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Die Erfindung betrifft ein Flurförderzeug, insbesondere Schubmaststapler, mit einem Hubgerüst und einem Stellglied zum Bewegen des Hubgerüsts relativ zu einem Fahrzeugrahmen des Flurförderzeugs, wobei ein von einer Bedienperson betätigbares Bedienelement zur Steuerung der Bewegung des Hubgerüsts mit einer elektronischen Steuervorrichtung verbunden ist und das Stellglied von der elektronischen Steuervorrichtung ansteuerbar ist.
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Bei Flurförderzeugen der genannten Art kann es sich um Schubmaststapler, aber auch um Gegengewichtsgabelstapler handeln. Bei Schubmaststaplern kann das Hubgerüst relativ zum Fahrzeugrahmen horizontal in Hauptfahrrichtung des Flurförderzeugs verschoben werden. Diese Schubbewegung wird mittels eines Stellglieds durchgeführt, welches die zum Verschieben des Hubgerüsts erforderliche Kraft erzeugt. Das Stellglied kann beispielsweise von einem Hydraulikzylinder oder von einem elektromechanischen Aktuator gebildet sein. Angesteuert wird das Stellglied von der elektronischen Steuervorrichtung auf der Grundlage eines von der Bedienperson mittels des Bedienelements vorgegebenen Signals.
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Weiter kann das Hubgerüst gegenüber dem Fahrzeugrahmen neigbar sein. Bei Schubmaststaplern ist die Neigbarkeit des Hubgerüsts oft zusätzlich zur horizontalen Verschiebbarkeit vorgesehen. Die Neigeachse des Hubgerüsts ist dabei rechtwinklig zur Hauptfahrrichtung des Hubgerüsts ausgerichtet. Bei Gegengewichtsgabelstaplern stellt die Neigbarkeit in der Regel die einzige Bewegungsmöglichkeit des Hubgerüsts relativ zum Fahrzeugrahmen dar. Das Stellglied zum Neigen des Hubgerüsts kann ebenfalls von einem Hydraulikzylinder oder von einem elektromechanischen Aktuator gebildet sein. Es wird ebenfalls von der elektronischen Steuervorrichtung angesteuert. Ein Bedienelement für das Neigen, das von der Bedienperson betätigbar ist, ist wiederum mit der Steuervorrichtung verbunden.
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Bei allen gattungsgemäßen Flurförderzeugen besteht potentiell das Problem, dass das Hubgerüst in bestimmten Betriebssituationen zum Schwingen neigt. Hierbei sind insbesondere Schwingungsbewegungen störend, bei denen die Richtung der Auslenkung des Hubgerüsts der Hauptfahrrichtung des Flurförderzeugs entspricht. Angeregt wird das Hubgerüst zu einer solchen Schwingungsbewegung beispielsweise durch die Schubbewegung des Hubgerüsts, durch die Neigebewegung des Hubgerüsts, durch ein Bremsen oder Beschleunigen des Flurförderzeugs insgesamt oder durch Fahren auf unebener Fahrbahn. Die beschriebenen Schwingungen des Hubgerüsts beinträchtigen die Präzision von Ein- und Auslagervorgängen und beeinträchtigen darüber hinaus auch die Standsicherheit des Flurförderzeugs. Insbesondere dann, wenn das teleskopische Hubgerüst nach oben ausgefahren ist, erreicht die Schwingung häufig Amplituden, die so groß sind, dass die Bedienperson die Schwingung erst abklingen lässt, bevor beispielsweise mit der am Hubgerüst befestigten Lastgabel in ein Regal eingefahren wird.
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Aus der
DE 102 19 739 A1 ist ein gattungsgemäßes, als Schubmaststapler, ausgebildetes Flurförderzeug bekannt. Um ein übermäßiges Schwingen des Hubgerüstes zu verhindern, wird die Beschleunigung und/oder die Geschwindigkeit der von dem Stellglied erzeugten Bewegung des Hubgerüstes in Abhängigkeit von der Hubhöhe und dem Lastgewicht einer aufgenommen Last begrenzt. Hierzu wird die maximale Beschleunigung und/oder die maximale Geschwindigkeit der mittels des Stellglieds erzeugten Bewegung des Hubgerüstes in Abhängigkeit von der Hubhöhe so beeinflusst, dass bei geringer Hubhöhe eine stärkere Beschleunigung oder eine höhere Geschwindigkeit ermöglicht wird als bei großer Hubhöhe bzw. wird die maximale Beschleunigung und/oder die maximale Geschwindigkeit der mittels des Stellglieds erzeugten Bewegung des Hubgerüstes in Abhängigkeit von dem Lastgewicht so beeinflusst, dass bei geringem Lastgewicht eine stärkere Beschleunigung oder eine höhere Geschwindigkeit ermöglicht wird als bei hohem Lastgewicht.
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Aus der
DE 10 2005 005 358 A1 ist ein Regalbediengerät bekannt, bei dem Maximalwerte für die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und die erste zeitliche Ableitung der Beschleunigung eines Antriebs vorgegeben werden, um Schwingungen beim Anfahren eines Regalplatzes zu minimieren.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flurförderzeug zur Verfügung zu stellen, bei dem Schwingungen des Hubgerüsts weitgehend verhindert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuervorrichtung derart ausgeführt ist, dass nach einer Betätigung des Bedienelements der Verlauf der Bewegungsgeschwindigkeit des Stellglieds derart gesteuert wird, dass ein Schwingen des Hubgerüsts weitgehend vermieden wird, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit schrittweise von Null auf den Maximalwert gesteigert wird und die Zeitpunkte, zu denen die Bewegungsgeschwindigkeit erhöht wird, an die Eigenfrequenz der Schwingung des Hubgerüsts und an den Phasenverlauf der Eigenschwingung angepasst sind. Dies kann z.B. bedeuten, dass für die Bewegungsgeschwindigkeit in der Steuervorrichtung ein bestimmter Verlauf hinterlegt ist. Im Hinblick auf das Vermeiden von Schwingungen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Geschwindigkeit nicht kontinuierlich sondern schrittweise von Null auf den Maximalwert gesteigert wird. Die Zeitpunkte, zu denen die Bewegungsgeschwindigkeit erhöht wird, sind dabei an die Eigenfrequenz der Schwingung des Hubgerüsts und an den Phasenverlauf der Eigenschwingung angepasst.
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Mit besonderem Vorteil ist die Erfindung einsetzbar, wenn das Hubgerüsts mittels des Stellglieds in im Wesentlichen horizontaler Richtung bewegbar ist. Dies ist insbesondere bei einem Schubmaststapler der Fall. Beispielsweise bei einem Beschleunigen oder Abbremsen der Bewegung des Hubgerüsts relativ zu dem Fahrzeugrahmen können Schwingungen des Hubgerüsts ausgelöst werden. Diese Schwingungen können gezielt verhindert werden, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit während des Beschleunigens bzw. während des Abbremsens einen bestimmten Verlauf folgt.
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Besonders einfach ist der Verlauf der Bewegungsgeschwindigkeit des Stellglieds steuerbar, wenn das Stellglied als elektromechanisches Stellglied ausgeführt ist. Ein elektromechanisches Stellglied kann beispielsweise einen Schrittmotor aufweisen, der über ein Getriebe, beispielsweise ein Cyclogetriebe ein Zahnrad antreibt, welches mit einer am Hubgerüst befestigten Zahnstange im Eingriff steht.
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Mit besonderem Vorteil ist in der Steuervorrichtung für mehrere Betriebssituation des Flurförderzeugs derjenige Verlauf der Bewegungsgeschwindigkeit des Stellglieds gespeichert, der geeignet ist, ein Schwingen des Hubgerüsts weitgehend zu vermeiden. Der gespeicherte Verlauf der Bewegungsgeschwindigkeit enthält insbesondere die Information, zu welchem Zeitpunkt, in welcher Richtung und in welchem Umfang die Bewegung des Stellglieds beschleunigt bzw. abgebremst wird.
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Zweckmäßig ist es hierbei, wenn jede Betriebssituation des Flurförderzeugs durch mehrere Betriebsparameter definiert ist. In der Steuervorrichtung sind damit die Betriebsparameter definiert, die das Schwingungsverhalten des Hubgerüsts in genau dieser Betriebssituation charakterisierten. Die verschiedenen Betriebsparameter definieren dabei ein Kennfeld. Die Steuervorrichtung kann aus dem Kennfeld mit mehreren Eingangsgrößen (Betriebsparameter) genau eine Ausgangsgröße (gespeicherter Verlauf der Bewegungsgeschwindigkeit) auswählen.
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Als Betriebsparameter sind dabei insbesondere die nachfolgend aufgeführten Größen berücksichtigt:
- ― Die Fahrgeschwindigkeit und die Beschleunigungsrichtung des Flurförderzeugs. Dies umfasst die Information, ob das Flurförderzeug gerade steht, nach vorne fährt oder nach rückwärts fährt, sowie die Information, ob das Flurförderzeug gerade abgebremst oder beschleunigt wird.
- ― Die elastische Verformung des Hubgerüsts vor Beginn der Bewegung des Stellglieds. Hier wird berücksichtigt, ob das Hubgerüst vor dem Beginn der Bewegung des Stellglieds keine elastische Verformung aufweist, nach vorne gebogen ist oder nach hinten gebogen ist.
- ― Die geplante Bewegungsrichtung des Stellglieds. Hier wird unterschieden, ob von der Bedienperson vorgegeben wird, dass das Hubgerüst mittels des Stellglieds nach vorne, nach hinten oder überhaupt nicht bewegt werden soll.
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Zusätzlich zu der oben erläuterten Kompensation von Schwingungen, die durch Bewegungen des Stellglieds hervorgerufen sind, können mit der erfindungsgemäßen Anordnung auch Schwingungen des Hubgerüsts kompensiert werden, die eine andere Ursache haben. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn auf einer unebenen, insbesondere auf einer welligen Fahrbahn gefahren wird. Hierbei ist mindestens ein Sensor zum Erkennen eines elastischen Schwingens des Hubgerüsts vorgesehen, der mit der elektronischen Steuervorrichtung in Wirkverbindung steht, wobei die elektronische Steuervorrichtung derart ausgeführt ist, dass das Stellglied zum Verschieben des Hubgerüsts in Abhängigkeit von dem Signal des Sensors ansteuerbar ist, derart, dass durch eine Bewegung des Stellglieds einem Schwingen des Hubgerüsts entgegen gewirkt wird. Dies bedeutet, dass immer dann, wenn mittels des Sensors ein Schwingen des Hubgerüsts erkannt wird, diese Schwingungsbewegung durch gezielte Ansteuerung des Stellglieds kompensiert wird. In der Steuervorrichtung kann hierzu beispielsweise ein Regelalgorithmus implementiert sein, mit dem der Zeitpunkt, die Richtung und der Umfang der Ausgleichsbewegung ermittelt wird.
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Der Sensor zum Erkennen eines elastischen Schwingens des Hubgerüsts kann mindestens einen Beschleunigungssensor aufweisen. Der Beschleunigungssensor ist am oberen Ende des Standmasts oder des Ausfahrmasts befestigt und erfasst die an dieser Stelle in horizontaler Richtung auftretenden Beschleunigungen. Hierdurch erzeugt der Beschleunigungssensor ein Signal, das eine Schwingung des Hubgerüsts wiedergibt. Wenn sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite des Hubgerüsts ein Sensor angeordnet ist, können neben den Biegeschwingungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung auch Torsionsschwingungen des Hubgerüsts um eine vertikale Mittelachse erfasst werden.
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Im Hinblick auf eine Minimierung des Energieverbrauchs des Flurförderzeugs ist es hierbei vorteilhaft, wenn die Steuervorrichtung derart ausgeführt ist, dass das Stellglied nur dann in Abhängigkeit von dem Signal des Sensors angesteuert wird, wenn die Intensität der Schwingung einen Grenzwert überschreitet. Hierbei wird vermieden, dass das Stellglied bei nur geringer Schwingungsintensität des Hubgerüsts fortlaufend Ausgleichsbewegungen ausführt und dabei Energie verbraucht. Geringe Schwingungen des Hubgerüsts werden also zugelassen, während stärkere Schwingungen, die hinsichtlich der Intensität den Grenzwert überschreiten, kompensiert werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
- 1 einen erfindungsgemäßen Schubmaststapler,
- 2 das Schwingungsverhalten des Hubgerüsts eines Schubmaststaplers des Standes der Technik,
- 3 das Schwingungsverhalten des Hubgerüsts eines erfindungsgemäßen Schubmaststaplers.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes, als Schubmaststapler ausgeführtes Flurförderzeug dargestellt. Zu erkennen ist ein Fahrzeugrahmen 10 mit einem Fahrerstand 11. Der Fahrerstand 11 umfasst einen Fahrersitz 12, eine Bedienkonsole sowie ein Fahrerschutzdach 13. Auf dem Fahrzeugrahmen 10 ist weiter ein Batterieblock 14 angeordnet, der die zum Betrieb des Schubmaststaplers erforderliche Energie liefert.
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Ein Hubgerüst 15 kann relativ zum Fahrzeugrahmen 10 in Hauptfahrrichtung 16 des Schubmaststaplers verschoben werden. Hierzu ist eine Schubantriebseinheit 18 vorgesehen, die von einer elektronischen Steuervorrichtung 19 angesteuert wird. Die Schubantriebseinheit 18 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform als elektromechanische Einheit ausgeführt und umfasst einen elektrischen Hybrid-Schrittmotor (hybrid stepper motor) ein Getriebe und ein Zahnrad, das mit einer Zahnstange im Eingriff steht. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, die Schubantriebseinheit 18 als Hydraulikzylinder auszuführen, der über ein elektrisch angesteuertes Ventil von einer elektrisch angetriebenen Hydraulikpumpe mit Hydrauliköl versorgt wird. Das Hubgerüst umfasst einen Standmast und mindestens einen relativ zum Standmast anhebbaren Ausfahrmast. An dem Ausfahrmast ist ein als Lastgabel ausgeführtes Lastaufnahmemittel 17 in vertikaler Richtung verschiebbar geführt.
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Während des Betriebs des Schubmaststaplers kommt es immer wieder zu elastischen Verformungen des Hubgerüsts 15, wodurch elastische Biegeschwingungen des Hubgerüsts 15 ausgelöst werden. Das obere Ende des Hubgerüsts 15 bewegt sich dabei nach vorne und hinten. Ausgelöst werden diese elastischen Biegeschwingungen des Hubgerüsts 15 beispielsweise durch ein Beschleunigen oder Abbremsen der Bewegung des Hubgerüsts 15 relativ zum Fahrzeugrahmen 10, durch ein Beschleunigen oder Abbremsen der Fahrbewegung des Schubmaststaplers, durch das Aufnehmen oder Absetzen von Lasten mit dem Lastaufnahmemittel 17, insbesondere mit dem angehobenen Lastaufnahmemittel 17, oder durch ein Fahren auf unebener Fahrbahn. Besonders stark sind die Schwingungen, wenn das Hubgerüst 15 nach oben ausgefahren und das Lastaufnahmemittel 17 angehoben ist.
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Erfindungsgemäß erfolgt eine Ansteuerung der Schubantriebseinheit 18 durch die Steuervorrichtung 19 so, dass das Hubgerüst 15 so wenig wie möglich zum Schwingen kommt. Hierzu sind in der Steuervorrichtung 19 für zahlreiche Betriebszustände, die typischerweise auftretenden, die jeweils passenden Geschwindigkeitsverläufe der Schubbewegung des Hubgerüsts 15 hinterlegt. Die hinterlegten Geschwindigkeitsverläufe sind insbesondere dadurch charakterisiert, zu welchem Zeitpunkt die Schubbewegung beschleunigt oder abgebremst wird. Der Zeitpunkt richtet sich dabei nach dem zu erwartenden Phasenverlauf der Schwingung des Hubgerüsts 15. In einer einfachsten Ausführungsform erfolgt die Steuerung der Geschwindigkeit der Schubbewegung des Hubgerüsts 15 ohne Messung des tatsächlichen Schwingungsverlaufs. Stattdessen sind in der Steuervorrichtung für jeden Betriebszustand die passenden Geschwindigkeitsverläufe hinterlegt. Diese können in der Steuervorrichtung bereits bei der Herstellung des Schubmaststaplers hinterlegt werden, oder bei der Inbetriebnahme des Schubmaststaplers mittels eines Teach-In-Verfahrens individuell für das jeweilige Gerät bestimmt werden.
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Jeder Betriebszustand ist durch eine Reihe von Betriebsparametern definiert, welche das Schwingungsverhalten des Hubgerüsts 15 beeinflussen. Als Betriebsparameter kommen beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit und die Fahrtrichtung des Schubmaststaplers, die geplante Bewegungsrichtung des Hubgerüsts 15, der aktuelle Verformungszustand des Hubgerüsts 15, aber auch die aktuelle Hubhöhe und das aktuelle Lastgewicht in Betracht. Anhand dieser Betriebsparameter wird dann, wenn die Bedienperson mittels eines Bedienelements eine Schubbewegung vorgibt, automatisch der passende Geschwindigkeitsverlauf ausgewählt. Liegt eine Betriebssituation vor, für die kein Geschwindigkeitsverlauf gespeichert ist, erfolgt die Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit des Hubgerüsts 15 exakt nach der Vorgabe der Bedienperson.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung ist in 2 das Schwingungsverhalten des Hubgerüsts 15 eines Schubmaststaplers des Standes der Technik dargestellt. Dargestellt ist die das Schwingungsverhalten des Hubgerüsts 15 bei einer Schubbewegung, ausgehend von der in 1 dargestellten Position nach vorne.
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Die Kurve 1 zeigt die Position des Schubschlittens 15a am unteren Ende des Hubgerüsts 15. Die Kurve 2 zeigt die Geschwindigkeit des Schubschlittens 15a und die Kurve 3 dessen Beschleunigung. Zu erkennen ist, dass der Schubschlitten 15a bei einem Schubmaststapler des Standes der Technik in ca. 0,4 Sekunden auf die Maximalgeschwindigkeit beschleunigt wird. Abgebremst wird der Schubschlitten 15a in zwei Schritten, zwischen Sekunde 2,2 und 2,8 und zwischen Sekunde 4,1 und 4,25.
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Die sich hieraus ergebende Schwingung des Hubgerüsts 15 wird aus den Kurve 4 und 5 deutlich. Kurve 4 zeigt die absolute Position des oberen Mastendes, während Kurve 5 die horizontale Beschleunigung des oberen Mastendes wiedergibt. Hier ist insbesondere zu erkennen, dass das obere Mastende (Kurve 4) relativ zum Schubschlitten 15a (Kurve 1) eine sinusförmige Schwingung aufweist.
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Im Gegensatz hierzu zeigt 3 das Schwingungsverhalten desselben Systems bei derselben durchzuführenden Schubbewegung des Hubgerüsts 15, wenn die Bewegung in erfindungsgemäßer Weise durch die elektronische Steuervorrichtung angesteuert wird. Die Schwingungskompensation wird in der dargestellten Betriebssituation im Wesentlichen dadurch erreicht, dass die Schubbewegung in zwei Stufen, zwischen Sekunde 0,0 und 0,1 und zwischen Sekunde 1,1 und 1,2 beschleunigt wird. Das Abbremsen der Bewegung erfolgt ebenfalls in zwei Schritten. Wesentlich für die Schwingungsdämpfung ist insbesondere, dass sich der zeitliche Abstand der beiden Beschleunigungsschritte bzw. der beiden Abbremsschritte an die Eigenfrequenz des Hubgerüsts 15 orientiert.
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Wie aus der Grafik zu erkennen ist weist die Position des oberen Mastendes (Kurve 4a) von der Position des Schubschlittens (Kurve 1a) nur während der Beschleunigungs- und der Abbremsphase eine geringe Abweichung auf. Im Übrigen sind die Kurven 1a und 4a deckungsgleich, das heißt, das obere Mastende schwingt nicht.
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Für zahlreiche andere Betriebszustände sind ebenfalls optimierte Verläufe für die Schubbewegung des Hubgerüsts 15 hinterlegt, die sich von dem in 3 dargestellten Verlauf insbesondere hinsichtlich des Zeitpunks, der Dauer und der Richtung der Beschleunigungsphasen unterscheiden. Die Steuervorrichtung wählt automatisch den für die aktuelle Betriebssituation passenden Verlauf aus.
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Ein Schwingen des Hubgerüsts 15 kann jedoch nicht nur direkt durch ein Verschieben des Hubgerüsts 15 mittels des Stellglieds, 18 sondern auch indirekt ausgelöst werden, beispielsweise durch Beschleunigen einer Fahrbewegung des Schubmaststaplers, durch Abbremsen einer Fahrbewegung des Schubmaststaplers oder durch Fahren auf einer unebenen Fahrbahn. Diese Schwingungen können über einen geeigneten Sensor 20 erfasst werden, der oben am Hubgerüst 15 angeordnet ist. Der Sensor 20 (siehe 1) ist mit der Steuervorrichtung 19 verbunden und kann beispielsweise als Beschleunigungssensor ausgeführt sein. Wenn die Steuervorrichtung 19 ein Schwingen des Hubgerüsts 15 erkennt, steuert sie das Stellglied 18 gezielt so an, dass der Schwingungsbewegung entgegen gewirkt wird. Um Energie zu sparen, kann die Steuervorrichtung 19 derart ausgeführt sein, dass eine Ansteuerung des Stellglieds 18 nur dann erfolgt, wenn die Intensität der Schwingung ein bestimmtes Maß überschreitet.