DE9415062U1

DE9415062U1 - Hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurförderzeuge o.dgl.

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Publication number: DE9415062U1
Application number: DE9415062U
Authority: DE
Original assignee: Jungheinrich AG
Current assignee: Jungheinrich AG
Priority date: 1994-05-06
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2004-09-17
Also published as: DE4416173C2; DE4416173A1

Description

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HAUCK, GRAALFS, WEHNERT, DÖRING, SIEMONS

HAMBURG - MÜNCHEN - DÜSSELDORF
K-38 507-19

PATENT- U. RECHTSANW. ■ NEUER WALL 41 ■ 20354 HAMBURG

Jungheinrich AG Friedrich-Ebert-Damm 129

22047 Hamburg

EDO GRAALFS, Dipl.-Ing. NORBERT SIEMONS, Dr.-Ing. HEIDI REICHERT, Rechtsanwältin Neuer WaH 41, 20354 Hamburg Telefon (040) 36 67 55, Fax (040) 36 40 Telex 2 11 769 inpat d

HANS HAUCK, Dipl.-Ing. WERNER WEHNERT, Dipl.-Ing. Mozartstraße 23, 80336 München Telefon (089) 53 92 36, Fax (089) 53 12 Telex 5 216 553 pamu d

WOLFGANG DÖRING, Dr.-Ing. Mörikestraße 18, 40474 Düsseldorf Telefon (0211) 45 07 85, Fax (0211) 454 32 Telex 8 584 044 dopa d

ZUSTELLUNGSANSCHRIFT/PLEASE REPLYTO:

15'. September 1994

Hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurförderzeuqe oder dergleichen

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurförderzeuge oder dergleichen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, den Förderdruck von hydraulischen Hubvorrichtungen in elektrisch betriebenen Flurförderzeugen von einer von einem Elektromotor angetriebenen Konstantpumpe zu erzeugen. Die Drehzahl des Motors wird in Abhängigkeit von einem handbetätigten Steuerventil gesteuert. Dadurch wird beim Heben der Last eine Änderung der Druckgeschwindigkeit ohne wesentliche Drosselverluste erreicht. Es ist

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in diesem Zusammenhang auch bekanntgeworden, die Senkgeschwindigkeit entsprechend einem Ventilhebel einzustellen und über ein Wegeventil im Senkzweig zu realisieren. Dabei wird die potentielle Energie der Last in einer Drosselstelle des Wegeventils in Wärme umgesetzt und mit dem Fluid in den Tank abgeführt. Es ist jedoch auch bekannt, die potentielle Energie der Last über den generatorisch arbeitenden Elektromotor in die Batterie zurückzuspeisen.

Aus der DE 20 14 605 ist bekanntgeworden, als Gleichstrommaschine einen Gleichstromnebenschlußmotor zu verwenden und als Pumpe eine Drehkolbenpumpe mit regelbarer Fördermenge. Durch Verstellung der Regelmittel der Pumpe wird die Fördermenge entsprechend der Auslenkung aus einer Mittelstellung heraus von Null abhängig von der Bewegungsrichtung der Regelmittel auf einen Höchstwert gebracht, wobei die Pumpe unter Beibehaltung ihrer Drehrichtung in der einen Bewegungsrichtung der Regelmittel als Pumpe und in der anderen Bewegungsrichtung als Motor arbeitet.

Aus der DE 26 18 046 ist bekanntgeworden, für das Heben und das Senken getrennte Hydraulikzweige vorzusehen, denen jeweils ein Gleichstrommotor und eine Pumpe sowie ein Hydromotor und ein Generator zugeordnet sind. Beim Senken

erzeugt ein Konstantstromventil eine feste Absenkgeschwindigkeit. Die Umschaltung zwischen Heben und Senken erfolgt durch ein Handsteuerventil.

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. des Generators erfolgt eine Volumenstrommessung. Als Antriebsmaschine wird ein Käfig-Induktionsmotor verwendet. Aus der SE 8 404 088 ist ferner bekanntgeworden, als Antriebsmaschine bzw. Generator eine Doppelschlußmaschine zu verwenden, wobei ein Teil der Reihenschlußwicklung herausgenommen wird, wenn sie als Generator im Senkbetrieb der Hubvorrichtung arbeitet. Die Steuerung des Hubzylinders erfolgt über ein hebelbetätigtes Ventil in der Druckmittelleitung.

Aus der US 3 946 744 ist bekanntgeworden, zur Energierückgewinnung beim Senken eines Hubwerks eine separate Drehstrommaschine zu verwenden. Durch eine Steuerung des Feldes des Generators läßt sich die Bremskraft beim Absenken einstellen.

Schließlich ist aus der DE 36 02 510 bekanntgeworden, eine Reihenschlußmaschine mit einem Hydraulikaggregat zu kop-

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peln. Im Druckmittelpfad ist eine Steuerventilanordnung 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 vorgegebenen Wert übersteigt. Über einen eingeschränkten Bereich arbeitet mithin die beschriebene Vorrichtung ebenfalls über eine hydraulische Drosselstelle, so daß die potentielle Energie der Last nicht zurückgewonnen werden kann.

Die Pumpe für die hydraulische Versorgung des Hubwerks muß häufig auch sogenannte Nebenverbraucher oder -funktionen bedienen. Für den Nebenbetrieb ist die Steuerung oder Regelung für den die Pumpe antreibenden Elektromotor normalerweise so ausgelegt, daß ein konstanter Volumenstrom für die Nebenfunktionen erzeugt wird, während der Volumenstrom für das Hubwerk anforderungsabhängig ist. Es versteht sich, daß die Anforderung einer Nebenfunktion auch während des Senkbetriebes auftritt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Hubvorrichtung für batteriebetriebene Flurför-

derzeuge zu schaffen, die unter Berücksichtigung von Nebenverbrauchern eine optimale Energierückgewinnung im Senkbetrieb gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht ein Umschaltventil vor, das im Senkbetrieb des Hubgerüstes den Senkausgang des handbetätigten Steuerventils wahlweise auf die Druckleitung des Hydraulikaggregats schaltet oder über eine Senkbremse auf den Tank der hydraulischen Versorgung. Im ersteren Fall wird das hydraulische Aggregat als Motor betrieben, und der Gleichstrommotor, der vorzugsweise eine fremderregte Gleichstrommaschine ist, arbeitet als Generator, um die potentielle Energie aus dem Senkbetrieb in elektrische Energie zu verwandeln und diese in die Batterie zurückzuspeisen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht jedoch ferner zwei Druckmeßvorrichtungen vor, die einmal den Druck zwischen Hubwerk und Steuerventil und zum anderen den Druck hinter dem Steuerventil messen. Je nach Auslenkung des Steuerventils wirkt dieses als Drossel mit unterschiedlichem Durchtrittsquerschnitt. Es kann z.B. ein elektromagnetisch proportional von Hand bettägigbares Steuerventil vorgesehen werden. Die Steuervorrichtung ist

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nun so ausgelegt, daß der Generatorbetrieb über das Umschaltventil nur dann eingestellt wird, wenn der gemessene Druck hinter dem Hubwerk einen vorgegebenen Wert überschreitet, also z.B. Senkenbetrieb unter Last. Ansonsten erfolgt die Abbremsung über die Senkbremse. Dabei wird die potentielle Energie in Wärme umgewandelt. Da dieser Fall nur für sehr geringe Senkgeschwindigkeiten und/oder Senklasten gefahren wird, zum Beispiel bei Fehlen jeglicher Last, sind die hierbei auftretenden Verluste minimal. Andernfalls erfolgt im Senkbetrieb eine Drehzahlregelung der als Generator betriebenen Gleichstrommaschine dergestalt, daß der Differenzdruck annähernd konstant ist. Konstanter Differenzdruck entspricht annähernd konstantem Volumenstrom und damit auch annähernd konstanter Drehzahl der Gleichstrommaschine. Bei diesem Betriebszustand der Gleichstrommaschine arbeitet diese vorzugsweise als sogenannter Hochsetzsteller.

Dadurch, daß die Druckdifferenz am Steuerventil gemessen wird, und die beschriebene Drehzahlregelung erfolgt, ist die Senkgeschwindigkeit proportional zur Ventilschieberstellung und entspricht damit der Vorgabe des Bedieners.

Es kann geschehen, daß im Senkbetrieb auch ein Nebenverbraucher Hydraulikmedium anfordert. Hierbei muß unter-

schieden werden zwischen dem Zustand, daß der aus dem Senkbetrieb entstehende Volumenstrom zur Abdeckung des Bedarfs des Nebenverbrauchers reicht oder nicht. Im ersteren Fall kann das rückströmende Hydraulikmedium unmittelbar zur Versorgung des Nebenverbrauchers herangezogen werden, allerdings nur bis zu einer Anforderung, bei der die erwähnte Druckdifferenz nicht unterschritten wird. In diesem Fall würde die Senkfunktion beeinträchtigt sein. Wird die Volumenstromanforderung des Nebenverbrauchers größer als die durch das Senken zur Verfügung gestellte Menge, wird durch die Steuervorrichtung die Drehrichtung . der Gleichstrommaschine umgedreht. Dadurch wird ein zusätzlicher Volumenstrom von dem Hydraulikaggregat zur Verfügung gestellt. Ist die Druckanforderung des Nebenverbrauchers höher als der Druck an der Meßstelle zwischen Steuerventil und Umschaltventil, schaltet das Umschaltventil um, wodurch der Senkvolumenstrom aus dem Hubwerk unmittelbar über die Senkbremse geleitet wird. Die Versorgung des Nebenverbrauchers erfolgt dann ausschließlich von dem Hydraulikaggregat.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird, wie bereits erwähnt, vorzugsweise eine fremderregte Gleichstrommaschine eingesetzt, die zum Beispiel über eine MOS-FET-

Steuerung sowohl im Motor- als auch im Generatorbetrieb über den gesamten Motordrehzahlbereich von nahezu Motorstillstand bis zur maximalen Motordrehzahl betreibbar ist. Dabei ist es möglich, sowohl im Motor- als auch im Generatorbetrieb der Maschine den Anker- und Feldstellbereich der Steuerung voll auszunutzen. Geeignete Steuerungen für fremderregte Gleichstrommaschinen sind zum Beispiel aus "Microprocessor-Based High-Efficiency Drive of a DC Motor" aus IEEE Transactions on Industrial Electronics Volume IE 34 No. 4 November 1987, Seiten 433 bis 440 bekanntgeworden. Anker und Feld des Gleichstrommotors werden so gesteuert bzw. geregelt, daß der Sollwert für den Feldstrom aus vorgegebenen Beziehungen von Drehzahl und Ankerstrom bzw. des Ankerstromistwerts ermittelt wird. Hierzu ist ein entsprechender Algorithmus bzw. eine entsprechende Tabelle vorzusehen.

Im Generatorbetrieb kann die fremderregte Gleichstrommaschine auch bei nahezu Motorstillstand die Lasthaltefunktion übernehmen. Es ist allerdings erforderlich, eine Drehlzahlerfassung mittels eines in der Maschine angebrachten Drehzahlsensors vorzusehen.

Über die beschriebenen Druckmessungen und die Auswertung in der Steuervorrichtung wird automatisch eingestellt, ob

Leistung generatorisch aus dem System entnommen oder motorisch in das System eingebracht wird. Die im Prinzip energievernichtende Senkbremse wird nur eingeschaltet, falls der Druck im Hydraulikzylinder den für den Nebenverbraucher benötigten Druck unterschreitet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Schaltbild der Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt einen Signalflußplan für die Steuervorrichtung der Vorrichtung nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild des Leistungsteils der Gleichstroinmaschine nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine Gleichstrommaschine 10 gezeigt, die ein Hydraulikaggregat 12 antreibt, das wahlweise als Pumpe oder Motor arbeitet. Im Pumpenbetrieb fördert die Pumpe 12 über eine Leitung 14 auf ein handbetätigtes Steuerventil 16, das je nach Stellung des Handhebels mehr oder weniger gedrosselt ist und damit die Hubgeschwindigkeit eines Hub-

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Zylinders 18 bestimmt. Der Hubzylinder 18 kann ein einziger Zylinder sein oder eine Mehrzahl von Hubzylindern repräsentieren, mit denen die beweglichen Mastschüsse und/ oder das Lastaufnahmemittel angehoben und abgesenkt werden können (letzteres ist nicht dargestellt). Das Steuerventil 16 ist so ausgebildet, daß es wahlweise die Leitung 14 auch mit einem oder mehreren Nebenverbrauchern 20 verbindet. Es versteht sich, daß auch ein anderweitig betätigbares Steuerventil verwendet werden kann, das z.B. elektromagnetisch betrieben wird und z.B. proportional arbeitet.

Im Senkzweig des Steuerventils 16 ist ein Umschaltventil 22 angeordnet, dessen Betätigungsmagnet 24 über eine als Block dargestellte Steuervorrichtung 26 betätigt wird. In der in Fig. 1 dargestellten Schaltstellung verbindet das Umschaltventil 22 den Ausgang des Steuerventils 16 im Senkbetrieb mit einer sogenannten Senkbremse 28, welche gedrosselt den Volumenstrom über ein Filter 30 in den Tank 32 des hydraulischen Systems zurückleitet. Eine separate Leitung 34 bildet den Rückströmpfad von den Nebenverbrauchern 20 über das Filter 30 zum Tank 32.

In der anderen Stellung des Umschaltventils 22 wird der Ausgang des Steuerventils 16 im Senkzweig über ein Rückschlagventil 38 mit der Leitung 14 verbunden.

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Es ist ferner dargestellt, daß zwischen den Leitungen 14, 34 ein Überdruckventil 40 geschaltet ist. Die Pumpe 12 saugt über ein Filter 42 Medium aus dem Tank 32.

Die Gleichstrommaschine 10 besitzt einen nicht näher dargestellten Drehzahlmesser, der über eine Signalleitung 44 mit der Steuervorrichtung 26 verbunden ist. Mit der Steuervorrichtung 2 6 ist ferner ein Schalter 46 verbunden, der ein Signal abgibt, wenn der Nebenverbraucher 20 betätigt ist. Eine erste Druckmeßvorrichtung 48 mißt den Druck zwischen dem Hydraulikzylinder 18 und dem Steuerventil 16 und gibt ein entsprechendes Signal über die Leitung 50 auf die Steuervorrichtung 26. Eine zweite Druckmeßvorrichtung 52 mißt den Druck zwischen dem Steuerventil 16 und dem Umschaltventil 22 und gibt über die Leitung 54 ein entsprechendes Signal auf die Steuervorrichtung 26.

Die gezeigte Vorrichtung arbeitet wie folgt. Im Hebenbetrieb treibt die Gleichstrommaschine 10 die Pumpe 12 an und fördert Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank über das Filter 42, die Leitung 14 und das Steuerventil 16 zum Hubzylinder 18. Die Drehzahl des Motors 10 ist so eingestellt, daß eine konstante oder Grunddrehzahl zur Versorgung der Nebenverbraucher 20 dient. Ein weiterer Anteil, der abhängig ist von der Stellung des Steuerventils 16 dient zur

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Versorgung des Hubzylinders 18, wodurch die Hebengeschwindigkeit ventilhebelstellungsabhängig ist.

Im Senkenbetrieb des Hubzylinders 18 wird das Steuerventil 16 ebenfalls betätigt. Die Hydraulikflüssigkeit fließt zunächst über das Umschaltventil 22, die Senkbremse 28 und das Filter 30 zum Tank 32. Wenn die Differenz aus den Drucksignalen Sl und S2 auf den Leitungen 50 bzw. 54 einen vorgegebenen konstanten Wert unterschreitet, schaltet die Steuervorrichtung 26 das Umschaltventil 22 um, wodurch die Hydraulikflüssigkeit über das Rückschlagventil 38 in die Druckleitung 14 gefördert wird und damit zum Hydraulikaggregat 12, das nunmehr als Motor arbeitet, wodurch die Gleichstrommaschine in den Generatorbetrieb geht. Eine Feinpositionierung im Senkbetrieb wird nur durch das Steuerventil 16 reguliert. Eine Umschaltung auf Generatorbetrieb würde stören, z.B. durch kurzzeitigen Geschwindigkeitswechsel. Ferner ist zu gewährleisten, daß der Druck Sl groß genug ist, um den Generatorbetrieb sinnvoll zu ermöglichen. Bei Senken ohne Last ist der Druck normalerweise zu gering.

Die Generatordrehzahl wird durch die Steuervorrichtung 2 6 so eingeregelt, daß die Druckdifferenz Sl zu S2 immer annähernd konstant bleibt. Dadurch ist sichergestellt, daß

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die Senkgeschwindigkeit immer proportional der Stellung des Steuerventils 16 ist und damit der Vorgabe des Bedieners entspricht.

Erfolgt eine weitere Anforderung über einen Nebenverbraucher 20, so kann die Hydraulikflüssigkeit unmittelbar aus der Leitung 14 verwendet werden, um den Verbraucher zu speisen. Solange die erwähnte Druckdifferenz Sl minus S2 den vorgegebenen Wert nicht unterschreitet, ist die beschriebene Senkfunktion nicht beeinträchtigt. Wird die Volumenstromanforderung des Nebenverbrauchers größer als die durch das Senken zur Verfügung gestellte Menge, dreht die Steuervorrichtung 26 die Drehrichtung der Einheit 12/ 10 um, so daß zusätzlicher Volumenstrom zur Verfügung steht.

Wenn die Druckanforderung des Nebenverbrauchers höher ist als der von der Meßvorrichtung 52 gemessene Druck S2, so fällt die Druckdifferenz Sl minus S2 unter den Sollwert und die Steuervorrichtung 15 schaltet das Umschaltventil 22 wieder auf die Senkbremse 28 um. Der Nebenverbraucher wird dann ausschließlich von der Pumpe 12 versorgt, und der Senkvolumenstrom wird ausschließlich über die Senkbremse 28 und das Filter 30 zum Tank geleitet.

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In Fig. 2 ist in einem Fließschema die beschriebene Funktion noch einmal zusammengefaßt.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, liegt der Anker der fremderregten Gleichstrommaschine 10 über eine aus den MOS-FETs Tl und T2 bestehende Halbbrücke 50 an einer Batterie 52.

Dioden 54, 56 liegen antiparallel zu den MOS-FETs Tl und T2. Die Feldwicklung 58 liegt im Diagonalzweig der Brückenschaltung 60 an den Klemmen der Batterie 52, wobei die Brückenschaltung aus den MOS-FETs T3 bis T6 besteht, zu denen Dioden 62 bis 68 antiparallel liegen. Die MOS-FETs Tl und T2 werden zyklisch angesteuert, d.h. MOS-FET Tl ist ausgeschaltet, wenn T2 eingeschaltet ist und umgekehrt. Die Größe des Stromflusses ergibt sich somit aus dem Tastverhältnis der Impulse für die MOS-FETs Tl und T2. Gleiches gilt für die MOS-FETs T3 bis T6, die über kreuz geöffnet bzw. geschlossen werden. MOS-FET Tl arbeitet im motorischen Hubbetrieb als sogenannter Tiefsetzsteiler und MOS-FET T2 im generatorischen Senkbetrieb als Hochsetzsteller.

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Claims

lh - 15 Ansprüche :

1. Hydraulische Hubvorrichtung für batteriegetriebene Flurförderzeuge, mit mindestens einem hydraulischen Hubzylinder, mit einem im Lasthebebetrieb als Pumpe arbeitenden, den Hubzylinder mit Druckmittel bechickenden und im Lastsenkbetrieb als Motor arbeitenden, von dem vom Hubzylinder verdrängten Hubmittel angetriebenen Hydraulikaggregat, einer mit dem Hydraulikaggregat gekuppelten, im Lasthebebetrieb als Elektromotor und im Lastsenkbetrieb als Generator arbeitenden Gleichstrommaschine, einer ein Steuerventil für den Hubzylinder und Nebenverbraucher enthaltenden Ventilanordnung im Druckmittelweg zwischen dem Hubzylinder und dem Hydraulikaggregat, einer die Ventilanordnung steuernden Steuervorrichtung, die eine die Drehzahl der Gleichstrommaschine beeinflussenden Drehzahlregeleinrichtung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Rückströmausgang des Steuerventils (16) ein von der Steuervorrichtung (26) gesteuertes Umschaltventil (22) verbunden ist, dessen Ausgang wahlweise über eine hydraulische Senkbremse (28) mit dem Tank (32) oder über ein Rückschlagventil (38) mit der vom Hydraulikaggregat (12) kommenden Druckleitung (14) verbindbar ist, eine erste

Druckmeßvorrichtung (48) den Druck (Sl) zwischen Hubzylinder (18) und Steuerventil (16) mißt und ein entsprechendes Meßsignal auf die Steuervorrichtung (26) gibt, wobei das Umschaltventil (22) das Steuerventil (16) mit der Druckleitung (14) verbindet, wenn der gemessene Druck (Sl) einen vorgegebenen Wert überschreitet, dem Nebenverbraucher (20) ein Signalgeber (46) zugeordnet ist, der bei Betätigung eines Nebenverbrauchers (20) ein Signal auf die Steuervorrichtung (26) gibt, eine zweite Druckmeßvorrichtung (S2) den Druck zwischen Steuerventil (16) und Umschaltventil (22) mißt und die Steuervorrichtung (26) die Gleichstrommaschine (10) auf eine Drehzahl regelt, bei der die Differenz der gemessenen Drücke (Sl, S2) annähernd konstant ist und die Steuervorrichtung (26) die Drehrichtung der im Generatorbetrieb laufenden Gleichstrommaschine (10) umkehrt, wenn die Druckdifferenz den vorgegebenen Wert unterschreitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (26) das Steuerventil (16) mit der Druckleitung (14) verbindet, wenn die Druckdifferenz (S1-S2) einen vorgegebenen Wert unterschreitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß eine freitiderregte Gleichstrommaschine (10) vorgesehen ist.