EP3378827B2 - Verfahren zum betrieb einer hydraulikanlage eines flurförderzeugs - Google Patents

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EP3378827B2
EP3378827B2 EP18159628.9A EP18159628A EP3378827B2 EP 3378827 B2 EP3378827 B2 EP 3378827B2 EP 18159628 A EP18159628 A EP 18159628A EP 3378827 B2 EP3378827 B2 EP 3378827B2
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EP
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temperature
hydraulic pump
pressure medium
volume flow
consumer
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Sebastian Schauer
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    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/75—Control of speed of the output member

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a hydraulic system of an industrial truck, which has a hydraulic pump driven by a drive motor and at least one consumer driven by the volume flow of the hydraulic pump, wherein when the consumer is activated the volume flow of the hydraulic pump is controlled as a function of the actuating signal of an actuator, in particular a joystick or a hand control lever, wherein the hydraulic pump is designed as a constant pump with a constant delivery volume and when the consumer is activated the volume flow of the hydraulic pump is controlled as a function of the actuating signal of the actuator, in particular a joystick or a hand control lever, by a speed specification of the drive motor.
  • the JP 2010 255780 A discloses a hydraulic system in which the maximum flow rate of the hydraulic pump is to be kept constant regardless of the temperature of the pressure medium.
  • a temperature sensor measures the temperature of the pressure medium in the tank. As the temperature of the pressure medium decreases, the speed of the pump motor increases. This allows the hydraulic pump to deliver the maximum flow rate even at low temperatures and thus high pressure medium viscosity, while the intake volume of the hydraulic pump is reduced.
  • the hydraulic system usually has a fixed displacement pump with a constant delivery volume.
  • the hydraulic pump usually supplies several consumers, for example a lifting drive for raising and lowering a load handling device, a tilt drive for tilting a mast on which the load handling device is mounted so that it can be raised and lowered, and possibly one or more additional consumers, such as a sideshift for the load handling device.
  • a lifting drive for raising and lowering a load handling device
  • a tilt drive for tilting a mast on which the load handling device is mounted so that it can be raised and lowered
  • additional consumers such as a sideshift for the load handling device.
  • the driver of the industrial truck actuates an actuator, such as a joystick or a hand control lever, and, depending on the deflection of the actuator, a specific target speed is specified. This speed drives a drive motor that drives the hydraulic pump.
  • the target speed and the delivery volume of the hydraulic pump result in a specific volume flow (discharge rate) delivered by the hydraulic pump, which is used to supply the consumer.
  • the hydraulic pump designed as a fixed-displacement pump
  • a target speed is generated at which the hydraulic pump, designed as a fixed-displacement pump, is operated. This means that different target speeds are generated for different actuator displacements.
  • the disadvantage here is that the load pressure of the consumer and the viscosity-dependent and speed-dependent volumetric efficiency of the hydraulic pump are not taken into account when generating and thus specifying these target speeds.
  • This effect is based on the fact that in a hydraulic pump designed as a fixed-displacement pump, the volume flow varies with fluctuating pressure medium viscosity at the same load pressure.
  • a specific actuator deflection and thus a specific constant pump speed associated with the actuator deflection a fluctuating or varying volume flow of the fixed pump results.
  • varying actuation speeds of the consumer occur depending on the prevailing pressure medium temperature.
  • the hydraulic pump is not operated at its functionally correct and optimal operating point.
  • the temperature of the pressure medium is measured with a temperature sensor and, when controlling the consumer, the volume flow of the hydraulic pump is controlled as a function of the temperature of the pressure medium in such a way that, when controlling the volume flow of the hydraulic pump, the influences of the temperature of the pressure medium on the volume flow delivered by the hydraulic pump are compensated, whereby a constant volume flow is provided for the consumer over the entire temperature operating range of the pressure medium for the control signal of the actuator.
  • a temperature-dependent adjustment of the speed specification of the drive motor is carried out and the temperature-dependent adjustment of the speed specification is carried out in such a way that the speed specification of the drive motor is increased as the temperature of the pressure medium increases, wherein the temperature-dependent adjustment of the speed specification is carried out by factoring with a viscosity-dependent factor.
  • a constant volume flow is provided to the hydraulic pump for a specific deflection of the actuator and thus a specific actuating signal from the actuator, regardless of the temperature of the pressure medium and thus across the entire temperature operating range of the pressure medium.
  • a specific deflection of the actuator i.e., identical deflections of the actuator
  • the same actuation speed of the consumer is thus established at different temperatures of the pressure medium.
  • the hydraulic pump is designed as a fixed-displacement pump with a constant displacement.
  • the volumetric flow of the hydraulic pump is controlled by a speed specification of the drive motor as a function of the control signal of the actuator, in particular a joystick or a manual control lever.
  • the volumetric flow delivered by the fixed-displacement pump can be easily controlled by specifying a speed of the fixed-displacement pump.
  • a temperature-dependent adjustment of the speed setting of the drive motor is performed.
  • This allows the volume flow delivered by a hydraulic pump designed as a fixed-displacement pump to be easily controlled in such a way that the influence of the pressure medium temperature on the volume flow delivered by the hydraulic pump is compensated, in order to provide a constant volume flow for the consumer across the entire temperature operating range of the pressure medium for the control signal of the actuator.
  • the temperature-dependent adjustment of the speed setting is carried out in such a way that the speed setting of the drive motor is increased as the temperature of the pressure medium increases. Since the volume flow of the hydraulic pump decreases with increasing pressure medium temperature at a constant speed and constant load pressure of the consumer, increasing the speed setting of the drive motor with increasing pressure medium temperature can reliably ensure that the hydraulic pump delivers a constant volume flow for a specific actuator deflection, regardless of the pressure medium temperature.
  • the characteristic map of the volumetric efficiency of the hydraulic pump is advantageously determined, several characteristic curves for constant volume flows are determined, and the viscosity-dependent factor is determined from these several characteristic curves for constant volume flows.
  • the characteristic map of the volumetric efficiency of the hydraulic pump is preferably determined for target operating points, including the load pressures occurring at the consumer and the desired constant volume flows at which the consumer is to be operated. If several characteristic curves for constant volume flows are also determined, each of which is a function of the volumetric efficiency of the hydraulic pump, the viscosity-dependent factor can be determined from these characteristic curves, which is used for the temperature-dependent adjustment of the speed setting.
  • the temperature of the pressure medium is preferably measured with a temperature sensor that detects the temperature of the pressure medium in a tank of the hydraulic system.
  • FIG. 1 A circuit diagram of a hydraulic system 1 of an industrial truck according to the invention is shown.
  • the hydraulic system 1 has a hydraulic pump 3 driven by a drive motor 2 and at least one consumer 4 driven by the volume flow Q of the hydraulic pump 3.
  • the hydraulic pump 3 is operated in an open circuit and draws pressure medium from a reservoir 6 via a suction line 5 and delivers the volume flow Q into a delivery line 7, which is connected to the consumer 4.
  • the load pressure p of the consumer 4 is established in the delivery line 7.
  • the hydraulic pump 3 is designed as a constant pump with a constant delivery volume.
  • the drive motor 2 driving the hydraulic pump 3 is designed, for example, as an electric motor.
  • An electronic control device 10 is connected on the input side to an actuator 11, for example a joystick or a manual control lever, and is connected on the output side to the drive motor 2 in order to specify a speed n for driving the hydraulic pump 3.
  • the electronic control device 11 specifies a speed n set for the drive motor 2 based on the control signal generated by the actuated actuator 11 in order to generate a corresponding volume flow Q of the hydraulic pump 3 to actuate the consumer 4 depending on the control signal of the actuator 11.
  • the drive motor 2 thus provides the speed n and a corresponding torque M to drive the hydraulic pump 3.
  • the volumetric efficiency ⁇ vol of the hydraulic pump 3 is the variable variable for determining the volumetric flow Q.
  • the volumetric efficiency ⁇ vol of the hydraulic pump 3 depends on the speed n and the viscosity of the pressure medium, which changes depending on the temperature T of the pressure medium and the type of pressure medium and is thus a function of the temperature T of the pressure medium and the type of pressure medium.
  • FIG 2 is a diagram of the volumetric efficiency ⁇ vol of the hydraulic pump 3 of the Figure 1
  • the ordinate represents the volumetric efficiency ⁇ vol of the hydraulic pump 3
  • the abscissa represents the viscosity of the pressure medium.
  • Figure 2 The dependence of the volumetric efficiency ⁇ vol of the hydraulic pump 3 on the viscosity of the pressure medium can be seen. At high viscosity of the pressure medium, the volumetric efficiency ⁇ vol of the hydraulic pump 3 is low, with decreasing viscosity of the pressure medium, the volumetric efficiency ⁇ vol of the hydraulic pump 3 increases.
  • the range X also represents an optimal viscosity range for the operation of the hydraulic pump 3, which is not equal to, but smaller than, the entire temperature operating range of the pressure medium of the hydraulic system 1.
  • FIG 3 is a diagram of the viscosity of the pressure medium of the hydraulic system 1 of the Figure 1 over the temperature T.
  • the ordinate represents the viscosity of a pressure medium and the abscissa represents the temperature T.
  • the dependence of the viscosity of a pressure medium on the temperature T can be seen.
  • the viscosity of the pressure medium decreases with increasing temperature T.
  • the viscosity of the pressure medium is therefore a function of the temperature T.
  • the hydraulic pump 3 of the Figure 1 in which the volume flow Q of the hydraulic pump 3 of the Figure 1 is plotted against the temperature T of the pressure medium, with the volume flow Q of the hydraulic pump 3 being plotted on the ordinate and the temperature T of the pressure medium being plotted on the abscissa, it can be seen that the hydraulic pump 3, at constant speed n and constant load pressure p, delivers a volume flow Q which changes due to the dependence of the volumetric efficiency ⁇ vol of the hydraulic pump 3 on the viscosity over the temperature T of the pressure medium. With increasing temperature T of the pressure medium, the volume flow Q decreases.
  • the hydraulic pump 3 thus delivers according to the diagram of the Figure 4 depending on the temperature T of the pressure medium at a constant speed n and constant load pressure p, a varying volume flow Q, whereby for the speed n specified for a specific actuation (deflection) of the actuator 11, different movement speeds of the consumer 4 are to be set at different temperatures T.
  • a temperature sensor 12 is provided which detects the temperature T of the pressure medium in the container 6 and is connected on the input side to the electronic control device 10.
  • the volume flow Q of the hydraulic pump 3 is controlled as a function of the temperature T of the pressure medium in such a way that when controlling the volume flow Q of the hydraulic pump 3, the influences of the temperature T of the pressure medium on the volume flow Q delivered by the hydraulic pump 3 are compensated.
  • the volume flow Q of the hydraulic pump 3 is controlled as a function of the actuating signal of the actuator 11 by means of a speed specification (setpoint speed) n setpoint of the drive motor 2, in order to compensate for the influences of the temperature T of the pressure medium on the volume flow Q delivered by the hydraulic pump 3, a temperature-dependent adjustment of the speed specification (setpoint speed) n setpoint of the drive motor 2 is carried out.
  • the speed n setpoint of the drive motor 3 and thus the speed n setpoint of the hydraulic pump 2 are thus adjusted as a function of the temperature T of the pressure medium measured by the temperature sensor 12 in such a way that, regardless of the temperature T of the pressure medium, a constant volume flow Q is generated to supply the consumer 4 for a specific deflection and thus a specific actuating signal of the actuator 11.
  • a volume flow Q that is independent of the temperature of the pressure medium and thus a volume flow Q that is constant over the temperature is made available to the consumer 4 by an individual speed n of the hydraulic pump 3 as a function of the respective temperature of the pressure medium.
  • the temperature T of the pressure medium is measured by the temperature sensor 12 and made available to the electronic control device 10.
  • the characteristic map of the volumetric efficiency ⁇ vol of the hydraulic pump 3 is to be determined.
  • the characteristic map is to be determined, in particular, for target operating points, including the occurring load pressures p and the desired constant volume flows Q1, Q2, Q3 to Qn with which the consumer 4 is to be operated.
  • Volumetric efficiency ⁇ vol function of viscosity of the pressure medium, speed n and load pressure p
  • the viscosities of the pressure medium can be determined for different temperatures, for example -10°C, -5°C, 0°C, +5°C, +15°C, +35°C, +65°C, +85°C and +95°C.
  • n ideal *k By means of factorization (n ideal *k) it is thus achieved that with increasing temperature T of the pressure medium, the is measured by means of the temperature sensor 12, the speed specification (target speed) n soll for the drive motor 2 is increased by the electronic control device 10 in such a way that, for a specific deflection of the actuator 11, the volume flow Q is independent of the temperature T and is constant over the temperature T.
  • the consumer 4 is always operated at the same (constant) movement speed, regardless of the temperature T of the pressure medium, for a specific deflection of the actuator 11.
  • a constant volume flow Q is thus provided to the consumer 4, independent of the temperature, upon a corresponding deflection of the actuator 11 by means of the individual speed of the hydraulic pump 3 as a function of the temperature T of the pressure medium.
  • a viscosity-dependent factor k can be determined for each consumer 4 and stored in the electronic control device 10 so that each consumer 4 is parameterized separately.
  • a generally valid viscosity-dependent factor k can be stored in the electronic control device 10, which can be used for all consumers 4 if the consumers 4 are justifiably oversupplied with the volume flow Q.
  • the load pressure p of the consumer 4 can be detected by a pressure sensor and made available to the electronic control device 10, whereby the effects of the load pressure p on the volumetric efficiency ⁇ vol of the hydraulic pump 3 can also be compensated.
  • the method according to the invention has a number of advantages.
  • the driver of the industrial truck receives the same actuation speed of the consumer 4 across the entire temperature operating range of the pressure medium for the same deflection of the actuator 11, i.e., a specific deflection point of the actuator 11, for example, a joystick or a manual control lever.
  • a specific deflection point of the actuator 11 for example, a joystick or a manual control lever.
  • reproducible actuation speeds of the controlled consumer 4 are achieved across the entire operating range.
  • the driver of the industrial truck is no longer forced to readjust the deflection of the actuator in order to achieve an expected actuation speed of the controlled consumer 4.
  • the hydraulic pump 3 is always operated in the optimal speed range and thus always results in the lowest noise levels at the operating point.
  • an extended service life (running time) of the hydraulic pump 3 can be achieved by reducing the nominal speed of the hydraulic pump 3 and/or by reducing the speed dynamics. Cavitation in the hydraulic pump 3 at low starting temperatures and thus a high viscosity of the pressure medium, as well as a lubricating film break in the hydraulic pump 3 at high operating temperatures and thus a low viscosity of the pressure medium, can thereby be prevented. This can be achieved in the method according to the invention by implementing a warm-up phase and/or a cooling phase.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Hydraulikanlage eines Flurförderzeugs, die eine von einem Antriebsmotor angetriebene Hydraulikpumpe aufweist und mindestens einen von dem Volumenstrom der Hydraulikpumpe angetriebenen Verbraucher aufweist, wobei bei der Ansteuerung des Verbrauchers der Volumenstrom der Hydraulikpumpe in Abhängigkeit von dem Stellsignal eines Stellglieds, insbesondere eines Joysticks oder eines Handbedienhebels, gesteuert wird, wobei die Hydraulikpumpe als Konstantpumpe mit einem konstanten Fördervolumen ausgebildet ist und bei der Ansteuerung des Verbrauchers der Volumenstrom der Hydraulikpumpe in Abhängigkeit von dem Stellsignal des Stellglieds, insbesondere eines Joysticks oder eines Handbedienhebels, durch eine Drehzahlvorgabe des Antriebsmotors gesteuert wird.
  • Aus der DE 101 28 583 A1 und der US 6 005 360 A1 sind gattungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Hydraulikanlage eines Flurförderzeugs bekannt.
  • Die JP 2010 255780 A offenbart eine Hydraulikanlage, bei der der maximale Volumenstrom der Hydraulikpumpe unabhängig von der Temperatur des Druckmittels konstant gehalten werden soll. Hierzu wird mit einem Temperatursensor die Temperatur des Druckmittels im Tank gemessen. Mit sinkender Temperatur des Druckmittels wird die Drehzahl des Pumpenmotors erhöht. Dadurch fördert die Hydraulikpumpe auch bei niedrigen Temperaturen und damit hoher Viskosität des Druckmittels, wobei die Ansaugmenge der Hydraulikpumpe verringert ist, den maximalen Volumenstrom.
  • Bei batterie-elektrisch betriebenen Flurförderzeugen weist die Hydraulikanlage in der Regel eine Konstantpumpe mit einem konstanten Fördervolumen auf. Von der Hydraulikpumpe werden in der Regel mehrere Verbraucher versorgt, beispielswiese ein Hubantrieb zum Heben und Senken eines Lastaufnahmemittels, ein Neigeantrieb zum Neigen eines Hubgerüstes, an dem das Lastaufnahmemittels anhebbar und absenkbar angeordnet ist, und gegebenenfalls ein oder mehrere Zusatzverbraucher, beispielsweise ein Seitenschieber für das Lastaufnahmemittel. Bei der Ansteuerung eines Verbrauchers wird von dem Fahrer des Flurförderzeugs ein Stellglied, beispielsweise ein Joystick oder ein Handbedienhebel, betätigt und entsprechend der Auslenkung des Stellgliedes eine bestimmte Solldrehzahl vorgegeben, mit der ein die Hydraulikpumpe antreibender Antriebsmotor betrieben wird. Mit der Solldrehzahl und dem Fördervolumen der Hydraulikpumpe ergibt sich ein bestimmter von der Hydraulikpumpe geförderter Volumenstrom (Fördermenge), mit dem der Verbraucher versorgt wird. Die als Konstantpumpe ausgeführte Hydraulikpumpe wird somit bei der Ansteuerung eines Verbrauchers mit einer gesteuerten Drehzahl betrieben, die allein abhängig ist von der Auslenkung des Stellglieds. Je nach Auslenkung des Stellglieds wird eine Solldrehzahl generiert, mit der die als Konstantpumpe ausgebildete Hydraulikpumpe betrieben wird, d.h. für unterschiedliche Auslenkungen des Stellglieds werden unterschiedliche Solldrehzahlen generiert.
  • Nachteilig hierbei ist, dass bei der Generierung und somit der Vorgabe dieser Solldrehzahlen jedoch nicht der Lastdruck des Verbrauchers sowie der viskositätsabhängige und drehzahlabhängige volumetrische Wirkungsgrad der Hydraulikpumpe berücksichtigt wird. Daraus folgt, dass für die gleiche Auslenkung des Stellglieds, d.h. einen bestimmten Auslenkungspunkt des Stellglieds, bei unterschiedlichen Viskositäten des Druckmittels dem Verbraucher unterschiedlich große Volumenströme und somit ein variierender Volumenstrom bereitgestellt wird. Dieser Effekt beruht darauf, dass bei einer als Konstantpumpe ausgebildeten Hydraulikpumpe der Volumenstrom mit schwankender Viskosität des Druckmittels bei gleichem Lastdruck variiert. Für den Fahrer des Flurförderzeugs führt dies dazu, dass sich bei einer bestimmten Auslenkung des Stellglieds und somit einer bestimmten, der Auslenkung des Stellglieds zugeordneten konstanten Drehzahl der Konstantpumpe ein schwankender bzw. variierender Volumenstrom der Konstantpumpe ergibt und sich somit für eine bestimmte Auslenkung des Stellglieds, d.h. gleiche Auslenkungen des Stellglieds, variierende Betätigungsgeschwindigkeiten des Verbrauchers einstellen je nach vorliegender Temperatur des Druckmittels. Darüber hinaus wird hierbei die Hydraulikpumpe nicht im funktionsgerechten und optimalen Betriebspunkt betrieben.
  • Sofern sich für eine bestimmte Auslenkung des Stellglieds, d.h. gleiche Auslenkungen des Stellglieds, variierende Betätigungsgeschwindigkeiten des Verbrauchers einstellen, führt dies bei dem Fahrer des Flurförderzeugs zu einem Komfortverlust, da Verbraucherbewegungen nicht optimal ausgeführt werden, sowie zu nicht reproduzierbaren Betätigungsgeschwindigkeiten des angesteuerten Verbrauchers über den gesamten Betriebsbereich. Der Fahrer des Flurförderzeugs kann dann gezwungen sein, an dem Stellglied die Auslenkung nachzujustieren, um eine erwartete Betätigungsgeschwindigkeit des angesteuerten Verbrauchers zu erzielen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Hydraulikanlage eines Flurförderzeugs der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, das die genannten Nachteile vermeidet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Temperatur des Druckmittels mit einem Temperatursensor gemessen wird und bei der Ansteuerung des Verbrauchers der Volumenstrom der Hydraulikpumpe in Abhängigkeit von der Temperatur des Druckmittels derart gesteuert wird, dass bei der Steuerung des Volumenstroms der Hydraulikpumpe eine Kompensation der Einflüsse der Temperatur des Druckmittels auf den von der Hydraulikpumpe geförderten Volumenstrom erfolgt, wodurch über den gesamten Temperaturbetriebsbereich des Druckmittels für das Stellsignal des Stellglieds ein konstanter Volumenstrom für den Verbraucher bereit gestellt wird. Zur Kompensation der Einflüsse der Temperatur des Druckmittels auf den von der Hydraulikpumpe geförderten Volumenstrom wird eine temperaturabhängige Anpassung der Drehzahlvorgabe des Antriebsmotors durchgeführt und die temperaturabhängige Anpassung der Drehzahlvorgabe wird derart durchgeführt, dass mit zunehmender Temperatur des Druckmittels die Drehzahlvorgabe des Antriebsmotors erhöht wird, wobei die temperaturabhängige Anpassung der Drehzahlvorgabe durch eine Faktorisierung mit einem viskositätsabhängigen Faktor erfolgt. Dies ermöglicht es auf einfache Weise, mit steigender Temperatur des Druckmittels die Drehzahlvorgabe des Antriebsmotors zu erhöhen.
  • Bei der Erfindung wird somit bei einer bestimmten Auslenkung des Stellglieds und somit einem bestimmten Stellsignal des Stellglieds unabhängig von der Temperatur des Druckmittels und somit über den gesamten Temperaturbetriebsbereich des Druckmittels ein konstanter Volumenstrom der Hydraulikpumpe zur Verfügung gestellt, mit dem der Verbraucher betrieben wird. Für eine bestimmte Auslenkung des Stellglieds, d.h. gleiche Auslenkungen des Stellglieds, stellt sich somit bei unterschiedlichen Temperaturen des Druckmittels dieselbe Betätigungsgeschwindigkeit des Verbrauchers ein. Dies führt bei dem Fahrer des Flurförderzeugs zu einem erhöhten Komfort, da Verbraucherbewegungen optimal ausgeführt werden, sowie zu reproduzierbaren Betätigungsgeschwindigkeiten des angesteuerten Verbrauchers über den gesamten Betriebsbereich. Der Fahrer des Flurförderzeugs ist zudem bei der Erfindung nicht mehr gezwungen, an dem Stellglied die Auslenkung nachzujustieren, um eine erwartete Betätigungsgeschwindigkeit des angesteuerten Verbrauchers zu erzielen.
  • Bei der Erfindung ist die Hydraulikpumpe als Konstantpumpe mit einem konstanten Fördervolumen ausgebildet und wird bei der Ansteuerung des Verbrauchers der Volumenstrom der Hydraulikpumpe in Abhängigkeit von dem Stellsignal des Stellglieds, insbesondere eines Joysticks oder eines Handbedienhebels, durch eine Drehzahlvorgabe des Antriebsmotors gesteuert. Bei einer als Konstantpumpe ausgebildete Hydraulikpumpe kann durch die Vorgabe einer Drehzahl der Konstantpumpe auf einfache Weise der von der Konstantpumpe geförderte Volumenstrom gesteuert werden.
  • Gemäß der Erfindung wird zur Kompensation der Einflüsse der Temperatur des Druckmittels auf den von der Hydraulikpumpe geförderten Volumenstrom eine temperaturabhängige Anpassung der Drehzahlvorgabe des Antriebsmotors durchgeführt. Dadurch kann auf einfache Weise der von einer als Konstantpumpe ausgebildeten Hydraulikpumpe geförderte Volumenstrom derart gesteuert werden, dass eine Kompensation der Einflüsse der Temperatur des Druckmittels auf den von der Hydraulikpumpe geförderten Volumenstrom erfolgt, um über den gesamten Temperaturbetriebsbereich des Druckmittels für das Stellsignal des Stellglieds einen konstanten Volumenstrom für den Verbraucher bereit zu stellen.
  • Die temperaturabhängige Anpassung der Drehzahlvorgabe wird erfindungsgemäß derart durchgeführt, dass mit zunehmender Temperatur des Druckmittels die Drehzahlvorgabe des Antriebsmotors erhöht wird. Da der Volumenstrom der Hydraulikpumpe - bei konstanter Drehzahl und konstantem Lastdruck des Verbrauchers - mit zunehmender Temperatur des Druckmittels abnimmt, kann mit der Erhöhung der Drehzahlvorgabe des Antriebsmotors bei zunehmender Temperatur des Druckmittels auf sichere Weise erzielt werden, dass die Hydraulikpumpe bei einer bestimmten Auslenkung des Stellglieds unabhängig von der Temperatur des Druckmittels einen konstanten Volumenstrom liefert.
  • Vorteilhafterweise wird hierzu das Kennfeld des volumetrischen Wirkungsgrades der Hydraulikpumpe ermittelt und werden mehrere Kennlinien für konstante Volumenströme bestimmt sowie aus den mehreren Kennlinien für konstante Volumenströme der viskositätsabhängige Faktor bestimmt. Das Kennfeld des volumetrischen Wirkungsgrades der Hydraulikpumpe wird hierzu bevorzugt für Zielbetriebspunkte inklusive der auftretenden Lastdrücke des Verbrauchers und gewünschter jeweils konstanter Volumenströme ermittelt, mit denen der Verbraucher betrieben werden soll. Sofern weiterhin mehrere Kennlinien für konstante Volumenströme bestimmt werden, die jeweils eine Funktion des volumetrischen Wirkungsgrades der Hydraulikpumpe sind, kann aus diesen Kennlinien der viskositätsabhängige Faktor bestimmt werden, der für die temperaturabhängige Anpassung der Drehzahlvorgabe verwendet wird.
  • Die Temperatur des Druckmittels wird bevorzugt mit einem Temperatursensor gemessen, der die Temperatur des Druckmittels in einem Behälter der Hydraulikanlage erfasst.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt
    • Figur 1
    einen Schaltplan einer Hydraulikanlage eines Flurförderzeugs gemäß der Erfindung,
    Figur 2
    ein Diagramm des volumetrischen Wirkungsgrades der Hydraulikpumpe der Hydraulikanlage der Figur 1 über die Viskosität des Druckmittels,
    Figur 3
    ein Diagramm der Viskosität des Druckmittels der Hydraulikanlage der Figur 1 über die Temperatur und
    Figur 4
    ein Diagramm des Volumenstroms Q der Hydraulikpumpe der Hydraulikanlage der Figur 1 über die Temperatur T des Druckmittels.
  • In der Figur 1 ist ein Schaltplan einer erfindungsgemäße Hydraulikanlage 1 eines Flurförderzeugs dargestellt. Die Hydraulikanlage 1 weist eine von einem Antriebsmotor 2 angetriebene Hydraulikpumpe 3 auf und mindestens einen Verbraucher 4, der von dem Volumenstrom Q der Hydraulikpumpe 3 angetriebenen ist.
  • Die Hydraulikpumpe 3 ist im offenen Kreislauf betrieben und saugt mit einer Ansaugleitung 5 Druckmittel aus einem Behälter 6 an und fördert den Volumenstrom Q in eine Förderleitung 7, die mit dem Verbraucher 4 in Verbindung steht. Bei einer Ansteuerung des Verbrauchers 4, d.h. bei einer Bewegung des Verbrauchers 4 stellt sich in der Förderleitung 7 der Lastdruck p des Verbrauchers 4 ein.
  • Die Hydraulikpumpe 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Konstantpumpe mit einem konstanten Fördervolumen ausgebildet.
  • Der die Hydraulikpumpe 3 antreibende Antriebsmotor 2 ist beispielsweise als Elektromotor ausgebildet.
  • Eine elektronische Steuereinrichtung 10 ist eingangsseitig mit einem Stellglied 11 verbunden, beispielsweise einem Joystick oder einem Handbedienhebel, und steht ausgangsseitig mit dem Antriebsmotor 2 in Verbindung, um eine Drehzahl n zum Antrieb der Hydraulikpumpe 3 vorzugeben. Bei der Ansteuerung des Verbrauchers 4 wird von der elektronischen Steuereinrichtung 11 anhand des von dem betätigten Stellglied 11 erzeugten Stellsignals eine Drehzahl nsoll für den Antriebsmotors 2 vorgegeben, um in Abhängigkeit von dem Stellsignal des Stellglieds 11 einen entsprechenden Volumenstrom Q der Hydraulikpumpe 3 zur Betätigung des Verbrauchers 4 zu erzeugen. Der Antriebsmotor 2 stellt somit die Drehzahl n und ein entsprechendes Drehmoment M zum Antrieb der Hydraulikpumpe 3 zur Verfügung
  • Die als Konstantpumpe ausgebildete Hydraulikpumpe 3 liefert einen Volumenstrom Q gemäß folgender Gleichung: Q = V * n * η vol / 1000
    Figure imgb0001
     wobei Q der Volumenstrom in l/min, V das Fördervolumen in cm3, n die Drehzahl in 1/min und ηvol der volumetrische Wirkungsgrad der Hydraulikpumpe 3 ist.
  • Bei der als Konstantpumpe ausgebildeten Hydraulikpumpe 3 ist das Fördervolumen V konstant. Daher ist zur Bestimmung des Volumenstroms Q der volumetrische Wirkungsgrad ηvol der Hydraulikpumpe 3 die variable Größe. Der volumetrische Wirkungsgrad ηvol der Hydraulikpumpe 3 ist abhängig von der Drehzahl n, der Viskosität des Druckmittels, die sich über die Temperatur T des Druckmittels und den Typ des Druckmittels ändert und somit eine Funktion der Temperatur T des Druckmittels und des Typs des Druckmittels ist.
  • In der Figur 2 ist ein Diagramm des volumetrischen Wirkungsgrades ηvol der Hydraulikpumpe 3 der Figur 1 über die Viskosität des Druckmittels dargestellt. Hierbei ist auf der Ordinate der volumetrische Wirkungsgrades ηvol der Hydraulikpumpe 3 und auf der Abszisse die Viskosität des Druckmittels dargestellt. In der Figur 2 ist dabei die Abhängigkeit des volumetrischen Wirkungsgrades ηvol der Hydraulikpumpe 3 von der Viskosität des Druckmittels zu erkennen. Bei hoher Viskosität des Druckmittels ist der volumetrischen Wirkungsgrades ηvol der Hydraulikpumpe 3 niedrig, mit geringer werdender Viskosität des Druckmittels nimmt der volumetrischen Wirkungsgrades ηvol der Hydraulikpumpe 3 zu. In der Figur 2 ist mit dem Bereich X auch ein optimaler Viskositätsbereich für den Betrieb der Hydraulikpumpe 3 dargestellt, der nicht gleich, sondern kleiner als der gesamte Temperaturbetriebsbereich des Druckmittels der Hydraulikanlage 1 ist.
  • In der Figur 3 ist ein Diagramm der Viskosität des Druckmittels der Hydraulikanlage 1 der Figur 1 über die Temperatur T dargestellt. Hierbei ist auf der Ordinate die Viskosität eines Druckmittels und auf der Abszisse die Temperatur T dargestellt. In der Figur 3 ist dabei die Abhängigkeit der Viskosität eines Druckmittels von der Temperatur T zu erkennen. Die Viskosität des Druckmittels nimmt mit steigender Temperatur T ab. Die Viskosität des Druckmittels ist somit eine Funktion der Temperatur T.
  • Gemäß dem Diagramm der Figur 4, in der der Volumenstroms Q der Hydraulikpumpe 3 der Figur 1 über die Temperatur T des Druckmittels dargestellt ist, wobei auf der Ordinate der Volumenstrom Q der Hydraulikpumpe 3 und auf der Abszisse die Temperatur T des Druckmittels dargestellt ist, ist ersichtlich, dass die Hydraulikpumpe 3, bei konstanter Drehzahl n und konstantem Lastdruck p, einen Volumenstrom Q fördert, der sich aufgrund der Abhängigkeit des volumetrischen Wirkungsgrades ηvol der Hydraulikpumpe 3 von der Viskosität über die Temperatur T des Druckmittels ändert. Mit zunehmender Temperatur T des Druckmittels verringert sich der Volumenstrom Q. Die Hydraulikpumpe 3 fördert somit gemäß dem Diagramm der Figur 4 in Abhängigkeit von der Temperatur T des Druckmittels bei konstanter Drehzahl n und konstantem Lastdruck p einen variierenden Volumenstrom Q, wodurch sich für die bei einer bestimmten Betätigung (Auslenkung) des Stellglieds 11 vorgegebene Drehzahl nsoll bei unterschiedlichen Temperaturen T unterschiedliche Bewegungsgeschwindigkeiten des Verbrauchers 4 einstellen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Hydraulikanlage 1 ist ein die Temperatur T des Druckmittels im Behälter 6 erfassender Temperatursensor 12 vorgesehen, der eingangsseitig mit der elektronischen Steuereinrichtung 10 in Verbindung steht.
  • Um über den gesamten Temperaturbetriebsbereich des Druckmittels für das Stellsignal des Stellglieds 11 einen konstanten Volumenstrom Q für den Verbraucher 4 bereit zu stellen und somit zu erzielen, dass sich unabhängig von der Temperatur T des Druckmittels für ein bestimmtes Stellsignal des Stellglieds 11 immer die gleiche Bewegungsgeschwindigkeit des Verbrauchers 4 ergibt, wird erfindungsgemäß bei der Ansteuerung des Verbrauchers 4 der Volumenstrom Q der Hydraulikpumpe 3 in Abhängigkeit von der Temperatur T des Druckmittels derart gesteuert, dass bei der Steuerung des Volumenstroms Q der Hydraulikpumpe 3 eine Kompensation der Einflüsse der Temperatur T des Druckmittels auf den von der Hydraulikpumpe 3 geförderten Volumenstrom Q erfolgt. Hierzu wird erfindungsgemäß, wobei bei der Ansteuerung des Verbrauchers 4 der Volumenstrom Q der Hydraulikpumpe 3 in Abhängigkeit von dem Stellsignal des Stellglieds 11 durch eine Drehzahlvorgabe (Solldrehzahl) nsoll des Antriebsmotors 2 gesteuert wird, zur Kompensation der Einflüsse der Temperatur T des Druckmittels auf den von der Hydraulikpumpe 3 geförderten Volumenstrom Q ein temperaturabhängige Anpassung der Drehzahlvorgabe (Solldrehzahl) nsoll des Antriebsmotors 2 durchgeführt. Erfindungsgemäß wird somit in Abhängigkeit von der mit dem Temperatursensor 12 gemessenen Temperatur T des Druckmittels die Drehzahl nsoll des Antriebsmotors 3 und somit die Drehzahl nsoll der Hydraulikpumpe 2 derart angepasst, dass unabhängig von der Temperatur T des Druckmittels für eine bestimmte Auslenkung und somit ein bestimmtes Stellsignal des Stellglieds 11 ein konstanter Volumenstrom Q zur Versorgung des Verbrauchers 4 erzeugt wird. Es wird somit dem Verbraucher 4 bei einer bestimmten Auslenkung des Stellglieds 11 durch eine individuelle Drehzahl n der Hydraulikpumpe 3 in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur des Druckmittels ein von der Temperatur des Druckmittels unabhängiger Volumenstrom Q und somit ein über die Temperatur konstanter Volumenstrom Q zur Verfügung gestellt.
  • Um die temperaturabhängige Anpassung der Drehzahlvorgabe (Solldrehzahl) nsoll des Antriebsmotors 2 durchzuführen und die Einflüsse der schwankenden Temperatur T des Druckmittels auf den Volumenstrom Q zu kompensieren, um einen über die Temperatur T konstanten Volumenstrom Q für eine bestimmte Auslenkung des Stellglieds 11 zu erzielen, sind die genauen Daten zu der Hydraulikpumpe 3 bezüglich des Volumenstroms Q, der eine Funktion der Drehzahl n, des Lastdruckes p und des volumetrischen Wirkungsgrades ηvol ist, sowie die Temperatur T des Druckmittels erforderlich.
  • Die Temperatur T des Druckmittels wird mittels des Temperatursensors 12 gemessen und der elektronischen Steuereinrichtung 10 zur Verfügung gestellt.
  • Bei der Erfindung ist das Kennfeld des volumetrischen Wirkungsgrades ηvol der Hydraulikpumpe 3 zu ermitteln. Das Kennfeld ist hierbei insbesondere für Zielbetriebspunkte inklusive der auftretenden Lastdrücke p und gewünschter jeweils konstanter Volumenströme Q1, Q2, Q3 bis Qn, mit denen der Verbraucher 4 betrieben werden soll, zu ermitteln. Hierzu sind folgende Gleichungen von Relevanz: Viskosität des Druckmittels = Funktion von Druckmittel
    Figure imgb0002
     Volumetrischer Wirkungsgrad ηvol = Funktion von Viskosität des Druckmittels, Drehzahl n und Lastdruck p Volumenstrom Q = konstant = Funktion von Verdrängervolumen V, Drehzahl n, Viskosität des Druckmittels, Volumetrischer Wirkungsgrad ηvol
  • Hierzu können die Viskositäten des Druckmittels für verschiedene Temperaturen bestimmt werden, beispielsweise -10°C, -5°C, 0°C, +5°C, +15°C, +35°C, +65°C, +85°C und +95°C.
  • Mit den bereit gestellten Kennlinien für jeweils Volumenstrom Q = konstant = Funktion von Verdrängervolumen V, Drehzahl n, Viskosität des Druckmittels, volumetrischer Wirkungsgrad ηvol (gemäß Gleichung 3) kann dann ein viskositätsabhängiger Faktor k bestimmt werden.
  • Dieser viskositätsabhängige Faktor k, der in der elektronischen Steuereinrichtung 10 hinterlegt ist, dient zur temperaturabhängigen Anpassung der Drehzahlvorgabe (Solldrehzahl) nsoll gemäß folgender Formel: n soll = n ideal + n ideal * k
    Figure imgb0003
     wobei nsoll die Drehzahlvorgabe (Solldrehzahl) für den Antriebsmotors 2 ist, nideal der der Auslenkung des Stellglieds 11 entsprechende Drehzahlvorgabewert ist und k der viskositätsabhängige Faktor ist.
  • Mittels der Faktorisierung (nideal *k) wird somit erzielt, dass mit steigender Temperatur T des Druckmittels, die mittels des Temperatursensors 12 gemessen wird, die Drehzahlvorgabe (Solldrehzahl) nsoll für den Antriebsmotor 2 von der elektronischen Steuereinrichtung 10 erhöht wird, derart, dass bei einer bestimmten Auslenkung des Stellglieds 11 der Volumenstrom Q unabhängig von der Temperatur T ist und über die Temperatur T konstant ist. Dadurch wird der Verbraucher 4 unabhängig von der Temperatur T des Druckmittels bei einer bestimmten Auslenkung des Stellglieds 11 stets mit der gleichen (konstanten) Bewegungsgeschwindigkeit betrieben.
  • Bei der Erfindung wird somit bei einer entsprechenden Auslenkung des Stellglieds 11 mittels der individuellen Drehzahl der Hydraulikpumpe 3 in Abhängigkeit von der Temperatur T des Druckmittels dem Verbraucher 4 temperaturunabhängig ein konstanter Volumenstrom Q bereitgestellt.
  • Sofern die Hydraulikanlage 1 mehrere Verbraucher 4 umfasst, kann für jeden Verbraucher 4 ein viskositätsabhängiger Faktor k bestimmt und in der elektronischen Steuereinrichtung 10 hinterlegt werden, so dass jeder Verbraucher 4 separat parametrisiert wird.
  • Alternativ kann bei einer Hydraulikanlage 1 mit mehreren Verbraucher 4 ein allgemeingültiger viskositätsabhängiger Faktor k in der elektronischen Steuereinrichtung 10 hinterlegt werden, der bei vertretbarer Überversorgung der Verbraucher 4 mit dem Volumenstrom Q für alle Verbraucher 4 verwendet werden kann.
  • Zusätzlich kann mit einem Drucksensor der Lastdruck p des Verbrauchers 4 erfasst und der elektronischen Steuereinrichtung 10 zur Verfügung gestellt werden, wodurch auch die Auswirkungen des Lastdruckes p auf den volumetrischen Wirkungsgrad ηvol der Hydraulikpumpe 3 ausgeglichen werden könne.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält der Fahrer des Flurförderzeugs für die gleiche Auslenkung des Stellglieds 11, d.h. einen bestimmten Auslenkungspunkt des Stellglieds 11, beispielsweise eines Joysticks oder eines Handbedienhebels, die gleiche Betätigungsgeschwindigkeit des Verbrauchers 4 über den gesamten Temperaturbetriebsbereich des Druckmittels. Dies führt zu einem erhöhten Komfort, da Verbraucherbewegungen optimal ausgeführt werden. Zudem werden reproduzierbare Betätigungsgeschwindigkeiten des angesteuerten Verbrauchers 4 über den gesamten Betriebsbereich erzielt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Fahrer des Flurförderzeugs nicht mehr gezwungen, an dem Stellglied die Auslenkung nachzujustieren, um eine erwartete Betätigungsgeschwindigkeit des angesteuerten Verbrauchers 4 zu erzielen.
  • Die Hydraulikpumpe 3 wird immer im optimalen Drehzahlbereich betrieben und führt somit im Betriebspunkt immer zu den geringsten Geräuschbelastungen.
  • Im Betrieb der Hydraulikpumpe 3 außerhalb des in der Figur 2 verdeutlichten optimalen Viskositätsbereichs X kann durch eine reduzierte Nenndrehzahl der Hydraulikpumpe 3 und/oder durch eine reduzierte Drehzahldynamik eine verlängerte Lebensdauer (Laufzeit) der Hydraulikpumpe 3 erzielt werden. Kavitation in der Hydraulikpumpe 3 bei niedrigen Starttemperaturen und somit einer hohen Viskosität des Druckmittels sowie ein Schmierfilmabriss in der Hydraulikpumpe 3 bei hohen Betriebstemperaturen und somit einer niedrigen Viskosität des Druckmittels können hierdurch verhindert werden. Dies kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Implementieren einer Warmlaufphase und/oder Abkühlphase erfolgen.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Hydraulikanlage (1) eines Flurförderzeugs, die eine von einem Antriebsmotor (2) angetriebene Hydraulikpumpe (3) aufweist und mindestens einen von dem Volumenstrom (Q) der Hydraulikpumpe (3) angetriebenen Verbraucher (4) aufweist, wobei bei der Ansteuerung des Verbrauchers (4) der Volumenstrom (Q) der Hydraulikpumpe (3) in Abhängigkeit von dem Stellsignal eines Stellglieds (11), insbesondere eines Joysticks oder eines Handbedienhebels, gesteuert wird, wobei die Hydraulikpumpe (3) als Konstantpumpe mit einem konstanten Fördervolumen (V) ausgebildet ist und bei der Ansteuerung des Verbrauchers (4) der Volumenstrom (Q) der Hydraulikpumpe (3) in Abhängigkeit von dem Stellsignal des Stellglieds (11), insbesondere eines Joysticks oder eines Handbedienhebels, durch eine Drehzahlvorgabe (nsoll) des Antriebsmotors (2) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) des Druckmittels mit einem Temperatursensor (12) gemessen wird und bei der Ansteuerung des Verbrauchers (4) der Volumenstrom (Q) der Hydraulikpumpe (3) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) des Druckmittels derart gesteuert wird, dass bei der Steuerung des Volumenstroms (Q) der Hydraulikpumpe (3) eine Kompensation der Einflüsse der Temperatur (T) des Druckmittels auf den von der Hydraulikpumpe (3) geförderten Volumenstrom (Q) erfolgt, wodurch über den gesamten Temperaturbetriebsbereich des Druckmittels für das Stellsignal des Stellglieds (11) ein konstanter Volumenstrom (Q) für den Verbraucher (4) bereit gestellt wird, wobei zur Kompensation der Einflüsse der Temperatur (T) des Druckmittels auf den von der Hydraulikpumpe (3) geförderten Volumenstrom (Q) eine temperaturabhängige Anpassung der Drehzahlvorgabe (nsoll) des Antriebsmotors (2) durchgeführt wird und die temperaturabhängige Anpassung der Drehzahlvorgabe (nsoll) derart durchgeführt wird, dass mit zunehmender Temperatur (T) des Druckmittels die Drehzahlvorgabe (nsoll) des Antriebsmotors (2) erhöht wird, wobei die temperaturabhängige Anpassung der Drehzahlvorgabe (nsoll) durch eine Faktorisierung (nideal * k) mit einem viskositätsabhängigen Faktor (k) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennfeld des volumetrischen Wirkungsgrades (ηvol) der Hydraulikpumpe (3) ermittelt wird, mehrere Kennlinien für konstante Volumenströme (Q) bestimmt werden und aus den mehreren Kennlinien für konstante Volumenströme (Q) der viskositätsabhängige Faktor (k) bestimmt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (12) die Temperatur (T) des Druckmittels in einem Behälter (6) der Hydraulikanlage (1) erfasst.
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