[0001] Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Hubwerk, insbesondere für ein Plurförderzeug
mit einem hydraulischen Hubzylinder, mit einer im Lasthebebetrieb als Pumpe arbeitenden,
den Hubzylinder mit Druckmittel beschickenden und im Lastsenkbetrieb als Motor arbeitenden,
von dem aus dem Hubzylinder ausgeschobenen Druckmittel angetriebenen Hydraulikaggregat,
mit einer mit dem Hydraulikaggregat gekuppelten, im Lasthebebetrieb als Elektromotor
arbeitenden und im Lastsenkbetrieb als Generator arbeitenden Gleichstrommaschine,
mit einer im Lastsenkbetrieb von der Gleichstrommaschine gespeisten Nutzbremsschaltung,
mit einer Steuerventilanordnung im Druckmittelweg zwischen dem Hydraulikzylinder und
dem Hydraulikaggregat und mit einer die Nutzbremsschaltung und die Steuerventilanordnung
steuernden Hubwerksteuerung.
[0002] Ein hydraulisches Hubwerk dieser Art ist aus der DE-OS 20 14 605 bekannt. Bei diesem
Hubwerk eines Staplerfahrzeugs wird die den hydraulischen Hubzylinder zum Heben der
Last mit Hydraulikfluid beschickende Pumpe von einem aus der Batterie des Fahrzeugs
gespeisten Gleichstrom-Nebenschlußmotor angetrieben. Bei der Pumpe handelt es sich
um eine Drehkolbenpumpe, deren Fördermenge durch Verstellen eines Regelorgans stufenlos
von Pumpbetrieb auf Motorbetrieb umstellbar ist. Beim Absenken der Last wird die Pumpe
als Hydraulikmotor betrieben, der den im Nutzbremsbetrieb als Generator arbeitenden
Nebenschlußmotor antreibt. Die potentielle Ladeenergie der angehobenen Last wird damit
beim Absenken der Last im Nutzbremsbetrieb in elektrische, die Batterie ladende Energie
umgewandelt.
[0003] Bei Hubwerken der vorstehend erläuterten Art wird die Absenkgeschwindigkeit der Last
durch das vom Generator erzeugte Bremsmoment bestimmt. Da der Generator im Stillstand
kein Bremsmoment erzeugt, ist zwischen den Hydraulikmotor und den Hydraulikzylinder
ein steuerbares Sperrventil geschaltet, welches im gesperrten Zustand den Hydraulikfluidfluß
vom Hydraulikzylinder zum Hydraulikmotor sperrt. Beim Absenken der Last aus dem Stillstand
heraus wird das Sperrventil geöffnet. Bei herkömmlichen Hubwerken der in Rede stehenden
Art sackt hierauf die Last unter Beschleunigung des Generators durch, bis der Generator
ein zum Halten der Last ausreichendes Gegendrehmoment erzeugt.
[0004] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein hydraulisches Hubwerk der eingangs erläuterten
Art anzugeben, bei welchem die Last im Nutzbremsbetrieb abgesenkt werden kann, ohne
daß sie zu Beginn des Absenkvorgangs ungewollt absackt.
[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerventilanordnung
ein Proportionalventil aufweist und daß die Hubwerksteuerung im Lastbetrieb das Proportionalventil
entsprechend einer Rampenfunktion öffnet und abhängig vom Ausgangsstrom der als Generator
arbeitenden Gleichstrommaschine die Nutzbremsschaltung wirksam schaltet, wenn der
Generatorausgangsstrom hierbei einen vorbestimmten Wert übersteigt.
[0006] Bei einem solchen Hubwerk wird die Last zunächst über das Proportionalventil mit
wachsendem Druckmitteldurchsatz gedrosselt abgesenkt. Die Absenkgeschwindigkeit wird
hierbei durch das Proportionalventil bestimmt. Die Hubwerksteuerung überwacht den
Ausgangsstrom der als Generator arbeitenden Gleichstrommaschine und schaltet die Nutzbremsschaltung
zum elektrischen Bremsen der Absenkbewegung ein, sobald aufgrund des Generatorbetriebs
ein hinreichend großes Bremsmoment auf den Hydraulikmotor ausübt. Diese Art der Steuerung
verhindert anfängliches Absacken der Last beim Übergang in den Absenkbetrieb.
[0007] Nach dem Übergang auf elektrisches Bremsen des Absenkens wird das Proportionalventil
vollständig geöffnet. Die Absenkgeschwindigkeit wird durch herkömmliches Regeln der
Erregung der Gleichstrommaschine auf einem gewünschten Sollwert gehalten. Die Absenkgeschwindigkeit
kann wahlweise vergrößert, insbesondere aber auch gegenüber dem Geschwindigkeitswert,
bei welchem der Übergang auf elektrische Bremsung erfolgt, verkleinert werden. Zusätzlich
zur Steuerung der Erregung der Gleichstrommaschine kann die Hubwertsteuerung eine
zusätzliche Drehzahlregeleinrichtung umfassen, die die Erregung der Gleichstrommaschine
abhängig von einem deren Drehzahl erfassenden
Dreh- zahlsensor auf einem vorgegebenen Drehzahl-Sollwert hält.
[0008] Nach Wirksamschalten der Nutzbremsschaltung kann die Absenkgeschwindigkeit der Last
in weiten Grenzen variiert werden. Durch Regelung der Erregung der Gleichstrommaschine
kann die Absenkgeschwindigkeit bis nahezu null abgesenkt werden. In einer bevorzugten
Ausführungsform ist vorgesehen, daß bei Annäherung an den Stillstand das Proportionalventil
entsprechend einer Rampenfunktion geschlossen wird, so daß Abschaltstöße vermieden
werden.
[0009] In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der zwischen dem Hydraulikaggregat und dem Hydraulikzylinder
angeordneten Steuerventilanordnung umfaßt diese in Serie zu dem Proportionalventil
zwei gegensinnig öffnende Rückschlagventile, die durch magnetische Sperrventile überbrückt
sind. Ein drittes in Heberichtung öffnendes Rückschlagventil überbrückt das Proportionalventil.
Vorteil einer solchen Steuerventilanordnung ist ihr verhältnismäßig geringer ventiltechnischer
Aufwand.
[0010] Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es
zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines hydraulischen Hubwerks;
Fig. 2a, b und c Zeitdiagramme von Steuersignalen des Hubwerks der Fig. 1 und
Fig. 3 ein Schaltbild einer bei dem Hubwerk der Fig. 1 verwendbaren Nutzbremsschaltung.
[0011] Fig. 1 zeigt einen hydraulischen Hubzylinder 1, dessen Kolben 3 nicht näher dargestellte
Hebemittel eines batteriegetriebenen Flurförderzeugs, beispielsweise eines Gabelstaplers
oder dergleichen zu heben oder zu senken vermag. Der Hubzylinder 1 ist über eine allgemein
mit 5 bezeichnete Steuerventilanordnung an einen reversierbaren und damit als Pumpe
betreibbaren Hydraulikmotor 7, beispielsweise einen Zahnradmotor, angeschlossen. Der
Hydraulikmotor 7 ist mit einer sowohl als Motor als auch als Generator betreibbaren
Gleichstrommaschine 9 gekuppelt, deren Erregung sowohl im Motorbetrieb als auch im
Generatorbetrieb von einer allgemein mit 11 bezeichneten Hubwerksteuerung regelbar
ist. Die Gleichstrommaschine 9 ist hierzu über eine Thyristorsteuerung 13 an einen
Akkumulator oder eine Batterie 15 angeschlossen. Die Hubwerksteuerung 11 spricht mittels
eines Sensors 17 auf die Erregung der Gleichstrommaschine an und steuert die im Chopper-Betrieb
arbeitende Thyristorschaltung 13 so, daß ein vorbestimmter, über die Hubwerksteuerung
13 wählbarer Wert der Erregung und damit ein vorbestimmter Wert des Drehmoments der
Gleichstrommaschine 9 eingehalten werden kann. Mit der Welle des Hydraulikmotors 7
ist ferner ein Drehzahlgeber 19 gekuppelt, der ein der Drehzahl des Hydraulikmotors
7 entsprechendes Signal an die Hubwerksteuerung 11 abgibt. Die Hubwerksteuerung 11
umfaßt Regelmittel, die abhängig von der ermittelten Drehzahl über die Thyristorsteuerung
13 die Erregung der Gleichstrommaschine 9 so beeinflussen, daß sowohl im Motorbetrieb
als auch im Generatorbetrieb eine vorbestimmte Solldrehzahl eingehalten werden kann.
Da die Drehzahl des Hydraulikmotors dem Druckmitteldurchsatz proportional ist, kann
auf diese Weise die Hebe- bzw. Senkgeschwindigkeit des Kolbens 3 geregelt werden.
[0012] Im Lasthebebetrieb arbeitet die Gleichstrommaschine 9 als Motor und treibt den Hydraulikmotor
7 in einer Drehrichtung an, in der das Hydraulikfluid aus einem Tank 21 über die Steuerventilanordnung
5 in den Hydraulikzylinder 1 gefördert wird. Ein an den Ausgang des Hydraulikmotors
7 angeschlossenes Überdruckventil 23 begrenzt hierbei den Ausgangsdruck. Die Hubwerksteuerung
11 steuert die Motorerregung so, daß die Drehzahl des als Pumpe arbeitenden Hydraulikmotors
7 und damit die Hubgeschwindigkeit des Kolbens 3 einen vorbestimmten Wert hat.
[0013] Im Absenkbetrieb treibt der mit der Last belastete Kolben 3 das Hydraulikfluid über
die Steuerventilanordnung 5 in den Tank 21 zurück. Der Hydraulikmotor 7 arbeitet im
Motorbetrieb und treibt die als Generator arbeitende Gleichstrommaschine 9 an. Der
Ankerstromkreis der Gleichstrommaschine 9 ist über eine Nutzbrems-Umschaltstufe 25
mit der Batterie 15 verbunden. Die Nutzbrems-Umschaltstufe erlaubt bei Generatorbetrieb
die Nutzbremsung der Gleichstrommaschine 9, wobei zumindest ein Teil des generatorisch
erzeugten Stroms zum Laden der Batterie 15 genutzt wird. Auch im Nutzbremsbetrieb
wird die Erregung der Gleichstrommaschine 9 über die Thyristorsteuerung 13 so gesteuert,
daß der Generator ein vorbestimmtes Bremsdrehmoment auf den Hydraulikmotor 7 ausübt
und zudem der Hydraulikmotor 7 auf einer vorbestimmten Drehzahl entsprechend einer
vorbestimmten Lastabsenkgeschwindigkeit gehalten wird.
[0014] Die Steuerventilanordnung 5 umfaßt zwei in Serie zueinander angeordnete Magnetventile
27, 29 und ein ebenfalls in Serie geschaltetes Proportionalventil 31. Das normalerweise
geschlossene Magnetventil 27 umfaßt ein in Absenkströmungsrichtung des Hydraulikfluids
öffnendes Rückschlagventil 33 in einem Nebenschlußweg zu seiner Schließstellung. Das
Magnetventil 29 ist normalerweise ebenfalls geschlossen und hat in einem Nebenschlußweg
zu seiner Schließstellung ein in Lasthebeströmungsrichtung des Hydraulikfluids öffnendes
Rückschlagventil 35. Ein weiteres Rückschlagventil 37 ist in einer Umwegleitung zu
dem Proportionalventil 31 angeordnet.
[0015] Die Magnetventile 27, 29 und das Proportionalventil 31 werden von der Hubwerksteuerung
11 gesteuert. Die Hubwerksteuerung 11 ist zweckmäßigerweise als Microprozessorsteuerung
ausgebildet und umfaßt ein zentrales Rechenwerk 39 mit einer Eingangsschaltung 41,
einer Ausgangsschaltung 43 und einem Programm- und Datenspeicher 45. Die Eingangsschaltung
41 führt dem zentralen Rechenwerk 39 Eingangsdaten des Stromsensors 17, des Drehzahlgebers
19 sowie einer Bedienungsstufe 47 zu. An der Bedienungsstufe 47 kann zwischen Hebebetrieb
und Senkbetrieb umgeschaltet werden, und es kann die Sollgeschwindigkeit beim Heben
und Senken eingestellt werden. Der Eingangsschaltung 41 werden ferner Rückmeldedaten
der Nutzbrems-Umschaltstufe 25 und der Thyristorsteuerung 13 sowie Daten über den
Ladezustand der Batterie 15 zugeführt. Soweit die Daten in analoger Form vorliegen,
werden sie in der Eingangsschaltung 41 in Digitaldaten gewandelt. Die Ausgangsschaltung
43 steuert den Chopper-Betrieb der Thyristorsteuerung 13 und den Umschaltbetrieb der
Nutzbrems-Umschaltstufe 25. Die Ausgangsschaltung 43 erzeugt ferner Steuersignale
für die Erregung der Magnetventile 27, 29 und des Proportionalventils 31. An die Ausgangsschaltung
43 ist ferner eine Fehleranzeige 49 angeschlossen zur Erzeugung von Alarm-und Störfallsignalen.
[0016] In einfachen Ausführungsformen der Hubwerksteuerung 11 können die Drehzahlregelungsmittel
auch entfallen, so daß die Erregung der Gleichstrommaschine 9 im Generator- bzw. Motorbetrieb
ohne Berücksichtigung der Ist-Drehzahl auf einem Sollwert gehalten wird. Statt des
auf den Motorstrom ansprechenden Sensors 17 kann auch ein auf die Motorspannung ansprechender
Sensor vorgesehen sein zur Ermittlung des Istwerts der Erregung der Gleichstrommaschine
9.
[0017] Im Lasthebebetrieb ist das Magnetventil 27 geöffnet, und das Hydraulikfluid wird
über das Magnetventil 27 und die Rückschlagventile 35, 37 in den Hydraulikzylinder
1 gepumpt. Der Absenkbetrieb wird von der Hubwerksteuerung 11 über das Magnetventil
29 und das ebenfalls normalerweise geschlossene Proportionalventil 31 gesteuert. Fig.
2a zeigt den zeitlichen Verlauf des von der Hubwerksteuerung 11 an das Magnetventil
29 abgegebenen Steuersignals
M29. Der zeitliche Verlauf des an das Proportionalventil 31 abgegebenen Steuersignals
M31 ist in Fig. 2b dargestellt.
Fig. 2c zeigt den zeitlichen Verlauf des Erregerstroms I
G der im Generatorbetrieb arbeitenden Gleitstrommaschine 9. Zum Zeitpunkt t
0 wird an der Bedienungsstufe 47 der Befehl zum Absenken der Last mit einer vorbestimmten
Absenkgeschwindigkeit gegeben. Die Hubwerksteuerung 11 öffnet hierbei das Magnetventil
29 und erzeugt ein Rampensignal 51, welches das Proportionalventil 31 stetig zunehmend
öffnet. Die Absenkgeschwindigkeit wird durch den entsprechend dem Rampensignal sich
vergrößernden Öffnungsquerschnitt des Proportionalventils 31 festgelegt. Die Nutzbrems-Umschaltstufe
25 ist unwirksam geschaltet. Sobald der von der Hubwerksteuerung 11 über den Sensor
17 ermittelte Ankerstrom der Gleichstrommaschine 9 ausreicht, um die auf dem Kolben
3 lastende Last durch das Bremsmoment des Generators zu halten, wird der Nutzbremsbetrieb
über die NutzbremsUmschaltstufe 25 eingeschaltet und das Proportionalventil 31 vollständig
geöffnet. In Fig. 2c wird der Umschaltstrom 1
0 zum Zeitpunkt t
1 erreicht. Nach dem Wirksamschalten des Nutzbremsbetriebs wird die Drehzahl des Hydraulikmotors
7 über die Erregung der Gleichstrommaschine 9 auf den an der Bedienungsstufe 47 eingestellten
Sollwert geregelt, wobei der Sollwert im Verlauf der Absenkgeschwindigkeit variiert
werden kann, wie dies in Fig. 2c für den Zeitpunkt t
2 dargestellt ist. Die Hubwerksteuerung 11 erlaubt nicht nur einen ruckfreien Beginn
des Lastabsenkbetriebs, sondern auch die ruckfreie Beendigung. Wird zum Zeitpunkt
t
3 über die Bedienungsstufe 47 der Sollwert der Absenkgeschwindigkeit auf null gestellt,
so wird zunächst die Absenkgeschwindigkeit durch elektrische Regelung der Gleichstrommaschine
9 bis auf einen Wert nahe dem Stillstand verringert. Die Hubwerksteuerung 11 erzeugt
ein das Proportionalventil 31 stetig schließendes Rampensignal 53. Das Magnetventil
29 wird zum Zeitpunkt t
4 bei geschlossenem Proportionalventil 31 ebenfalls geschlossen.
[0018] Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Nutzbremsschaltung für eine
Gleichstrom-Reihenschlußmaschine mit einem in Serie zu einer Feldwicklung 61 geschalteten
Anker 63. Die Feldwicklung 61 ist über einen Thyristor 65 an den positiven Pol einer
Batterie 67 angeschlossen. Der Anker 63 ist über einen dem Sensor 17 aus Fig. 1 entsprechenden
Stromfühler 69, beispielsweise einen Nebenschlußwiderstand, an einen Steuerschalter
71 angeschlossen, der den Anker 63 mit dem negativen Pol der Batterie 67 verbindet.
Eine Steuerschaltung 73, welche einen herkömmlichen Löschkreis für den Thyristor 65
umfaßt, steuert den Thyristor 65 im Zerhackerbetrieb und bestimmt die Impulsdauer
und die Impulsperiode des durch die Feldwicklung 61 und den Anker 63 fließenden Stroms.
Der mittels des Sensors 69 erfaßte Strom wird auf einem bei 75 vorgebbaren Sollwert
gehalten. Bei 77 ist eine der Feldwicklung 61 parallel geschaltete Freilaufdiode dargestellt,
wie sie für Thyristorlöschkreise herkömmlicher Bauart eingesetzt wird.
[0019] Im Lasthebebetrieb ist der Schalter 71 geschlossen und der impulsförmige Motorstrom
fließt über den Thyristor 65, die Feldwicklung 61, den Anker 63, den Sensor 69 und
den Schalter 71.
[0020] Durch Öffnen des Schalters 71 wird eine Nutzbremsschaltung wirksam geschaltet. Die
Nutzbremsschaltung umfaßt eine mit ihrer Kathode an den Pluspol der Batterie 67 und
mit ihrer Anode über den Sensor 69 an den Anker 63 angeschlossene Diode 79. Die Diode
79 ist der Serienschaltung aus dem Thyristor 65, der Feldwicklung 61, dem Anker 63
und dem Sensor 69 parallel geschaltet. Die Anode der Diode 79 ist mit der Anode einer
weiteren Diode 81 verbunden, deren Kathode über einen Widerstand 83 an den negativen
Pol der Batterie 67 angeschlossen ist. Dem Widerstand 83 ist ein Kondensator 85 parallel
geschaltet. Der Schalter 71 bildet einen Kurzschlußschalter zu der Serienschaltung
aus der Diode 81 und dem Widerstand 83. Während im Lasthebebetrieb der Verbindungspunkt
87 über den geschlossenen Schalter 71 auf dem Potential des Minuspols der Batterie
67 gehalten wird, kann das Potential am Punkt 87 bei im Lastabsenkbetrieb geöffnetem
Schalter 71 aufgrund der vom Anker 63 erzeugten Generatorspannung auf einen Wert steigen,
dessen Potential größer ist als das Potential am Pluspol der
Bat- terie 67. Die Diode 79 wird hierdurch leitend, und es fließt ein Ladestrom in
die Batterie 67. Die Erregung der Feldwicklung 61 ist auch in diesem Betriebszustand
über den Thyristor 65 steuerbar.
1. Hydraulisches Hubwerk, insbesondere für ein batteriegetriebenes Flurförderzeug,
mit einem hydraulischen Hub- zylinder (1), mit einer im Lasthebebetrieb als Pumpe arbeitenden, den Hubzylinder
(1) mit Druckmittel beschikkenden und im Lastsenkbetrieb als Motor arbeitenden, von
dem aus dem Hubzylinder (1) ausgeschobenen Druckmittel angetriebenen Hydraulikaggregat
(7), mit einer mit dem Hydraulikaggregat (7) gekuppelten, im Lasthebebetrieb als Elektromotor
arbeitenden und im Lastsenkbetrieb als Generator arbeitenden Gleichstrommaschine (9),
mit einer im Lastsenkbetrieb von der Gleichstrommaschine (9) gespeisten Nutzbremsschaltung
(25; 79), mit einer Steuerventilanordnung (5) im Druckmittelweg zwischen dem Hydraulikzylinder
(1) und dem Hydraulikaggregat (7) und mit einer die Nutzbremsschaltung (25; 79) und
die Steuerventilanordnung (5) steuernden Hubwerksteuerung (11) dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerventilanordnung (5) ein Proportionalventil (31) aufweist und daß die
Hubwerksteuerung (11) im Lastsenkbetrieb das Proportionalventil (31) entsprechend
einer Rampenfunktion öffnet und abhängig vom Ausgangsstrom der als Generator arbeitenden
Gleichstrommaschine (9) die Nutzbremsschaltung (25; 79) wirksam schaltet, wenn der
Generator-Ausgangsstrom hierbei einen vorbestimmten Wert übersteigt.
2. Hydraulisches Hubwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubwerksteuerung
(11) eine den Erregerstrom der als Generator arbeitenden Gleichstrommaschine (9) beeinflussende
Drehzahlregeleinrichtung (19, 39) umfaßt, mittels der die Drehzahl des Hydraulikaggregats
(1) im Lastsenkbetrieb auf einen vorgebbaren Soll-
3. Hydraulisches Hubwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubwerksteuerung
(11) beim Übergang vom Lastsenkbetrieb zum Stoppbetrieb das Proportionalventil (31)
entsprechend einer Rampenfunktion schließt.
4. Hydraulisches Hubwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerventilanordnung (5) drei in Serie zueinander zwischen den Hubzylinder
(1) und das Hydraulikaggregat (7) geschaltete Rückschlagventile (33, 35, 37) aufweist,
von denen das erste Rückschlagventil (33) in Senkströmungsrichtung des Druckmittels
öffnet und das zweite (35) und das dritte (37) Rückschlagventil in Hebeströmungsrichtung
des Druckmittels öffnet, daß die Steuerventilanordung (5) ferner zwei normal geschlossene,
von der Hubwerksteuerung (11) zu öffnende Magnetventile (27, 29) aufweist, von denen
das erste Magnetventil (27) im Nebenschluß zum ersten Rückschlagventil (33) angeordnet
und im Lasthebebetrieb geöffnet ist und das zweite Magnetventil (29) im Nebenschluß
zum zweiten Rückschlagventil (35) angeordnet und im Lastsenkbetrieb geöffnet ist und
daß das Proportionalventil (31) im Nebenschluß zum dritten Rückschlagventil (37) angeordnet
ist.
5. Hydraulisches Hubwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Hydraulikaggregat als reversibler, als Pumpe betreibbarer Zahnradmotor (7)
ausgebildet ist.
6. Hydraulisches Hubwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gleichstrommaschine als im Generatorbetrieb betreibbarer Reihenschlußmotor
(61, 63) ausgebildet ist.