[0001] Die Erfindung betrifft eine hydraulische Hubvorrichtung für eine batterie-elektrisch
betriebene Arbeitsmaschine, insbesondere Flurförderzeug, wobei die Hubvorrichtung
ein vertikal bewegbares Lastaufnahmemittel aufweist, das mit zumindest einem hydraulischen
Hubzylinder in Wirkverbindung steht, wobei der Hubzylinder mittels einer Druckmittelleitung
mit einem im Hebenbetrieb als Pumpe und im Senkenbetrieb als Motor arbeitenden hydraulischen
Aggregat in Verbindung steht, das mit einer im Hebenbetrieb als Motor und im Senkenbetrieb
als Generator arbeitenden elektrischen Maschine in trieblicher Verbindung steht.
[0002] Derartige Hubvorrichtungen werden in batterie-elektrisch betriebenen Arbeitsmaschinen,
beispielsweise Flurförderzeugen, eingesetzt. Das Anheben des vertikal bewegbaren Lastaufnahmemittels
erfolgt hierbei mittels zumindest eines Hubzylinders, der mit dem hydraulischen Aggregat
verbunden ist, das im Hebenbetrieb als Pumpe arbeitet, Druckmittel zum Hubzylinder
fördert und von der als Motor arbeitenden elektrischen Maschine angetrieben wird.
Während des Absenkens wird der aus dem Hubzylinder ausströmende Druckmittelstrom durch
das hydraulische Aggregat geleitet, das im Senkenbetrieb als Pumpe arbeitet und die
als Generator arbeitende elektrische Maschine antreibt. Hierdurch kann die beim Absenken
des Lastaufnahmemittels freiwerdende potentielle Energie der Last zurückgewonnen werden,
indem die potentielle Energie von der als Generator arbeitenden elektrischen Maschine
in elektrische Energie umgewandelt und in die Batterie eingespeist wird. Durch die
Energierückgewinnung beim Senken ergibt sich eine längere Betriebsdauer einer Batterieladung,
wodurch das Flurförderzeug mit einer Batterieladung eine höhere Umschlagleistung aufweist.
[0003] Aus der EP 0 630 853 B1 ist eine derartige Hubvorrichtung bekannt. Die Regelung der
Senkgeschwindigkeit des Lastaufnahmemittels im Senkenbetrieb und der Hubgeschwindigkeit
des Lastaufnahmemittels im Hebenbetrieb erfolgt über den gesamten Arbeitsbereich mittels
einer Drehzahlregelung der elektrischen Maschine. Hierbei wird aus dem Signal einer
Sollwertvorgabeeinrichtung ein Drehzahlsollwert für die elektrischen Maschine gebildet.
Der Drehzahlsollwert wird mit einem mittels eines an der elektrischen Maschine angeordneten
Drehzahlsensors gemessenen Drehzahlistwert verglichen, wobei die aus dem Drehzahlistwert
und dem Drehzahlsollwert gebildete Regelabweichung auf einen Drehzahlregler der elektrischen
Maschine gegeben wird.
[0004] Mit einer derartigen Hubvorrichtung kann ohne wesentliche Hydraulikverluste eine
optimale Energierückgewinnung im Senkenbetrieb erzielt werden.
[0005] Beim Senken stützt sich hierbei jedoch die Last nach Öffnen eines zwischen dem Hubzylinder
und dem hydraulischen Aggregat angeordneten Lasthalteventils ausschließlich auf dem
hydraulischen Aggregat und der mit dieser gekoppelten elektrischen Maschine ab. Im
Feinsteuerbereich bei geringen Senkgeschwindigkeiten kann es bei einer derartigen
Drehzahlregelung der elektrischen Maschine zu einer ungenauen Einstellung der Senkgeschwindigkeit
kommen, da die an der hydraulischen Maschine auftretende Leckage von dem Drehzahlsensor
der elektrischen Maschine nicht erfasst wird und somit die Leckage der hydraulischen
Maschine bei der Einstellung der Senkgeschwindigkeit nicht berücksichtigt wird.
[0006] Zudem können aufgrund der Massenkräfte des hydraulischen Aggregats und der elektrischen
Maschine zu Beginn des Senkenbetriebs zeitliche Verzögerungen bei der Istwerterfassung
der Senkgeschwindigkeit auftreten, die in dem Drehzahlregelkreis zu Verfälschungen
des Messergebnisses und zu Schwingungen führen können, wodurch es zu einer ungenauen
Einstellung der Senkengeschwindigkeit im Feinsteuerbereich kommen kann.
[0007] Aus der DE 30 18 156 C2 ist eine Hubvorrichtung bekannt, bei der ein Proportionalventil
zur Steuerung der Senkenbewegung vorgesehen ist. Im Senkenbetrieb im Feinsteuerbereich
befindet sich das Proportionalventil in einer Durchflussstellung. Bei hohen Senkgeschwindigkeiten
wird das Proportionalventil in eine Durchflussstellung aufgesteuert. Sowohl im Feinsteuerbereich
wie auch bei hohen Senkgeschwindigkeiten wird das hydraulische Aggregat von dem aus
dem Hubzylinder ausströmenden Druckmittel angetrieben, wodurch eine Energierückgewinnung
ermöglicht wird. Das Proportionalventil ist jedoch im gesamten Senkenbetrieb durchströmt,
wodurch insbesondere bei hohen Senkgeschwindigkeiten am Proportionalventil aufgrund
des hohen Druckmitteldurchflusses ein hoher Druckverlust auftritt. Mit einer derartigen
Hubvorrichtung kann die Senkengeschwindigkeit im Feinsteuerbereich genau eingestellt
werden, durch den am Proportionalventil auftretenden Druckverlust bei hohen Senkengeschwindigkeiten
vermindert sich jedoch der Anteil der zurückgewinnbaren Energie.
[0008] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubvorrichtung der eingangs
genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die im Feinsteuerbereich bei geringen
Senkengeschwindigkeiten ein genaue Einstellung der Senkengeschwindigkeit und bei hohen
Senkengeschwindigkeiten eine effektive Energierückgewinnung ermöglicht.
[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass von der Druckmittelleitung
eine zu einem Behälter geführte Zweigleitung abzweigt, in der ein Senkenventil zur
Steuerung der Senkenbewegung im Feinsteuerbereich angeordnet ist.
[0010] Erfindungsgemäß wird somit beim Senken im Feinsteuerbereich die Senkenbewegung durch
das Senkenventil gesteuert, wobei das vom Hubzylinder abströmende Druckmittel über
das Senkenventil zum Behälter strömt. Hierdurch kann die Senkengeschwindigkeit im
Feinsteuerbereich auf einfache Weise eingestellt werden. Durch die geringen Druckmittelströme
im Feinsteuerbereich ist das Senkenventil auf geringe Volumenströme auszulegen und
weist daher einen geringen Bauaufwand und Bauraumbedarf auf.
[0011] Gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung ist das Senkenventil als Proportionalventil
ausgebildet und zur Steuerung der Senkenbewegung im Feinsteuerbereich in eine Durchflussstellung
beaufschlagbar. Mit einem Proportionalventil kann auf einfache Weise im Senkenbetrieb
im Feinsteuerbereich die Senkengeschwindigkeit genau eingestellt werden, wobei der
gesamte Proportionalbereich des Senkenventils zur Steuerung der Senkenbewegung im
Feinsteuerbereich verwendet werden kann.
[0012] Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das Senkenventil eine als Sitzventil ausgebildete
Sperrstellung aufweist. In der Sperrstellung wird somit ein Druckmittelstrom zum Behälter
vermieden. Dadurch kann in der Neutralstellung oder im Hebenbetrieb ein Druckmittelstrom
vom Hubzylinder über die Zweigleitung zum Behälter auf einfache Weise verhindert werden.
[0013] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in der Druckmittelleitung
zwischen dem hydraulischen Aggregat und dem Anschluss der Zweigleitung ein Lasthalteventil
angeordnet ist. Hierdurch kann auf einfache Weise ein unbeabsichtigtes Absinken der
Last in der Neutralstellung der Hubvorrichtung vermieden werden.
[0014] Zweckmäßigerweise ist bei Erreichen einer Senkgrenzgeschwindigkeit das Lasthalteventil
in eine Öffnungsstellung aufsteuerbar und die elektrische Maschine im Generatorbetrieb
betreibbar. Die Senkenbewegung bei hohen Senkengeschwindigkeiten erfolgt somit durch
die als Generator betriebene elektrische Maschine, wobei eine Energierückgewinnung
erfolgt. Durch die Anordnung des Senkenventils in der von der Druckmittelleitung abzweigenden
Zweigleitung tritt bei hohen Senkengeschwindigkeiten kein durch das Senkenventil bedingter
Druckverlust zwischen dem Hubzylinder und dem hydraulischen Aggregat auf. In der von
dem Hubzylinder zu dem hydraulischen Aggregat geführten Druckmittelleitung ist hierbei
lediglich das Lasthalteventil angeordnet, das von dem aus dem Hubzylinder zum hydraulischen
Aggregat strömenden Druckmittelstrom durchströmt wird, wodurch geringe Druckverluste
auftreten und somit die potentielle Energie der Last bei hohen Senkengeschwindigkeiten
ohne nennenswerte Verluste als elektrische Energie zurückgewonnen werden kann.
[0015] Das Senkenventil kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bei Erreichen einer
Grenzsenkgeschwindigkeit in die Sperrstellung beaufschlagt werden. Bei hohen Senkengeschwindigkeiten
befindet sich somit das Proportionalventil in einer Sperrstellung, wodurch ein Abströmen
von Druckmittel zum Behälter vermieden wird und erzielt wird, dass das vom Hubzylinder
abströmende Druckmittel über das als Motor betriebene hydraulische Aggregat strömt
und die als Generator arbeitende elektrischen Maschine antreibt.
[0016] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Senkenventil bei Erreichen
der Senkgrenzgeschwindigkeit in der Durchflussstellung beaufschlagt bleiben. Bei hohen
Senkgeschwindigkeiten bleibt somit das Proportionalventil in der vollständig geöffneten
Durchflussstellung. Hierdurch ergibt sich ein einfacher steuerungstechnischer Übergang
vom Senken im Feinsteuerbereich über das Proportionalventil zum generatorischen Senken
bei hohen Senkengeschwindigkeiten über das hydraulische Aggregat. Aufgrund des geringen
Druckmittelflusses in der Zweigleitung ist hierbei der aus dem zum Behälter abströmende
Druckmittelstrom im Verhältnis zu dem dem hydraulischen Aggregat zuströmenden Druckmittelstrom
gering, wodurch eine wirksame Energierückgewinnung bei hohen Senkgeschwindigkeiten
erzielt wird.
[0017] Besondere Vorteile ergeben sich, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine
Messeinrichtung zur Erfassung der Bewegungsgeschwindigkeit des Lastaufnahmemittels
vorgesehen ist. Durch eine die Bewegungsgeschwindigkeit des Lastaufnahmemittels erfassende
Messeinrichtung kann auf einfache Weise ein Rückkopplungssignal zur Steuerung des
Senkenventils im Senkenbetrieb im Feinsteuerbereich bzw. zur Steuerung der elektrischen
Maschine im Senkenbetrieb bei hohen Senkengeschwindigkeiten sowie im Hebenbetrieb
erzeugt werden.
[0018] Zweckmäßigerweise ist die Messeinrichtung als Wegsensor ausgebildet ist. Mit einem
beispielsweise am Hubzylinder angeordneten Wegsensor kann auf einfache Weise die Bewegungsgeschwindigkeit
des Lastaufnahmemittels erfasst werden.
[0019] Sofern im Hebenbetrieb im Feinsteuerbereich die elektrische Maschine mit einer minimalen
Drehzahl betreibbar ist, ergeben sich besondere Vorteile, wenn das Senkenventil in
eine Durchflussstellung beaufschlagbar ist. Der im Hebenbetrieb im Feinsteuerbereich
von dem als Pumpe betriebene hydraulische Aggregat durch den Betrieb mit einer minimalen
Drehzahl überschüssig geförderte Druckmittelstrom kann hierdurch auf einfache Weise
über das Senkenventil zum Behälter abströmen. Hierdurch wird ohne zusätzlichen Aufwand
erzielt, dass die Hubgeschwindigkeit im Hebenbetrieb im Feinsteuerbereich genau eingestellt
werden kann.
[0020] Die elektrische Maschine kann als Gleichstrommaschine ausgebildet sein. Besondere
Vorteile ergeben sich, wenn die elektrische Maschine als Asynchronmaschine ausgebildet
ist. Mit einer Asynchronmaschine ergibt sich im Senkenbetrieb eine automatische Rückspeisung
von elektrischer Energie in die Batterie, wodurch sich ein geringer Bauaufwand für
die Hubvorrichtung ergibt.
[0021] Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen
Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
[0022] In der Figur ist eine erfindungsgemäße Hubvorrichtung 1 für ein nicht mehr dargestelltes
Flurförderzeug gezeigt. Die Hubvorrichtung 1 weist ein hydraulisches Aggregat 2 auf,
das mit einer elektrischen Maschine 3, beispielsweise einer Gleichstrom- oder Asynchronmaschine,
in trieblicher Verbindung steht. Die elektrische Maschine 3 steht hierbei zur Versorgung
mit elektrischer Energie mit einer nicht mehr dargestellten Batterie in Wirkverbindung.
[0023] Das hydraulische Aggregat 2 steht mit einem Behälter 5 und einer Druckmittelleitung
6 in Verbindung, die zu Hubzylindern 7 geführt ist. An den Hubzylindern 7 ist jeweils
eine Rohrbruchsicherung 8 angeordnet.
[0024] In der Druckmittelleitung 6 ist ein Lasthalteventil 10 angeordnet. Das Lasthalteventil
10 weist eine als Sitzventil ausgebildete Sperrstellung 10a und eine Durchflussstellung
10b auf. In Richtung der Sperrstellung 10a ist das Lasthalteventil 10 durch eine Feder
11 beaufschlagt. Mittels einer Betätigungseinrichtung 12, beispielsweise einem Schaltmagnet,
ist das Lasthalteventil 10 in die Durchflussstellung 10b beaufschlagbar.
[0025] Von der Druckmittelleitung 6 zweigt zwischen dem Lasthalteventil 10 und den Hubzylindem
7 eine Zweigleitung 15 ab, die zum Behälter 5 geführt ist, wobei in der Zweigleitung
15 ein Senkenventil 16 angeordnet ist. Das Senkenventil 16 ist als in Zwischenstellungen
drosselndes Proportionalventil ausgebildet und weist eine als Sitzventil ausgebildete
Sperrstellung 16a und eine Durchflussstellung 16b auf. In Richtung der Sperrstellung
16a ist das Senkenventil 16 mittels einer Feder 17 beaufschlagt. Durch eine Betätigungseinrichtung
18, beispielsweise einen Proportionalmagneten, ist das Senkenventil 16 in Richtung
der Durchflussstellung 16b beaufschlagbar.
[0026] An den Hubzylindem 7 ist eine Messeinrichtung 20, beispielsweise ein Wegsensor, zur
Erfassung der Bewegungsgeschwindigkeit angeordnet.
[0027] In der dargestellten Neutralstellung der Hubvorrichtung 1 befindet sich das Lasthalteventil
10 in der Sperrstellung 10a. Das Senkenventil 16 befindet sich ebenfalls in der Sperrstellung
16a. Die Hubzylinder 7 sind somit leckölfrei abgesperrt, wodurch ein unbeabsichtigtes
Absinken der an den Hubzylindern 7 anstehende Last vermieden wird.
[0028] Zum Heben wird die elektrische Maschine 3 entsprechend der Vorgabe einer Sollwertvorgabeeinrichtung,
beispielsweise einem Joystick, betrieben, wodurch das als Pumpe betriebene hydraulische
Aggregat 2 die zur Erzielung der vorgegebenen Hebengeschwindigkeit erforderliche Druckmittelmenge
liefert. Mittels der Messeinrichtung 20 kann hierbei ein Rückkopplungssignal zur Drehzahlregelung
der elektrischen Maschine 3 erzeugt werden.
[0029] Die elektrische Maschine 3 kann hierbei mit einer vorbestimmten minimalen Drehzahl
betrieben werden, wodurch beim Hebenbetrieb im Feinsteuerbereich von dem als Pumpe
arbeitenden hydraulischen Aggregat 2 ein den Druckmittelbedarf der Hubzylinder 7 übersteigender
Druckmittelstrom gefördert wird. Durch eine Ansteuerung des Senkenventils 16 in die
Durchflussstellung 16b kann hierbei auf einfache Weise der von dem als Pumpe arbeitenden
hydraulischen Aggregat 2 geförderte überschüssige Druckmittelstrom zum Behälter 5
abströmen. Hierdurch wird auf einfache Weise ermöglicht, dass die Hubzylinder 7 beim
Heben im Feinsteuerbereich mit der vorgegebenen Hebengeschwindigkeit betrieben werden.
[0030] Im Senkenbetrieb wird durch die Sollwertvorgabeeinrichtung eine Senkengeschwindigkeit
des Lastaufnahmemittels vorgegeben.
[0031] Im Feinsteuerbereich bei geringen Senkengeschwindigkeiten wird durch eine entsprechende
Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 18 des Senkenventils 16 das Senkenventil 16
in Abhängigkeit von der Vorgabe der Sollwertvorgabeeinrichtung in die Durchflussstellung
16b beaufschlagt. Druckmittel strömt somit von den Hubzylindern 7 über das in eine
Durchflussstellung 16b beaufschlagte Senkenventil 16 zum Behälter. Im Feinsteuerbereich
wird somit die Senkengeschwindigkeit durch das Senkenventil 16 eingestellt, wobei
der gesamte Proportionalbereich des Senkenventils 16 zur Steuerung der Senkenbewegung
im Feinsteuerbereich verwendet wird. Das Signal der Messeinrichtung 20 kann hierbei
als Rückkopplungssignal zur Steuerung des Senkenventils16 verwendet werden.
[0032] Überschreitet die an der Sollwertvorgabeeinrichtung vorgegebene Senkengeschwindigkeit
eine eingestellte Grenzsenkgeschwindigkeit, wird das Lasthalteventil 10 durch eine
entsprechende Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 12 in die Durchflussstellung
10b aufgesteuert. Druckmittel strömt somit aus den Hubzylindern 7 zum hydraulischen
Aggregat 2, das als Motor betrieben wird und die als Generator arbeitende elektrische
Maschine 3 antreibt. Die potentielle Energie der Last bei hohen Senkengeschwindigkeit
kann somit durch den Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 2 zurückgewonnen und
in die Batterie eingespeist werden.
[0033] Das Signal der Messeinrichtung 20 kann hierbei als Rückkopplungssignal zur Drehzahlregelung
der elektrischen Maschine verwendet werden.
[0034] Bei hohen Senkgeschwindigkeiten kann das Senkenventil 16 vollständig in die Durchflussstellung
16b aufgesteuert sein oder in die Sperrstellung 16 beaufschlagt werden.
[0035] Im Senkenbetrieb bei hohen Senkengeschwindigkeiten liegt außer dem Lasthalteventil
10 und der Rohrbruchsicherung 8 kein einen Druckverlust verursachendes Bauteil in
der Druckmittelleitung 6, wodurch die potentielle Energie der Last ohne nennenswerte
Druckverluste als elektrische Energie zurückgewonnen werden kann.
1. Hydraulische Hubvorrichtung für eine batterie-elektrisch betriebene Arbeitsmaschine,
insbesondere Flurförderzeug, wobei die Hubvorrichtung ein vertikal bewegbares Lastaufnahmemittel
aufweist, das mit zumindest einem hydraulischen Hubzylinder in Wirkverbindung steht,
wobei der Hubzylinder mittels einer Druckmittelleitung mit einem im Hebenbetrieb als
Pumpe und im Senkenbetrieb als Motor arbeitenden hydraulischen Aggregat in Verbindung
steht, das mit einer im Hebenbetrieb als Motor und im Senkenbetrieb als Generator
arbeitenden elektrischen Maschine in trieblicher Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass von der Druckmittelleitung (6) eine zu einem Behälter (5) geführte Zweigleitung (15)
abzweigt, in der ein Senkenventil (16) zur Steuerung der Senkenbewegung im Feinsteuerbereich
angeordnet ist.
2. Hydraulische Hubvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Senkenventil (16) als Proportionalventil ausgebildet und zur Steuerung der Senkenbewegung
im Feinsteuerbereich in eine Durchflussstellung (16b) beaufschlagbar ist.
3. Hydraulische Hubvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Senkenventil (16) eine als Sitzventil ausgebildete Sperrstellung (16a) aufweist.
4. Hydraulische Hubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckmittelleitung (6) zwischen dem hydraulischen Aggregat (2) und dem Anschluss
der Zweigleitung (15) ein Lasthalteventil (10) angeordnet ist.
5. Hydraulische Hubvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen einer Senkgrenzgeschwindigkeit das Lasthalteventil (10) in eine Öffnungsstellung
aufsteuerbar und die elektrische Maschine (3) im Generatorbetrieb betreibbar ist.
6. Hydraulische Hubvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Senkenventil (16) bei Erreichen der Senkgrenzgeschwindigkeit in die Sperrstellung
(16a) beaufschlagt ist.
7. Hydraulische Hubvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen der Senkgrenzgeschwindigkeit das Senkenventil (16) in die Durchflussstellung
(16b) beaufschlagt ist.
8. Hydraulische Hubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (20) zur Erfassung der Bewegungsgeschwindigkeit des Lastaufnahmemittels
vorgesehen ist.
9. Hydraulische Hubvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (20) als Wegsensor ausgebildet ist.
10. Hydraulische Hubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei im Hebenbetrieb
im Feinsteuerbereich die elektrische Maschine (3) mit einer minimalen Drehzahl betreibbar
ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Senkenventil (16) in eine Durchflussstellung (16b) beaufschlagbar ist.
11. Hydraulische Hubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) als Gleichstrommaschine ausgebildet ist.
12. Hydraulische Hubvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) als Asynchronmaschine ausgebildet ist.