladungsaufnahmetisches (bzw. einer hinteren
Bordwand) zum Einsatz, der als Ganzes angekippt und nach oben und unten bewegt
wird.
-
Wie genauer aus Fig. 5 hervorgeht, kann ein Bordwand-Kippmechanismus 30 einer
solchen Hubvorrichtung eine hintere Bordwand 31, einen Kippzylinder 32 mit einem
Kolben, einen Hauptarm 36 und eine Befestigungshalterung 38 aufweisen. Das
vordere Ende des Kolbens des Kippzylinders 32 ist über einen Stift 34 axial mit der
hinteren Bordwand 31 und das andere Ende des Kippzylinders 32 ist über einen
anderen Stift 39 axial mit der Halterung 38 verbunden. Genauso ist ein Ende des
Hauptarms 36 über einen Stift 33 axial mit der hinteren Bordwand 31 und das andere Ende
über einen anderen Stift 35 axial mit der Halterung 38 verbunden. Die
Befestigungshalterung 38 ist an dem Rahmen 37 des Lastkraftwagens angeschweißt.
-
In der Abbildung ist die hintere Bordwand 31 mit durchgezogenen Linien
gekennzeichnet, wenn sie sich in der unteren Position befindet, in der sie den Boden
berührt, wobei sie allerdings mit Hilfe des Bordwand-Kippmechanismus 30 horizontal
(nach oben gekippt) ausgerichtet ist. In Abhängigkeit von der Höhe der Plattform, auf
die bzw. von der Güter transportiert werden sollen, kann die hintere Bordwand 31
auch oberhalb des Bodens angehalten werden. Sobald die hintere Bordwand 31
angehalten wird, entweder auf dem Boden und im Kontakt mit ihm oder in der Luft, ohne
dabei den Boden zu berühren, wird der hydraulische Druck innerhalb des
Kippzylinders verringert, sodass sich die hintere Bordwand 31 leicht um den Stift 33 dreht
und so abgesenkt (nach unten gekippt) wird, wie in Fig. 5 durch die Strichlinien
dargestellt. Auf diese Weise wird das Be- und Entladen über die hintere Bordwand 31
erleichtert. Nachdem die zu transportierende Ladung auf die hintere Bordwand 31
gestellt wurde, wird eine hydraulische Flüssigkeit (bzw. Öl) in den Kippzylinder 32
eingeleitet, damit dessen Kolben nach außen gedrückt wird und dadurch die hintere
Bordwand 31 so lange um den Stift 33 gedreht wird, bis sie ihre horizontale (nach
oben gekippte) Stellung erreicht, dargestellt durch die durchgezogenen Linien in Fig.
5. Während der Kippzylinder 32 derart betätigt wird, dass die hintere Bordwand 31 in
ihrer horizontalen Stellung verbleibt, wird anschließend ein Hubzylinder (in Fig. 5
nicht abgebildet) zum Bewegen der hinteren Bordwand 31 als Ganzes betätigt.
-
Im Allgemeinen erfolgt die Kippbewegung einer hinteren Bordwand, wie oben
beschrieben, mit Hilfe eines linken und eines rechten Kippzylinders, deren Bewegung
über eine Antriebseinheit gesteuert wird, die hydraulische Pumpen, Elektromotoren
zum Betätigen dieser Pumpen und von Magnetventilen sowie eine elektrische
Steuereinheit umfasst.
-
Hubvorrichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik weisen gewöhnlich keine
Vorrichtung auf, die den Nutzer warnt, dass die Ladung einen festgelegten
zulässigen Höchstwert überschreitet. Solche Hubvorrichtungen stellen eine Gefahr dar,
wenn sie zum Beladen eines leeren Lkw benutzt werden, da der Lkw das
Gleichgewicht verlieren und dadurch die Ladung herunterfallen kann. Selbst wenn eine
Warneinrichtung vorhanden ist, erfolgt die Warnung mitunter zu spät und die Ladung ist
bereits recht weit nach oben befördert worden, ehe der Nutzer den gefährlichen
Zustand erkennt und den Ladevorgang abbricht. Besonders gefährlich ist es, wenn dies
auf einem schrägen Untergrund geschieht.
-
Ein weiterer Nachteil von Ladungserfassungseinrichtungen nach dem bisherigen
Stand der Technik besteht darin, dass das gemessene Gewicht der Ladung von der
Position der Güter auf der hinteren Bordwand abhängt. Dadurch wird eine genaue
Messung sehr schwierig. Von Nachteil ist bei diesen bisherigen Vorrichtungen zum
Verhindern einer Überlast zudem, dass sie sehr sperrig, schwer und kostenintensiv
waren.
-
Das Dokument nach dem Stand der Technik WO 91110577 offenbart ein
Steuerverfahren für eine Hubvorrichtung nach dem einleitenden Teil der beigefügten Ansprüche.
Allerdings ist bei diesem Verfahren nach dem Stand der Technik das
Überprüfen der Drücke sowohl in den Hub- als auch den Kippzylindern nicht erforderlich.
Zusammenfassung der Erfindung
-
Daher besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Steuern
einer Hubvorrichtung zu schaffen, sodass eine Überlastung automatisch erfasst und
anschließend der gesamte Betrieb der Hubvorrichtung angehalten werden kann.
-
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur
Steuerung einer Hubvorrichtung, mit der ein Überlastzustand festgestellt werden kann, ehe
das Anheben der aufgeladenen Güter beginnt.
-
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum
Feststellen einer Überlastung unabhängig von der Position der Ladung auf der hinteren
Bordwand.
-
Ein Steuersystem für eine Hubvorrichtung der oben allgemein beschriebenen Art, mit
der die obigen und andere Ziele erreicht werden können, ist gekennzeichnet
dadurch, dass es eine Antriebseinheit umfasst, zu der eine Hydraulikpumpe, ein
Elektromotor zum Betätigen der Hydraulikpumpe und Ventile, mit denen der Transport
einer Hydraulikflüssigkeit von der Hydraulikpumpe in die hydraulischen Hub- und
Kippzylinder zum Anheben und Ankippen der hinteren Bordwand wahlweise
ermöglicht bzw. unterbunden wird, ein Drucksensor zum Messen des von einer Ladung auf
der hinteren Bordwand verursachten Druckes in mindestens einem der hydraulischen
Zylinder, mindestens ein Außenschalter und eine Steuerung gehören, die der
Übertragung von Ausgangssignalen zum Motor und zu dem Ventil als Reaktion auf
Eingangssignale vom Drucksensor und von dem Außenschalter dient. Weiterhin wird mit
der Steuerung der Gesamtbetrieb der Hubvorrichtung automatisch und sofort
angehalten, wenn die durch den Drucksensor festgestellte Last auf der hinteren
Bordwand einen festgelegten kritischen Wert übersteigt.
-
Die Ventile in einem derartigen Steuersystem können ein Hauptventil zwischen der
Hydraulikpumpe und jedem der beiden hydraulischen Zylinder, ein Kippventil
zwischen dem Hauptventil und dem hydraulischen Kippzylinder und ein Hubventil
zwischen dem Hauptventil und dem hydraulischen Hubzylinder einschließen. Zu der
Steuerung kann eine Schnittstelle zum Reagieren auf ein analoges Signal von dem
Drucksensor und ein Halbleiterschalter gehören, der entsprechend einem von der
Schnittstelle ausgegebenen Signal, welches die Höhe des analogen Signals anzeigt,
tätig wird.
-
Ein erfindungsgemäßes Steuerverfahren umfasst die folgenden Schritte:
-
das Ankippen des Ladungsaufnahmetisches nach oben, nachdem der
Ladungsaufnahmetisch mit Gütern beladen worden ist, und wobei das Verfahren die folgende
charakterisierenden Schritte umfasst:
-
das Durchführen von Druckmessungen in beiden hydraulischen Zylindern und das
Vergleichen der gemessenen Druckwerte mit einem vorgegebenen kritischen Pegel,
das automatische und sofortige Anhalten der Hubvorrichtung insgesamt, wenn einer
der gemessenen Druckwerte den vorgegebenen kritischen Pegel übersteigt und
das Feststellen einer Überlastung mit der Hilfe der gemessenen Druckwerte, bevor
der Ladungsaufnahmetisch als Ganzes nach oben oder unten bewegt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
In den beiliegenden Zeichnungen, die einen festen Bestandteil der vorliegenden
Patentschrift bilden, ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt, die
zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der erfindungsgemäßen
Wirkprinzipien dient.
-
Fig. 1 ist ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Steuereinheit zum Steuern der
Funktionsweise einer Lasthubvorrichtung;
-
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm der Steuerung aus Fig. 1;
-
Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern der Kippbewegung
einer derartigen erfindungsgemäßen Hubvorrichtung;
-
die Fig. 4A und 4B zeigen einen Lastkraftwagen mit einer Lasthubvorrichtung in
Seiten- bzw. Rückansicht, und
-
Fig. 5 ist eine Seitenansicht des Mechanismus zum Ankippen der hinteren Bordwand
der Lasthubvorrichtung der in Fig. 4 dargestellten Art.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
-
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Steuereinheit gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung zum Steuern der Hub- und Kippbewegungen einer
Hubvorrichtung mit einer hinteren Bordwand, die von mindestens einem hydraulischen Zylinder
zur Auf- und Abwärtsbewegung als Ganzes (auch Hubzylinder 1 genannt) und
mindestens einem hydraulischen Zylinder (als Kippzylinder 2 bezeichnet) gestützt wird,
sodass sie nach oben und unten angekippt und dadurch geöffnet und geschlossen
werden kann. Darüber hinaus verfügt das System über eine Hydraulikpumpe 6, einen
Elektromotor 5, einen Drucksensor 3, eine Steuerung 7, ein Hauptventil 4, ein
Kippventil 8, ein Hubventil 9, Außenschalter 10 und 11, eine Stromquelle 12, eine
Schwungraddiode 13, Öffnungen 14, 15, 16 und 17 und einen Öltank 18. Die
Hydraulikpumpe 6, der Motor 5, das Hauptventil 4, der Drucksensor 3 und die Steuerung
7 bilden zusammen eine Antriebseinheit 19, die als Versorgungsquelle für den
Hubzylinder 1 und den Kippzylinder 2 zum Anheben bzw. Ankippen der Hubvorrichtung
dient. Sowohl der Hubzylinder 1 als auch der Kippzylinder 2 sind hydraulische
Zylinder, denen durch die Hydraulikpumpe 6 eine hydraulische Betriebsflüssigkeit (als
"das Öl" bezeichnet) zugeführt wird, sodass sich deren Kolben hin- und herbewegen.
Bei dem Hauptventil 4, dem Kippventil 8 und dem Hubventil 9 handelt es sich jeweils
um ein Magnetventil, welches durch die von der Steuerung 7 ausgegebenen Signale
angesteuert wird. Ein Ende des Kippventils 8 ist mit einer der Ölkammern des
Kippzylinders 3 und dessen anderes Ende ist mit dem Hauptventil 4 verbunden. Das
Hubventil 9 ist an einem Ende mit einer der Ölkammern des Hubzylinders 1
verbunden und am anderen Ende mit dem Hauptventil 4. Der Drucksensor 3 umfasst ein
piezoelektrisches Element, mit dem der Druck in ein elektrisches Signal
umgewandelt werden kann, es ist also ein analoges Element, welches je nach der Höhe des
Drucks Signale mit verschiedenen Pegeln ausgibt. Ein Ende des Drucksensors 3
befindet sich nahe am Kippventil 8, und sein anderes Ende ist mit einem
Eingangsanschluss der Steuerung 7 verbunden. Zusätzlich kann ein weiterer Drucksensor (in
Fig. 1 nicht als separater Sensor dargestellt) zum Erfassen des Drucks im
Hubzylinder 1 verwendet werden. Die Außenschalter 10 und 11 sind in Serie geschaltet,
sodass nach Abschalten eines Schalters der Betrieb des gesamten Systems
angehalten wird. Bei ihnen kann es sich um gewöhnliche Druckknopfschalter handeln, von
denen einer vom Fahrersitz aus und der andere von der Rückseite des
Lastkraftwagens aus betätigt werden kann. Die Anzahl der Außenschalter ist nicht durch den
erfindungsgemäßen Schutzumfang beschränkt. So kann lediglich ein einziger
Außenschalter vorhanden sein, oder aber es sind drei oder mehr in Serie geschaltete.
Die Steuerung 7 hat viele Funktionen, die nachstehend im Einzelnen beschrieben
werden, und dient der Übertragung von Steuersignalen zum Motor 5, zum
Hauptventil 4, zum Kippventil 8 und zum Hubventil 9 als Reaktion auf Signale, die von dem
Drucksensor 3 und von den Außenschaltern 10 und 11 eingegangen sind. Mit der
Schwungraddiode 13 wird die unmittelbar nach dem Abschalten des Motors 5
entstehende Stoßspannung absorbiert. Der Motor 5 und die Hydraulikpumpe 6 sind mit
einem Kopplungselement (nicht abgebildet) miteinander verbunden.
-
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, umfasst die Steuerung 7 eine zentrale
Verarbeitungseinheit (CPU) 42, einen Halbleiterschalter 45, einen Speicher (ROM) 49 sowie
Schnittstellen 41 und 44. Von der Schnittstelle 41 werden die analogen Signale aus dem
Drucksensor 3 in digitale Signale umgewandelt, ehe sie in die CPU 42 eingegeben
werden. Zudem gelangen EIN/AUS-Signale von den Außenschaltern 10 und 11 in
die CPU 42. Die CPU 42 reagiert auf diese Signale aus dem Drucksensor 3
entsprechend einem zuvor im Speicher (ROM) 49 gespeicherten Programm, sodass Signale
zum Ansteuern des Motors 5 und der Magnetventile 4, 8 und 9 ausgegeben werden.
Die Signale zum Ansteuern des Motors 5 passieren auf dem Weg zum Motor 5 den
Halbleiterschalter 45. Die Signale zum Ansteuern der Magnetventile 4, 8 und 9
werden über die Schnittstelle 44 übertragen.
-
Als Nächstes wird die Funktionsweise der Steuereinheit aus Fig. 1 zum Ansteuern
der Kippbewegung der Hubvorrichtung beschrieben. Gehen wir dazu einmal davon
aus, dass die hintere Bordwand 31 zu Beginn in der horizontalen (nach oben
gekippten) Stellung gehalten wird, ungeachtet dessen, ob die hintere Bordwand 31
insgesamt auf dem Boden aufliegt, wie durch die durchgezogenen Linien aus Fig. 5
angegeben, oder ob sie zum Be- bzw. Entladen oberhalb des Bodens in der Luft
angehalten worden ist. Anschließend wird das Kippventil 8 geöffnet, damit die hydraulische
Betriebsflüssigkeit (bzw. "das Öl") aus einer der Kammern durch die Öffnung 15
hinaus gedrückt wird und durch das Hauptventil 4 zurück in den Öltank 18 gelangt.
Dadurch wird die hintere Bordwand 31 langsam nach unten geneigt, bis sie zum Halten
kommt.
-
Nehmen wir nun einmal an, ohne dabei zu konkret zu werden, dass die hintere
Bordwand 31 zu Beginn auf dem Boden auflag und sich jetzt in der nach unten geneigten
Stellung befindet, angegeben durch die Strichlinien in Fig. 5. Weiterhin wird davon
ausgegangen, dass sich die zu ladende Fracht auf der hinteren Bordwand 31
befindet und jetzt angehoben werden kann. Danach werden beide Außenschalter 10 und
11 eingeschaltet, und der Motor betätigt die Hydraulikpumpe 6, sodass das Öl im
Öltank 18 das Hauptventil 4 und die Öffnung 15 durchquert und dadurch in den
Kippzylinder 2 gelangt, wodurch dessen Kolben heraus geschoben wird. Gleichzeitig wird
das Öl in der anderen Kammer (in Fig. 1 oberhalb des Kolbens) der Kippzylinder 2
heraus gedrückt und durch die Öffnung 16 und das Hauptventil 4 in den Öltank 18
zurückgeleitet. Wenn sich dadurch die hintere Bordwand 31 aus der nach unten
gekippten Position, angegeben durch die Strichlinien in Fig. 5, nach oben zu neigen
beginnt, wird der Druck im Kippzylinder 2 und im Hubzylinder 1 mit Hilfe des
Drucksensors 3 und des Zusatzsensors (nicht abgebildet), falls vorhanden, gemessen. Die
gemessenen Druckwerte werden an die Steuerung 7 übertragen, wo sie mit einem
vorgegebenen kritischen Wert verglichen werden. Dieser kritische Wert ist derart
festgelegt, dass in dem Fall, da die Ladung auf der hinteren Bordwand 31 größer als
ihr zulässiger Höchstwert ist, der gemessene Druckwert diesen kritischen Wert
erreicht und daraufhin der Motor 5 gestoppt wird, wodurch die hintere Bordwand 31
wieder in die nach unten gekippte Position, angegebenen durch die Strichlinien in
Fig. 5, zurückkehren und in ihr verbleiben kann.
-
Überschreitet die auf der hinteren Bordwand 31 befindliche Ladung den kritischen
Wert nicht und wird sie bis zu ihrer horizontalen Ausrichtung, gekennzeichnet durch
die durchgezogenen Linien in Fig. 5, nach oben gekippt, so kann sie angehoben
werden. Die Hebebewegung der Hubvorrichtung erfolgt genauso wie die
beschriebene Kippbewegung, abgesehen davon, dass das Öl aus dem Öltank 18 von der
Hydraulikpumpe durch das Hauptventil 4, die Öffnung 14 und das Hubventil 9 in den
Hubzylinder 1 eingeleitet wird. Wenngleich es nicht dargestellt ist, ist der Kolben des
Hubzylinders 1 mit einem Mechanismus verbunden, der dafür sorgt, dass die
Hubvorrichtung bei einem Nachaußendrücken des Kolbens des Hubzylinders 1 so
bewegt wird, dass die Ladung auf der hinteren Bordwand 31 als Ganzes nach oben
bewegt wird, während die hintere Bordwand 31 horizontal (nach oben gekippt)
ausgerichtet bleibt. Gleichzeitig wird das Öl in der anderen Kammer (oberhalb des
Kolbens aus Fig. 1) des Hubzylinders 1 nach außen gedrückt, es durchquert die Öffnung
17 und kehrt in den Öltank 18 zurück.
-
Ein entscheidender Unterschied bei dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem
besteht in der Verwendung eines Drucksensors. Während des Beladens erhöht sich
durch die zusätzliche Ladung auf der hinteren Bordwand der Druck in einer der
Ölkammern des Kippzylinders, wenn diese hintere Bordwand wie in Fig. 5 auf dem
Boden aufliegt. Wird die hintere Bordwand über dem Boden in der Luft angehalten,
erhöht die darauf befindliche Ladung den Druck sowohl im Kippzylinder 2 als auch im
Hubzylinder 1. Erfindungsgemäß wird deshalb ein Überlastzustand der hinteren
Bordwand automatisch durch die Messung des Druckanstiegs in dem Kippzylinder
und/oder dem Hubzylinder erfasst.
-
Als Nächstes wird anhand des Ablaufdiagramms aus Fig. 3 ein Verfahren zur
Steuerung der Kippbewegung des oben beschriebenen Steuersystems erläutert. Wir
gehen wieder davon aus, dass sich die hintere Bordwand zu Beginn in einer horizontal
ausgerichteten (nach oben gekippten) Position befindet, in der sie den Boden
berührt, wie durch die Strichlinien in Fig. 5 dargestellt, oder über dem Boden gehalten
wird. Wenn die Außenschalter 10 und 11 eingeschaltet sind und das Kippventil 8 und
das Hauptventil 4 geöffnet sind, während sich die hintere Bordwand in dieser nach
oben gekippten Stellung (Schritt S1) befindet, dreht sich die hintere Bordwand so
lange, bis sie die nach unten gekippte Position erreicht (dargestellt durch die
Strichlinien in Fig. 5, wenn sich die hintere Bordwand dann im Kontakt mit dem Boden
befindet). Nachdem sie be- bzw. entladen worden ist, wird der Motor 5 eingeschaltet
(Schritt S2). Wenn das Öl in den Kippzylinder 2 zu strömen beginnt, wird der Druck
darin überwacht, und die gemessenen Druckwerte werden mit dem vorgegebenen
kritischen Wert verglichen (Schritt S3). Überschreitet der gemessene Druck im
Kippzylinder 2 den kritischen Wert (JA in Schritt S3), so bedeutet dies, dass ein
Überlastzustand vorherrscht und der Betrieb des gesamten Hubsystems wird automatisch
angehalten (Schritt S5). Selbst wenn die Messung des Drucks im Kippzylinder 2
ergibt, dass kein Überlastzustand vorliegt (NEIN in Schritt S3), so wird das gesamte
Hubsystem zwangsweise angehalten (Schritt S5), wenn einer der beiden
Außenschalter 10 und 11 ausgeschaltet wird (JA in Schritt S4). Wird die hintere Bordwand
über dem Boden in der Luft angehalten, können die Druckwerte sowohl im
Kippzylinder 2 als auch im Hubzylinder 1 mit dem kritischen Wert aus Schritt S2 verglichen
werden.
-
Einer der Unterschiede des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der
Druck im Kippzylinder mit einem vorgegebenen kritischen Wert verglichen wird.
Wenn die hintere Bordwand aus der nach unten gekippten Stellung, gekennzeichnet
durch die Strichlinien in Fig. 5, in die nach oben gekippte Stellung, gekennzeichnet
durch die durchgezogenen Linien in Fig. 5, hoch gekippt wird, wirkt auf sie durch die
auf sie gestellten Güter eine Kraft ein, doch das Moment der Beanspruchung,
gemessen an dem erhöhten Druck im Kippzylinder, ist unabhängig von der Position der
Ladung auf der hinteren Bordwand. Demzufolge werden durch das oben
beschriebene erfindungsgemäße Verfahren genaue Messungen der Last möglich. Ein weiterer
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass eine Überlastung
festgestellt werden kann, während sich die hintere Bordwand noch auf dem Boden
befindet oder aber über dem Boden in der Luft angehalten ist. Selbstverständlich
trägt dies zu einer höheren Sicherheit beim Be- und Entladen bei.