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Bei motorbetriebenen Lastbeförderungsfahrzeugen
der Bauart, bei der Gabeln oder ein Hubarm bezüglich des Staplerfahrzeugs
ausgefahren oder eine Ausholbewegung ausführen können, wird dies heutzutage
im allgemeinen mit Hilfe eines Hydraulikzylinders erreicht. Um zu
verhindern, dass der Kolben in dem Zylinder an den Endpositionen
mit voller Wucht anstößt und hierdurch
eine Stoßbelastung
für den
Fahrer, das Staplerfahrzeug und die Ladung ausgelöst wird,
ist es bekannt Spezialzylinder einzusetzen, bei denen die Fluidströmung begrenzt
wird, wenn sich der Kolben der Endposition nähert. Alternativ können Positionssensoren
eine Begrenzung des Hydraulikstroms zu dem Zylinder einleiten, wenn sich
der Kolben der bestimmungsgemäßen Endposition
nähert, wobei
es sich um eine sogenannte stufenlose Geschwindigkeitsänderung
handelt.
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Diese Lösungsvorschläge sind
jedoch vergleichsweise aufwändig,
insbesondere im Hinblick, dass jede Bauart eines Staplers besondere
Einrichtungen für
die jeweilige Bewegungsweglänge
des Hydraulikzylinders benötigt,
oder dass die Positionserfassung mehr oder weniger individuell ausgelegt werden
muss. Da die Gabeln in der Nähe
des Untergrunds arbeiten und dort häufig große Kräfte auftreten, besteht eine
große
Gefahr, dass die Sensoreinrichtung beschädigt wird, und zwar insbesondere
da der Raum für
den Positionssensor und die Schutzmöglichkeiten hierbei äußerst eingeschränkt sind.
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Die Erfindung zielt darauf ab, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung von hydraulisch angetriebenen
Bewegungen, insbesondere einer Ausfahrbewegung von Gabeln bei Transportstaplern bereitzustellen,
welche ermöglichen,
dass die Bewegung in der Nähe
der Endposition der Bewegung verlangsamt wird, um Stoßbelastungen
zu vermeiden.
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Nach der Erfindung wird hierzu der
Strom des Hydrauliköls
zu der Hydraulikeinrichtung, beispielsweise einem Kolben bei der
Ausführung
der Bewegung gemessen oder ermittelt, und der Strom wird als ein
Maß für Bewegung
genutzt. Da der Querschnitt des Hydraulikzylinders konstant ist,
ist die Länge
des Hubs proportional zum Volumen des Hydrauliköls, welches dem Zylinder zugeleitet
wird, und man kann eine ausreichend genaue Positionsbestimmung auf
einfache Weise hierdurch erreichen. Selbst wenn eine nichtlineare Übertragung
eingesetzt wird, beispielsweise bei einem Pantographmechanismus, ist
eine betreffende Bewegung für
einen Hubweg wiederholbar, und jede Position ist ein genaues Ölvolumen
zugeordnet, welches dem Zylinder zugeleitet worden ist.
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Das Volumen des dem Zylinder zugeleiteten Hydrauliköls kann
beispielsweise mit einem Sensor gemessen werden, welcher die Anzahl
der Umdrehungen erfasst, die die Antriebspumpe ausführt. Hierbei
ist ein Sensor erforderlich, aber dieser kann an gut geschützten Stellen
angeordnet werden, so dass sich eine Beschädigungsgefahr beim Betrieb des
Antriebs weitgehend vermeiden lassen.
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Bei bevorzugten Weiterbildungen nach
der Erfindung kann auch die Anordnung des speziellen Sensors vermieden
werden.
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Aus
US
5,131,507 ist es bekannt, die Anzahl von Umdrehungen des
Motors auf der Basis der Spannung und des Stroms des Induktionsmotors
zu ermitteln.
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Da in den meisten Anwendungsfällen bei Staplerfahrzeugen
dieser Bauart eine Hydraulikpumpe vorgesehen ist, die durch einen
Elektromotor angetrieben ist, wobei die Pumpe gemeinsam für alle Betriebseinrichtungen
vorhanden ist, welche Hydrauliköl
als ein Antriebsmedium nutzen, kann die Spannung des Elektromotors,
welcher die Hydraulikpumpe antreibt, als ein Parameter für die Ermittlung,
insbesondere bei Gleichstrommotoren, genutzt werden. Bei einem Gleichstrommotor
entspricht die Spannung (an den Polen des Antriebsmotors) im Wesentlichen
der Drehzahl des Motors. Wenn man die Spannung über der Zeit aufintegriert,
erhält
man ein Maß, welches
dem Ölvolumen
entspricht, das dem Zylinder zugeleitet oder von diesem abzogen
wird. Diese Größe entspricht
ihrerseits der Position des Kolbens. Die Öltemperatur und die Größe der Last
können
die Messergebnisse beeinflussen, aber wenn man den amperometrischen
Wert des Stroms zu dem Motor als einen zusätzlichen Mess- oder Steuerparameter nutzt,
lässt sich
die Genauigkeit weiter verbessern, wenn man die Position des Hydraulikkolbens
bestimmt (ermittelt). Die Positionsmessung kann dann beispielsweise
zur Geschwindigkeitsreduzierung (stufenlosen Geschwindigkeitsveränderung)
an den Enden des Arbeitshubs des Kolbens in den jeweiligen Richtungen
genutzt werden.
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Beim Einsatz von im Wesentlichen
synchron arbeitenden Wechselstrommotoren kann man anstelle der Anzahl
von Umdrehungen des Motors (oder Teile desselben) direkt aus der
elektronischen Steuerschaltung des Magnetfelds des Motors erfassen.
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Die Erfindung stellt nicht nur die
Möglichkeit zur
Verlangsamung und zum Anhalten eines Kolbens an geeigneten Endpositionen
mit einer konstanten Geschwindigkeit zwischen denselben bereit,
sondern man kann auch eine mehr oder weniger harmonische Bewegung
mit einer schnellen Zwischenbewegungszone und anschließenden sukzessiv
reduzierten Geschwindigkeiten in Richtung zu den Endpositionen bereitstellen.
Auf diese Weise erhält
man keine Stoßbelastungen
an den Endpositionen, und ferner lässt sich die Bewegung der Gabel
schneller mit einem verminderten Risiko des Kippens oder von Instabilitäten ausführen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
nach der Erfindung kann die Steuereinrichtung für die Bewegung auch eine Selbstlernfunktion
umfassen. Dies kann beispielsweise derart verwirklicht werden, dass
dann, wenn das Staplerfahrzeug gestartet wird, die Kolbenbewegung
beim ersten Male mit einer sehr frühen Sicherheitsgeschwindigkeitsreduzierung
ausgeführt
wird, welche in einem Speicher gespeichert ist. Die Steuereinrichtung
erfasst dann die mechanisch festgelegten Endpositionen beispielsweise
durch Überwachung
des dem Motor der Hydraulikpumpe zugeleiteten Stroms. Wenn der Kolben
die zugeordneten Endpositionen erreicht, steigt der amperometrische
Wert des Stroms sehr stark an. Diese Information kann ohne spezielle
kostenaufwändige
Teile erhalten werden. In der Steuereinrichtung kann beispielsweise
ein Kleincomputer enthalten sein, welcher in einem geeigneten Speicher
die Ölvolumina
entsprechend den Endpositionen der vor- und zurückgerichteten Bewegung enthält. Bei
wiederholten Ausführungen
der Bewegung wird die Geschwindigkeit kurz vor dem Erreichen der
mechanischen Endpositionen reduziert. Alternativ kann eine harmonische
Bewegungsgeschwindigkeit in Form eines sinusförmigen Profils derart ausgestaltet
werden, dass an den vorbestimmten Endpositionen eine entsprechende
Verlangsamung der Bewegung vorgenommen wird, die geringfügig innerhalb
des Bereichs der mechanischen Endpositionen liegen. Vorzugsweise
ist ein Sammelspeicher für
die Bewegungen vorgesehen, was bedeutet, dass die Anzahl der Motorumdrehungen,
d. h., das Integral der Spannung, immer gespeichert wird, so dass
die Position selbst dann immer erfasst wird, wenn die Bewegungen
unterbrochen und dann wiederum häufig
aufge nommen werden oder selbst dann, wenn die Bewegungen in abwechselnden Richtungen
ausgeführt
werden, ohne dass man die abschließenden Endpositionen erreicht.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung
für eine
kontinuierliche Überwachung
ausgelegt, so dass dann, wenn beispielsweise infolge einer Veränderung
der Antriebsverhältnisse
(beispielsweise zwischen heißem
oder kaltem Hydrauliköl)
der Kolben die Endpositionen mit zu hoher Geschwindigkeit anschlagen
würde,
der Computer eine entsprechende Korrektur des Steuerparameters für die nächste Bewegung
vorgibt. Dieses Anschlagen oder Kontaktieren findet jedoch normalerweise
bei einer verminderten Geschwindigkeit statt, da die Bewegung in
der Nähe
der Endpositionen verlangsamt wird und die vorprogrammierte, stufenlose Änderung
in einem ausreichenden Abstand von den Endpositionen eingeleitet
wird.
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Da die Anzahl von harten Auftreffstößen der verschiedenen
Teile gegeneinander reduziert wird, haben die eingesetzten Komponenten
einen verminderten Verschleiß und
sie haben eine entsprechend verlängerte
Standzeit. Der Führer
arbeitet unter stoßfreieren,
leiseren und somit verbesserten Umgebungsverhältnissen, so dass der Führer weniger
ermüdet.
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Da die Endanschlagskontaktstöße ferner
zu einem Leistungsverlust führen,
wird bei der Erfindung auch die zwischen den Wiederaufladungsvorgängen erforderliche
Einsatzzeit verlängert.
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Die Erfindung ist insbesondere für eine horizontale
Gabelausfahrbewegung mit einem Gabelstapler bestimmt, aber im Rahmen
des Erfindungsgedankens können
auch andere Kolben oder sogar andere Hydraulikmotoren auf diese
Weise gesteuert werden, um eine spezielle Bewegung auszuführen oder
die Ausführung
zu vereinfachen, wobei die Bewegungen in der einen oder anderen
Richtung zugelassen werden, bevor eine Verlangsamung oder ein Stillstand
durch eine Steuereinrichtung eingeleitet wird. Auch kommt es in
Betracht, dass man die Positionen von mehreren Hydraulikeinrichtungen
mit ein und demselben Gerät überwachen
und ihre Bewegungen auf diese Weise mit gemeinsamen elektronischen
Einrichtungen basierend auf einer gemeinsamen Ölpumpe steuern kann, die durch
einen Elektromotor angetrieben ist.
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Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung können auch
stufenförmige
oder unterteilte Hydraulikzylinder gesteuert werden, indem die Strom-
und Spannungswerte des Motors überwacht
werden, welcher die Hydraulikeinrichtung antreibt, so dass der Computer
mittels des amperometrischen Werts des Stromes den tatsächlichen
Kolbenbewegungsweg erfassen kann, welcher bei der jeweils spezifischen Bewegung
ausgeführt
wird.
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Die elektronische Steuerung der Kolbenbewegung
kann entweder dadurch erfolgen, dass der Antrieb des Elektromotors
beeinflusst wird, und/oder das elektrisch gesteuerte Ventil gesteuert
werden. Bei dem Einsatz von elektrischen Ventilen ist es möglich, zu
erfassen, wohin das Öl
gefördert
wird, ohne dass man zusätzliche
Sensoren benötigt,
und ein Computer kann die gefundene Position für einen oder mehrere Hydraulikzylinder
selbst dann erfassen, wenn die Kolbenbewegungen nur teilweise ausgeführt werden.
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Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung kann
nicht nur die Gabelreichweite oder der Erfassungsbereich überwacht
und gesteuert werden, sondern auch die Kippbewegung, die Seitenverschiebung,
die Mastschwenkbewegung und selbst der Antrieb des Staplerfahrzeugs
kann gesteuert werden. Die erhaltene Positionsinformation kann dann
nicht nur mit der kontinuierlichen Geschwindigkeitsveränderung
bei den unterschiedlichen Bewegungen, sondern auch zur Positionssteuerung
und zu einer Reduzierung der zulässigen
Antriebsgeschwindigkeit genutzt werden, wenn die Gabeln hochgefahren
sind und somit das Stapelfahrzeug weniger stabil ist.
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Durch die Möglichkeit der Messung und Steuerung
der Position sowie der ausgeübten
hydraulischen Kräfte
als eine Funktion einer Bewegungsposition wird auch ermöglicht,
die tatsächliche Geschwindigkeit
zu vergrößern, mit
der die Arbeiten ausgeführt
werden.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Die Grundauslegungsform einer in
der Zeichnung gezeigten Kolbensteuerung umfasst eine Hydraulikpumpe 1,
die über
ein Ventil 3a in einer elektrischen Ventileinheit 3 mit
einem Hydraulikzylinder 2 verbunden ist. Die elektrische
Ventileinheit 3 ist durch einen Computer 4 gesteuert.
Ferner ist ein Hydraulikfluidvorratsraum 11 vorgesehen.
Die Hydraulikpumpe 1 ist durch einen Gleichstrommotor mit
integrierter elektrischer Schaltung angetrieben, welcher seinerseits über eine
elektronisch gesteuerte Geschwindigkeitsregelung 5 mit
einer Batterie 6 und dem Computer 4 verbunden
ist. An den Verbindungsstellen des Antriebs wird die Antriebsspannung über eine
Verbindung 7 überwacht,
und über
eine Verbindung 8 ist auch ein Sensor 9 für einen
amperometrischen Antriebsstrom mit dem Computer verbunden.
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Wenn der Hydraulikzylinder 2 zu
betreiben ist, gibt dies der Staplerführer mit Hilfe einer zugeordneten
Betätigungseinrichtung 10 an.
Der Computer erfasst dies, startet den Motor und öffnet das
Ventil 3a. Der Motor wird vorzugsweise sukzessiv gestartet und
wird unabhängig
vom Führer
schneller betrieben. Somit ist das Motorbetriebsverhalten unabhängig von
der Betätigungsart
der Betätigungseinrichtung 10 durch
den Stapelführer.
Alternativ kommt es in Betracht, dass die Auslenkung der Betätigungseinrichtung 10 steuert,
wie schnell die Gesamtbewegung ausgeführt wird und hier am Beginn
der Bewegung das Ausmaß der
kontinuierlichen Geschwindigkeitsveränderung und der Endposition
gewählt
wird.
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Gleichzeitig mit dem Beginn der Bewegung beginnt
der Computer die Motorspannung über
der Zeit aufzuintegrieren, um die Position des Kolbens nach Maßgabe der
voranstehenden Beschreibung der Erfindung zu überwachen.
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Wenn sich der Kolben der Endposition
nähert,
steuert der Computer den Motor während
der kontinuierlichen bzw. stufenlosen Geschwindigkeitsreduzierung,
so dass er langsamer läuft
und der Kolben zum Stillstand kommt. Das Ventil 3a wird
dann geschlossen. Diese Endposition braucht nicht die mechanische
Endposition des Kolbens als solche zu sein. Der Computer kann auch
mögliche
Hindernisse durch eine entsprechende Zunahme des Stroms beispielsweise
dann erfassen, wenn die in einem Regal abgelegte Last durch ein
anderes Ladegut behindert wird, und der Computer kann derart programmiert werden,
dass die Bewegung in einem solchen Falle unterbrochen wird. Der
Computer kann auch den amperometrischen Wert des Strom überwachen
und erfassen, wenn die Gabel unbeladen ist, und somit schneller
bewegt werden kann.
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Wenn man einen synchron arbeitenden
oder nicht synchron arbeitenden Wechselstrommotor einsetzt, kann
die Steuerung auf analoge Weise wie beim vorstehenden Beispiel folgen,
aber mit dem Unterschied, dass die Steuerelektronik für den Motor
die Information betreffend die Drehzahl des Motors direkt angibt,
da die Information über
die Drehbewegung des Felds in dem Motor direkt bei der elektronischen Steuerung
des Motors zur Verfügung
steht.
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Die Erfindung kann auch für Gabelhubbewegungen
insbesondere dann eingesetzt werden, wenn man Wechselstrommotoren
einsetzt oder wenn man einen gesonderten Tachometer oder einen Winkelsensor
für die Ölpumpe vorsieht.
Durch Einsatz von elektronischen Ventilen ist es möglich, die Ölmenge zu
erfassen, welche von einem Hydraulikkolben zurückströmt, während dieser durch die Ölpumpe geht. Die Ölpumpe mit
diesem Motor kann bei einem solchen Rückströmen als ein Motor betrieben
werden, um die Bewegungsgeschwindigkeit größer zu machen, oder er kann
als ein Generator durch den Ölstrom
von den Schwenkzylindern betrieben werden, um einen Ladestrom in
die Batterien des Gabelstaplers abzugeben. Dieses Rücklauföl kann gleichzeitig auch
zu anderen Verbrauchern abgegeben werden, so dass die Möglichkeit
besteht, dass man gleichzeitig zwei Bewegungen überwachen kann, beispielsweise
eine Absenkbewegung der Gabeln und die Einfahrbewegung der Gabeln.
Die Antriebs geschwindigkeit kann begrenzt werden, bis die Gabeln
und die Last auf eine niedrigere Höhe zu einer verbesserten Gesamtstabilität abgesenkt
sind.
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Nach dem ersten Anschein, kann man
eine Beschränkung
sehen, dass zwei wesentliche Bewegungen gleichzeitig überwacht
werden können.
In der Realität
jedoch sind mehrere gleichzeitige Bewegungen nicht erforderlich
und aus wirtschaftlichen Gründen
ist die zur Verfügung
stehende Leistung niemals begrenzt, so dass man tatsächlich auch
mehrere Bewegungen gleichzeitig ausführen kann, was insbesondere
für einen
Führer
ermüdender
ist, um mehrere Bewegungen gleichzeitig zu überwachen. Ferner benötigt man
auch mehr Erfahrung, wenn man mehrere Bewegungen gleichzeitig ausführen will.
Jedoch sollen spezielle Notwendigkeiten hierfür vorhanden sein, und insbesondere
kommen Anordnungen und speziellen Fördervolumensensoren bei der Verbindungen
zu den Zylindern und den Hydraulikmotoren in Betracht.
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Da die Erfindung genauso vorteilhaft
bei Hydraulikmotoren wie bei Zylindern eingesetzt werden kann, kann
die Erfindung mit guten Ergebnissen bei unterschiedlichen Bauarten
von Staplern eingesetzt werden, bei denen eine Drehbewegung, eine
Förderbewegung
und möglicherweise
sogar eine Kippbewegung mit Hilfe von Motoren, Zahnrädern, Zahnstangen,
Kabelzügen,
Ketten oder Spindeln oder Kombinationen hiervon ausgeführt werden.
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Im Wesentlichen gibt die Erfindung
einen einfachen und praktikablen Weg an, um alle Bewegungen des
Stapelfahrzeugs einschließlich
der Lenkbewegungen zu überwachen
und zu steuern, so dass man eine gleichmäßige, harmonische, schnelle
und einfach steuerbare Arbeitsweise mit verbesserter Sicherheit
erhält.
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Wenn die Bewegung derart gesteuert
wird, dass diese angehalten wird, bevor die endgültigen mechanischen Endanschläge bei der
Bewegung erreicht sind, beispielsweise dann, wenn ein Kolben in Kontakt
mit der Zylinderendwand kommt, kann im Computer mit Intervallen
ein Rücksetzprogramm
mit verlängerten
Bewegungswegen durchlaufen werden, bis ein Kontakt erfasst wird,
um sicherzustellen, dass die Bewegung nicht zu weit von der Endposition
entfernt angehalten wird. Alternativ hat der Führer die Möglichkeit das Überwachungsund
Steuersystem zu deaktivieren oder eine Rücksetzung desselben einzuleiten.
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Das Verfahren nach der Erfindung
ist anfänglich
für die
Reichweitenbewegung bestimmt, die wiederholt im Wesentlichen über die
gesamte Länge
in den meisten Fällen
ausgeführt
wird. Die erhaltenen Daten können
jedoch auch beispielsweise für
die Hubbewegung genutzt werden, um die Steuerung zur Erreichung
von Zwischenpositionen beispielsweise in unterschiedlichen Lagerhöhen, zu
steuern.