DE10145992A1 - Mobile Arbeitsmaschine mit einem Verbrennungsmotor und einer davon angetriebenen hydraulischen Lenkpumpe - Google Patents

Abstract

Eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere Flurförderzeug, weist einen Verbrennungsmotor (1) und eine davon angetriebene hydraulischen Lenkpumpe (2) zur Speisung mindestens eines Lenkaktuators (4) auf. Um die Energieverluste, die vom Lenksystem verursacht werden, zu minimieren, ist ein hydraulischer Speicher (7) an die Lenkpunpe (2) und den Lenkaktuator (4) angeschlossen und ist das spezifische Fördervolumen der Lenkpumpe (2) so bemessen, dass der Betrieb des Lenkaktuators (4) bei geringen Betriebsdrehzahlen des Verbrennungmotors (1) das Einspeisen von Druckmitteln aus der Lenkpumpe (2) und dem Speicher (7) erfordert und bei Überschreiten einer Schwellendrehzahl der Betrieb des Lenkaktuators (4) durch alleiniges Einspeisen von Druckmitteln aus der Lenkpumpe (2) möglich ist. Das Volumen des Speichers (7) ist so bemessen, dass bei alleiniger Speisung des Lenkzylinders (4) durch Druckmittel aus dem vollen Speicher (7) ein mehrfaches Betätigen des Lenkaktuators (4) von Anschlag zu Anschlag möglich ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere Flurförderzeug, mit einem Verbrennungsmotor und einer davon angetriebenen hydraulischen Lenkpumpe zur Speisung eines Lenkaktuators.
• Die Versorgung der Lenkanlage von verbrennungsmotorisch betriebenen Gabelstaplern mit hydraulischer Energie erfolgt durch eine Lenkpumpe, deren Fördervolumen an der unteren Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors bemessen ist. Bei dieser Drehzahl fördert die Lenkpumpe bereits ausreichend Druckmittel, um den Lenkaktuator so weit versorgen zu können, dass eine Mindestlenkgeschwindigkeit erreicht wird. Prinzipbedingt führt dies zu großvolumigen Lenkpumpen, die einen hohen Drehmomentbedarf aufweisen. Bei ansteigender Betriebsdrehzahl des Verbrennungsmotors entstehen erhebliche Energieverluste, da mehr Druckmittel von der Lenkpumpe gefördert wird als der Lenkaktuator benötigt. In Gabelstaplern, in denen die hydraulische Pumpe nicht nur den Lenkzylinder sondern auch eine Arbeitshydraulik versorgt (Prioritätsventilschaltung), wird immer das gesamte Druckmittel, also auch die für die Arbeitshydraulik benötigte Menge, unter Druck gesetzt. Auch dies führt zu Energieverlusten und zum Aufheizen des gesamten Hydrauliksystems.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine mobile Arbeitsmaschine der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei der die Energieverluste, die vom Lenksystem verursacht werden, minimiert sind.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein hydraulischer Speicher an die Lenkpumpe und den Lenkaktuator angeschlossen ist und dass das spezifische Fördervolumen der Lenkpumpe so bemessen ist, dass der Betrieb des Lenkaktuators bei geringen Betriebsdrehzahlen des Verbrennungsmotors das Einspeisen von Druckmittel aus der Lenkpumpe und dem Speicher erfordert und bei Überschreiten einer Schwellendrehzahl der Betrieb des Lenkzylinders durch alleiniges Einspeisen von Druckmittel aus der Lenkpumpe möglich ist.
• Der erfindungswesentliche Gedanke besteht demnach darin, das spezifische Fördervolumen der Lenkpumpe, also das Fördervolumen pro Umdrehung, deutlich zu reduzieren und als Ausgleich einen ausreichend groß dimensionierten Speicher vorzusehen, der durch die Lenkpumpe geladen wird und aus dem in bestimmten Betriebszuständen, nämlich bei niedrigen Betriebsdrehzahlen des Verbrennungsmotors, zusätzlich zur Lenkpumpe Druckmittel in den Lenkaktuator eingespeist wird. Im Idealfall kann dadurch das Fördervolumen der Lenkpumpe halbiert bis gedrittelt werden. Damit werden die Energieverluste und der Drehmomentbedarf der Lenkpumpe im gleichen Maße reduziert. Die Lenkpumpe baut kleiner und benötigt weniger Platz in der Arbeitsmaschine.
• Die Drehmomentanforderung an den Verbrennungsmotor sind besonders im Bereich niedriger Betriebsdrehzahlen verringert, was den Einsatz von klein bauenden Turbo- Motoren ermöglicht, die gerade in diesem Betriebsbereich eher drehmomentschwach sind. Insgesamt sind die Energieverluste im Lenkungskreislauf deutlich herabgesetzt.
• Zweckmäßigerweise ist das Volumen des Speichers so bemessen, dass bei alleiniger Speisung des Lenkaktuators durch Druckmittel aus dem vollen Speicher ein mehrfaches Betätigen des Lenkaktuators von Anschlag zu Anschlag möglich ist. Dadurch ist eine Notenergieversorgung des Lenkaktuators bei Ausfall des Verbrennungsmotors oder der Lenkpumpe sichergestellt. Es bedarf dabei keiner zusätzlichen Kraftanstrengung des Fahrers der Arbeitsmaschine, um die Notenergieversorgung einzusetzen.
• Es erweist sich als günstig, wenn ein den Druck im Speicher direkt oder indirekt erfassender Drucksensor vorgesehen ist, der in Wirkverbindung mit einer Bremsanlage der Arbeitsmaschine steht, wobei bei Unterschreiten eines Druck-Grenzwertes ein zwangsgesteuerter Bremsvorgang auslösbar ist. Bei Druckverlust im Lenkungskreislauf wird die Arbeitsmaschine somit in einen sicheren Zustand gebracht.
• Die Schwellendrehzahl des Verbrennungsmotors liegt mit Vorteil im Bereich der mittleren Betriebsdrehzahlen. Hierbei reicht der von der Lenkpumpe zur Verfügung gestellte Volumenstrom (Produkt aus spezifischem Fördervolumen und Drehzahl des Verbrennungsmotors) aus, um ohne Einsatz des Speichers den Lenkaktuator zu versorgen. Das spezifische Fördervolumen der Lenkpumpe bemisst sich dabei beispielsweise im Falle eines Gabelstaplers nach dem Volumenstrom, den der Lenkaktuator bei einem Staplerarbeitsspiel im Bereich dieser mittleren Betriebsdrehzahl des Verbrennungsmotors erfordert.
• Um die Energieverluste weiter zu minmieren, kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Lenkpumpe als Konstantpumpe ausgebildet sein, der eine förderdruckgesteuerte, zwischen zwei Schaltstellungen bewegliche Druckwaage nachgeschaltet ist, wobei die Lenkpumpe in der ersten Schaltstellung der Druckwaage mit dem Lenkaktuator und in der zweiten Schaltstellung mit einem Tank verbunden ist.
• Eine andere, nicht minder günstige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Lenkpumpe als Verstellpumpe ausgebildet ist. Hierbei ermöglicht eine Bedarfsstromregelung der Verstellpumpe die Minimierung von Umlaufverlusten.
• Sofern eine Arbeitshydraulik mit vorgeschalteter Steuerventilanordnung an die Lenkpumpe und den Lenkaktuator angeschlossen ist, kann unter bestimmten Bedingungen Energie aus der Arbeitshydraulik in die Lenkhydraulik einspeist werden. So ist es beispielsweise bei einem Gabelstapler möglich, potentielle Energie des höhenbeweglichen Lastträgers und/oder der Last zu nutzen, um den Speicher zu laden und/oder den Lenkaktuator zu betätigen.
• Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt:
• Fig. 1 einen Schaltplan einer hydraulischen Lenkanlage einer erfindungsgemäßen mobilen Arbeitsmaschine,
• Fig. 2 eine erste Variante der Schaltung gemäß Fig. 1 und
• Fig. 3 eine zweite Variante der Schaltung gemäß Fig. 1.
• Die erfindungsgemäße mobile Arbeitsmaschine kann beispielsweise als Gabelstapler ausgebildet sein. Ein Verbrennungsmotor 1 treibt eine Lenkpumpe 2 an, deren Förderleitung 3 ein bespielsweise als Lenkzylinder ausgebildeter hydraulischer Lenkaktuator 4 angeschlossen ist, der durch ein vorgeschaltetes Lenksteuerventil 5 betätigbar ist.
• Stromab eines in Richtung zum Lenkaktuator 4 öffnenden Rückschlagventils 6 ist ein Speicher 7 an die Förderleitung 3 und somit an die Lenkpumpe 2 und an den Lenkaktuator 4 angeschlossen. Die Schaltung wird durch ein Druckbegrenzungsventil 8 und ein Filter 9 am Ausgang der Lenkpumpe 2 ergänzt. Ferner ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Drucksensor 10 vorgesehen, der den Druck in der Förderleitung 3 stromab des Rückschlagventils 6 misst und damit auch den Druck im Speicher 7. Der Drucksensor 10 steht mit einer in den Figuren nicht dargestellten Bremsanlage der Arbeitsmaschine in Wirkverbindung.
• Das spezifische Fördervolumen der Lenkpumpe 2 also das Fördervolumen pro Umdrehung, ist so dimensioniert, dass der Betrieb des Lenkaktuators 4 unterhalb einer bestimmten Schwellendrehzahl des Verbrennungsmotors 1 nur durch parallele Einspeisung von Druckmittel sowohl aus der Lenkpumpe 2 als auch aus dem Speicher 7 erfolgt. Bei nicht betätigter Lenkung wird in diesem Betriebszustand der Speicher 7 von der Lenkpumpe 2 geladen.
• Bei Erreichen der Schwellendrehzahl fördert die Lenkpumpe 2 einen Volumenstrom, der ausreicht, um den Lenkaktuator 4 ohne Druckmittel aus dem Speicher 7 zu speisen. Bei höheren Betriebsdrehzahlen (oberhalb der Schwellendrehzahl) wird von der Lenkpumpe 2 mehr Druckmittel gefördert als zur Betätigung des Lenkaktuators 4 nötig. Das überschüssige Druckmittel lädt den Speicher 7 oder wird über das Druckbegrenzungsventil 8 in den Tank abgelassen.
• Fällt die Lenkpumpe 2 aus, so ist es bei vollem Speicher 7 noch möglich, den Lenkaktuator 4 mehrmals von Anschlag zu Anschlag zu betätigen. Aus Sicherheitsgründen ist es auch empfehlenswert, wie in Fig. 1 dargestellt, die Energieversorgung des elektromagnetisch betätigbaren Lenksteuerventils 4 durch den Einsatz von Doppelmagneten M₁, M₂ zweikreisig auszuführen.
• Sofern ein bestimmtes Druckniveau in der Förderleitung 3 unterschritten wird, löst das von dem Drucksensor 10 erfasste Drucksignal eine Zwangsbremsung der Arbeitsmaschine aus, um sicher zu stellen, dass keine gefährlichen Fahrzustände entstehen.
• Bei der Variante gemäß Fig. 2 ist der als Konstantpumpe ausgebildeten Lenkpumpe 2 eine vom Druck in der Förderleitung 3 gesteuerte Druckwaage 11 nachgeschaltet, die zwischen zwei Schaltstellungen beweglich ist. Hierbei ist die Lenkpumpe 2 in der ersten Schaltstellung mit dem Lenkaktuator 4 und in der zweiten Schaltstellung mit einem Tank T verbunden. Dadurch werden bei nicht betätigtem Lenkaktuator 4 die Verluste reduziert. Alternativ dazu ist es auch möglich, die Lenkpumpe 2 als Verstellpumpe auszubilden und mit einer Bedarfsstromregelung zu versehen. Hierbei wird die Pumpe stets auf ein möglichst geringes Fördervolumen eingestellt.
• Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der stromab des Rückschlagventils 6 von der Förderleitung 3 eine Leitung 12 abzweigt, die zu einem Zylinder einer Arbeitshydraulik 13 führt. Dabei kann es sich beispielsweise um den Hubzylinder eines Gabelstaplers handeln. Der Arbeitshydraulik 13 ist eine Steuerventilanordnung 14 vorgeschaltet. Mit dieser Variante der Erfindung ist es im Prinzip möglich, Energie aus der Arbeitshydraulik 13 (z. B. potentielle Energie einer Last) zum Betreiben der Lenkung und/oder zum Laden des Speichers 7 zu nutzen.

Claims (7)

1. Mobile Arbeitsmaschine, insbesondere Flurförderzeug, mit einem Verbrennungsmotor und einer davon angetriebenen hydraulischen Lenkpumpe zur Speisung mindestens eines Lenkaktuators, dadurch gekennzeichnet, dass ein hydraulischer Speicher (7) an die Lenkpumpe (2) und den Lenkaktuator (4) angeschlossen ist und dass das spezifische Fördervolumen der Lenkpumpe (2) so bemessen ist, dass der Betrieb des Lenkaktuators (4) bei geringen Betriebsdrehzahlen des Verbrennungsmotors (1) das Einspeisen von Druckmittel aus der Lenkpumpe (2) und dem Speicher (7) erfordert und bei Überschreiten einer Schwellendrehzahl der Betrieb des Lenkaktuators (4) durch alleiniges Einspeisen von Druckmittel aus der Lenkpumpe (2) möglich ist.

2. Mobile Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Speichers (7) so bemessen ist, dass bei alleiniger Speisung des Lenkaktuators (4) durch Druckmittel aus dem vollen Speicher (7) ein mehrfaches Betätigen des Lenkaktuators (4) von Anschlag zu Anschlag möglich ist.

3. Mobile Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Druck im Speicher (7) direkt oder indirekt erfassender Drucksensor (10) vorgesehen ist, der in Wirkverbindung mit einer Bremsanlage der Arbeitsmaschine steht, wobei bei Unterschreiten eines Druck-Grenzwertes ein zwangsgesteuerter Bremsvorgang auslösbar ist.

4. Mobile Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellendrehzahl des Verbrennungsmotors (1) im Bereich der mittleren Betriebsdrehzahlen liegt.

5. Mobile Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkpumpe (2) als Konstantpumpe ausgebildet ist, der eine förderdruckgesteuerte, zwischen zwei Schaltstellungen bewegliche Druckwaage (11) nachgeschaltet ist, wobei die Lenkpumpe (2) in der ersten Schaltstellung der Druckwaage (11) mit dem Lenkaktuator (4) und in der zweiten Schaltstellung mit einem Tank (T) verbunden ist.

6. Mobile Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkpumpe (2) als Verstellpumpe ausgebildet ist.

7. Mobile Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Arbeitshydraulik (13) mit vorgeschalteter Steuerventilanordnung (14) an die Lenkpumpe (2) und den Lenkzylinder (4) angeschlossen ist.