DE19955311C2

DE19955311C2 - Antriebssystem für ein Flurförderzeug

Info

Publication number: DE19955311C2
Application number: DE19955311A
Authority: DE
Inventors: Ralf Baginski; Rainer Bruns
Original assignee: Jungheinrich AG
Current assignee: Jungheinrich AG
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2019-11-18
Also published as: DE19955311A1; US6413185B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssystem für ein Flurförderzeug nach dem Patentanspruch 1.

Der Primärantrieb für Flurförderzeuge ist entweder eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor, wobei der Elektromotor von einer Batterie gespeist wird. Beide Antriebsarten haben ihre Vor- und Nachteile. Flurförderzeuge mit Verbrennungsmoto ren können wegen des Schadstoffausstoßes nicht permanent in geschlossenen Räumen verwendet werden. Daher werden für solche Einsatzzwecke elektromotorisch ange triebene Flurförderzeuge vorgesehen. Bei diesen Antrieben ist jedoch das Mitführen einer großen und schweren Batterie notwendig, die von Zeit zu Zeit aufgeladen wer den muss. Die nachstehenden Ausführungen sowie die Erfindung beziehen sich aus schließlich auf Flurförderzeuge, welche einen Verbrennungsmotor aufweisen.

Flurförderzeuge müssen nicht nur angetrieben werden, vielmehr ist auch die Bereit stellung von Arbeitsenergie für die verschiedensten Funktionen erforderlich, insbe sondere für das Heben und Senken des Lastaufnahmemittels, das Neigen, Schieben und Drehen des Hubgerüstes sowie das Antreiben spezieller Anbaugeräte.

Wie bei anderen angetriebenen Fahrzeugen ist bei dem Einsatz von Verbrennungs motoren für Flurförderzeuge ein Getriebe erforderlich, um das gewünschte Dreh moment bzw. die gewünschte Drehzahl zu erhalten. Die Verwendung eines Schalt getriebes mit Kupplung ist jedoch für Flurförderzeuge sehr nachteilig. Es findet daher kaum Anwendung in der Praxis.

Eine andere Alternative ist der Einsatz eines hydrodynamischen Wandlers in Kombi nation mit ein- oder mehrstufigen Getrieben. Diese Lösung erweist sich bei langsamen Fahrgeschwindigkeiten als nachteilig, da in diesem Betriebszustand der Wirkungsgrad sehr ungünstig ist. Außerdem ist für die unabhängige Bedienung der Hubfunktion eine Kupplungsfunktion erforderlich.

Eine andere Alternative ist die Verwendung eines hydrostatischen Getriebes. Dieses ermöglicht einen relativ guten Wirkungsgrad bei langsamer Fahrt, hat jedoch einen schlechten Wirkungsgrad bei hohen Fahrgeschwindigkeiten. Nachteilig sind auch der relativ hohe Bauaufwand, der durch die hohen Hydraulikdrücke bis zu 400 bar und die Fehleranfälligkeit des Systems, insbesondere im Hinblick auf die Leckagen.

Schließlich ist auch bekannt, die Kraftübertragung mit Hilfe eines elektrischen Getrie bes vorzunehmen. Bei diesem wird die vom Verbrennungsmotor erzeugte Energie mit Hilfe eines Generators in elektrische Energie umgewandelt. Diese wird dann mit Hilfe eines Elektromotors in mechanische Energie zurückverwandelt. Antriebssteuerungen für Elektromotoren sind in der Lage, beliebige Übersetzungen zwischen Generator und Elektromotor einzustellen. Die gute Regelbarkeit eines derartigen Systems ist daher sein Vorteil. Nachteilig ist jedoch der relativ geringe Wirkungsgrad, bedingt durch die hohen Verluste in den Steuerungen und den elektrischen Maschinen.

Bei den bekannten Antriebssystemen für Flurförderzeuge sind in bestimmten Betriebssituationen erhebliche Energieverluste zu gewärtigen. Außerdem sind die bekannten Systeme nicht in der Lage, Energie beim Bremsen zurückzuführen. Ferner ist ein emissionsfreier Betrieb nicht möglich. Ein weiterer Nachteil der bekannten Antriebssysteme ist, dass die Komponenten des Systems auf die Spitzenlast ausgelegt werden müssen. Die mittlere Belastung der Komponenten liegt aber deutlich unter dieser Belastung. Somit wird ein hoher Bauaufwand betrieben, der im Mittel nicht benötigt wird.

Aus DE 198 03 160 C1 ist ein zweistrangiges Antriebssystem für Kraftfahrzeuge bekannt geworden. Es soll den Anforderungen des Automobils im Stopp- and Go-Betrieb in Ballungsräumen Genüge tun. Der bekannte Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge mit Ver brennungsmotor sieht einen ersten auf einer Antriebswelle des Hybridantriebs angeord neten elektrischen Motor und einen zweiten elektrischen Motor vor, die beide jeweils als Generator und als Elektromotor betreibbar sind und untereinander sowie mit dem Ver brennungsmotor über ein Verzweigungsgetriebe gekoppelt sind. Der zweite elektrische Motor ist auf einer Welle positioniert, der eine vom Fahrbetriebszustand des Kraftfahr zeugs abhängig steuerbare Rotationsbremse zugeordnet ist, durch die die zugehörige Welle feststellbar ist. Eine Stillsetzung oder Arretierung des elektrischen Motors mit zu gehöriger Antriebswelle erfolgt insbesondere dann, wenn deren Drehzahl einen gewissen Grenzwert unterschreitet, d. h. wenn der zweite elektrische Motor einen niedrigen Teil wirkungsgrad aufweist. Eine Überhitzung des elektrischen Motors wird dadurch vermie den. Das bekannte Antriebssystem ist jedoch für Flurförderzeuge nicht geeignet, da es keine Rückwärtsfahrt mit maximaler Geschwindigkeit ermöglicht.

Aus DE 197 47 459 A1 ist ein Antriebssystem für Schlepper und Landmaschinen be kannt geworden, bei der die Verbrennungsmaschine über ein hydrostatisches Getriebe mit einem Summiergetriebe verbunden ist, dessen weiterer Eingang über einen zweiten Antriebsstrang angetrieben ist, der über ein Abzweiggetriebe mit der Antriebswelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist. Das Antriebssystem soll die Vorteile eines hydrosta tischen Antriebs und eines mechanischen Antriebs in Kombination ausnutzen, um die Verwendbarkeit des Fahrantriebs zu verbessern. Dieses Antriebssystem erfordert zwei Kupplungen und ermöglicht keine Rückwärtsfahrt mit maximaler Geschwindigkeit.

Aus DE 28 05 594 A1 ist ein Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einer hydraulischen Hubvorrichtung bekannt geworden. Es weist eine Antriebsvorrichtung und eine mit dem Antriebssystem gekoppelte Welle für den Antrieb eines Aggregats für Arbeitsbewegun gen des Flurförderzeugs auf. Das Antriebssystem besteht aus einem Elektromotor, einem Verbrennungsmotor und einem mit der Motorwelle des Verbrennungsmotors gekoppel ten Verstellgetriebe.

Aus EP 755 818 A2 ist ein hybrides Antriebssystem bekannt geworden mit einem Sam melgetriebe, dessen eine Eingangswelle mit der Welle eines Verbrennungsmotors gekop pelt ist und dessen zweite Eingangswelle mit der Abtriebswelle eines Verstellgetriebes gekoppelt ist. Die Welle eines Elektromotors ist mit einer dritten Eingangswelle des Sammelgetriebes verbunden. Zusätzlich enthält das Antriebssystem ein Umschaltgetriebe zwischen der Abtriebswelle des Sammelgetriebes und den Antriebsrädern des Fahrzeugs. Es enthält ferner eine Batterie, die über eine Leistungselektronik mit dem Elektromotor verbunden ist sowie eine Sensorik, die zumindest die Drehzahlen des Elektromotors, der Ausgangswelle des Umschaltgetriebes und den Ladezustand der Batterie erfaßt und eine Regelvorrichtung, die nach Maßgabe von Sollwertsignalen der von einem Bediener des Fahrzeugs betätigten Sollwertgeber und unter Zugrundelegung der Ausgangssignale der Sensorik die Drehzahl der Motoren regelt.

Aus DE 37 43 289 A1 ist ein Hybridantrieb mit Drehmomentwandler für Kraftfahrzeuge be kannt geworden, bei dem die Antriebswelle mit einer Rotationsbremse gekoppelt ist. Ein Umschaltgetriebe wird von einer Regelvorrichtung geschaltet.

Aus EP 0 908 343 A2 ist ein Antriebssystem bekannt geworden, bei dem ein Verstellge triebe ein stufenloses Übersetzungsverhältnis aufweisendes Getriebe ist und von einem Keilriemen-, Flachriemen-, Gliederband- oder Schubkettenverstellgetriebe gebildet ist. Ein Aggregat für Arbeitsbewegungen ist an die Welle des Verbrennungsmotors gekop pelt.

Aus DE 36 25 141 C2 ist ein Antriebssystem bekannt mit einem mit der Welle des Ver brennungsmotors verbundenen Umlaufgetriebe. Ein weiteres Umlaufgetriebe ist mit der Abtriebswelle eines Verstellgetriebes gekoppelt. Die Ausgangswelle des einen Umlauf getriebes bildet die Eingangswelle des anderen Umlaufgetriebes, und ein Elektromotor ist mit dem Eingang eines der beiden Umlaufgetriebe gekoppelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem für ein Flurförderzeug zu schaffen, das mit vertretbarem baulichen Aufwand bei gutem Wirkungsgrad für alle An triebszustände optimale Betriebsweisen verwirklicht und mit dem auch abgasfrei inner halb Gebäuden gefahren werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem wird ein Verbrennungsmotor als Primär motor verwendet sowie ein Elektromotor als Sekundärmotor. Die Ausgangswelle des Elektromotors geht zum Beispiel unmittelbar auf ein Sammelgetriebe, dessen Eingang ferner in die Welle des Verbrennungsmotors und die Ausgangswelle eines stufenlos schaltbaren Verstellgetriebes eingekoppelt ist. Dem Sammelgetriebe, das auch als Sum miergetriebe bezeichnet werden kann, ist ein Umschaltgetriebe nachgeschaltet, damit Vorwärts- und Rückwärtsfahrt des Flurförderzeugs unter gleichen Bedingungen erfolgen kann. Eine Sensorik misst die Drehzahl von Verbrennungsmotor, Elektromotor und Aus gangswelle des Umschaltgetriebes und erzeugt entsprechende Drehzahlsignale für eine Regelvorrichtung, die nach Maßgabe eines Sollwertsignals eines von einem Bediener des Flurförderzeugs betätigten Sollwertgebers die Drehzahlen der Motoren und das Überset zungsverhältnis des Verstellgetriebes regelt.

Als Verstellgetriebe sind verschiedene stufenlose Getriebe denkbar, zum Beispiel ein Keilriemenverstellgetriebe, ein Flachriemenverstellgetriebe, ein Gliederbandverstellge triebe, ein Schubkettenverstellgetriebe, ein Reibradverstellgetriebe, ein hydrostatisches Verstellgetriebe oder ein hydrodynamischer Wandler (Föttinger-Kupplung).

Für die Realisierung des Sammelgetriebes sind verschiedene Varianten denkbar. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein erstes Umlaufgetriebe, beispielsweise ein Pla netengetriebe, mit der Welle des Verbrennungsmotors und ein zweites Umlaufgetriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe, mit der Abtriebswelle des Verstellgetriebes gekop pelt. Die Ausgangswelle des einen Umlaufgetriebes bildet die Eingangswelle des zweiten Umlaufgetriebes und der Elektromotor ist mit der Eingangswelle eines der beiden Um laufgetriebe gekoppelt, wobei die Drehmomente der drei Wellen eines jeden Umlaufge triebes in einem festen Verhältnis zueinander stehen. Die Drehzahlen der Wellen stellen sich in Abhängigkeit vom Betriebszustand ein.

Alternativ ist vorgesehen, dass ein Umlaufgetriebe mit der Welle des Verbrennungs motors und der Ausgangswelle des Verstellgetriebes gekoppelt ist und die Ausgangs welle des Umlaufgetriebes und die Welle des Elektromotors die Eingangswellen eines weiteren Umlaufgetriebes bilden. Schließlich kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein erstes Umlaufgetriebe mit der Welle des Verbrennungsmotors und der Welle des Elektromotors gekoppelt sein, während seine Abtriebswelle die Ein gangswelle des Verstellgetriebes bildet. Die Antriebswellen des Verstellgetriebes und des ersten Umlaufgetriebes bilden die Eingangswellen eines zweiten Umlaufgetriebes.

Bei allen Ausgestaltungen der Erfindung wird die Leistung des Verbrennungsmotors durch das Verstellgetriebe auf eine Hauptwelle und eine Nebenwelle verzweigt. Als Hauptwelle kann die durchgehende Welle bezeichnet werden, während die Neben welle die abtriebsseitige Welle des Verstellgetriebes darstellt. Alternativ kann die Lei stungsverzweigung auf Haupt- und Nebenwelle durch ein separates Verzweigungs getriebe erfolgen. Das Verstellgetriebe ist dann in der Nebenwelle angeordnet. Die Leistungen der Haupt- und Nebenwelle werden im Umlauf bzw. Sammelgetriebe wieder zusammengeführt. Ein derartiges Antriebssystem weist mehrere Vorteile auf:

a) Die vom Verstellgetriebe maximal zu übertragende Leistung wird verringert. Getriebe mit verstellbarem Übersetzungsverhältnis haben im allgemeinen einen kleineren Wirkungsgrad als solche mit konstantem Übersetzungsverhältnis. Die Verlustleistung nimmt daher ab und der Gesamtwirkungsgrad des Antriebs steigt.
b) Aufgrund der geringeren Anforderungen an die Leistung können Verstellgetriebe verwendet werden, deren Leistungsfähigkeit sonst nicht ausreichend wäre, z. B. Keilriemenverstellgetriebe. Außerdem kann das Verstellgetriebe kleiner dimen sioniert werden.
c) Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Verbrennungsmotor und der Aus gangswelle des Antriebssystems kann zu Null gemacht werden. Bei laufendem Verbrennungsmotor kann das Fahrzeug dadurch im Stillstand gehalten werden, ohne dass der Leistungsfluss durch eine schaltbare Kupplung unterbrochen werden müsste. Darüber hinaus wird auf diese Weise die Spreizung des Übersetzungs verhältnisses beliebig groß (Als Spreizung wird bekanntlich das Verhältnis des größten und kleinsten Übersetzungsverhältnisses eines Verstellgetriebes bezeich net).

Die ersten beiden Vorteile besitzt ein Antriebssystem jedoch nur, wenn ein Umschaltgetriebe zur Drehrichtungsumkehr bei Wechsel zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt vorgesehen ist. Zwar ließe sich die Drehrichtungsumkehr auch ohne Umschaltgetriebe nur durch Verstellung der Übersetzungsverhältnisse des Verstell getriebes realisieren. Ohne Umschaltgetriebe wäre die vom Verstellgetriebe maximal zu übertragende Leistung bei Rückwärtsfahrt mit Höchstgeschwindigkeit größer als die Ausgangsleistung der Antriebswelle des Antriebssystems.

Aufgrund der Kopplung des zweisträngigen Antriebssystems mit einem elektromoto rischen Sekundärantrieb (einer elektrischen Maschine, die sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden kann) ergeben sich folgende Vorteile:
Anlasser und Lichtmaschine können entfallen.
Es ist ein rein elektrischer Betrieb möglich, zum Beispiel Fahren in geschlossenen Räumen.
Beim Bremsen kann eine Energierückgewinnung vorgenommen werden. Hier durch wird der Energieverbrauch reduziert, und die Anforderungen an die ther mische Belastbarkeit der Betriebsbremsen sind geringer.
Eine schnelle, hochdynamische Beeinflussung des Antriebsdrehmoments bzw. der Antriebsdrehzahl zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit ist problemlos möglich. Die Anforderungen an das Verstellgetriebe hinsichtlich der Dynamik der Ver stellung und der Genauigkeit des Übersetzungsverhältnisses sind wesentlich geringer.
Der Verbrennungsmotor kann kleiner dimensioniert werden, da Spitzenleistungs bedarfe durch die zusätzliche Leistung des Sekundärmotors gedeckt werden kön nen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausfüh rungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Grundschema des Antriebssystems für Flurförderzeuge nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform des Systems nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Systems nach Fig. 1.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform des Antriebssystems nach Fig. 1.

Fig. 5 zeigt eine vierte Ausführungsform des Antriebssystems nach Fig. 1.

Fig. 6 zeigt eine fünfte Ausführungsform des Antriebssystems nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Verbrennungsmotor 1 gezeigt, vorzugsweise ein Diesel- oder Treib gasmotor, dessen Welle sich über ein Verzweigungsgetriebe 20 in eine Hauptwelle 15 und eine Nebenwelle 16 verzweigt. Die Nebenwelle 16 ist charakterisiert durch ein Verstellgetriebe, das im gezeichneten Fall ein hydrostatisches Getriebe ist. Es kann jedoch auch von anderen stufenlosen Getrieben gebildet sein, beispielweise einem Keilriemenverstellgetriebe, einem Flachriemenverstellgetriebe, einem Gliederband verstellgetriebe, einem Schubkettenverstellgetriebe, einem Reibradverstellgetriebe oder einem hydrodynamischen Wandler (Föttinger-Kupplung). Mit dem hydrosta tischen Getriebe kann wahlweise ein Speicher 22 gekoppelt sein, in den ein Teil der im Getriebe 2 fließenden Energie eingegeben wird oder der Energie an das Verstellge triebe 2 abgibt.

Die Wellen 15, 16 sind in ein Sammelgetriebe 24 eingekoppelt, in das auch die Welle ei nes Elektromotors 3 eingekoppelt ist. Der Elektromotor 3 wird von einer Batterie 26 mit Energie versorgt, und zwar über eine Steuerschaltung 28. Die Ausgangswelle des Sam melgetriebes 24 ist mit einem Umschaltgetriebe 30 gekoppelt, das seinerseits mit einem Differential 32 gekoppelt ist, über das die Antriebsräder 34, 36 des nicht gezeigten Flur förderzeugs angetrieben sind.

In Fig. 2 ist eine mögliche Realisierung des Konzepts nach Fig. 1 dargestellt, wobei glei che Aggregate mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Statt eines hydrostatischen Getriebes ist in Fig. 2 ein Keilriemen- oder Flachriemengetriebe angedeutet. Für die Wir kungsweise ist dies jedoch nicht von Bedeutung. Man erkennt, dass ein erstes Umlaufge triebe 5 vorgesehen ist, das mit der Abtriebswelle 16 des Verstellgetriebes 2 gekoppelt ist, beispielsweise der Planetenträger des Planetenradgetriebes, während das Sonnenrad mit der Ausgangswelle eines zweiten Umlaufgetriebes 6 gekoppelt ist, das mit der Hauptwelle 15 verbunden ist. Das Ringrad des Planetenradgetriebes des Umlaufgetriebes 5 ist dann mit dem Umschaltgetriebe 13 gekoppelt, dessen Ausgangswelle mit einer Rotationsbremse 12 gekoppelt ist, die auf der Abtriebswelle 11 des Antriebssystems sitzt.

Das zweite Umlaufgetriebe 6 ist ebenfalls ein Planetenradgetriebe, dessen Planetenträger mit der Hauptwelle 15 und dessen Sonnenrad mit der Welle des Elektromotors 3 gekop pelt ist. Das Ringrad ist mit dem Sonnenrad des ersten Umlaufgetriebes 5 gekoppelt.

Mit der Welle 14 ist auf nicht weiter dargestellte Art und Weise eine Welle 10 gekoppelt, die mit einer Hydraulikpumpe 38 gekoppelt ist. Sie dient zum Betrieb von verschiedenen Funktionen des Flurförderzeugs, das mit dem gezeigten Antriebssystem versehen ist.

In Fig. 2 ist die Batterie mit 9 und eine Leistungselektronik mit 4 bezeichnet. Ein Regler 8 dient zur Einstellung der Drehzahl der Motoren 1 und 3 sowie des Übersetzungsver hältnisses des Verstellgetriebes 2. Der Regler 8 steuert auch das Umschaltgetriebe 13 so wie die Bremse 12 und die Leistungselektronik 4. Die Doppelpfeile zwischen Motor 3 und Leistungseleketronik 4 bzw. zwischen letzterer und Batterie 9 sollen andeuten, dass sowohl Motor- als auch Generatorbetrieb für den Motor 3 möglich ist. Eine nicht ge zeigte Sensorik erfasst die Drehzahlen der Wellen der Motoren 1 und 3 sowie der Ab triebswelle 11, um nach Maßgabe eines nicht gezeigten, vom Bediener des Flurförder zeugs betätigten Sollwertgebers eine Regelung des Antriebs vorzunehmen.

Die Umlaufgetriebe 5, 6 haben die Aufgabe, je nach Richtung des Leistungsflusses die Leistung zweier Wellen zusammenzuführen und an die dritte Welle abzugeben oder die Leistung einer Welle auf die beiden anderen Wellen zu verzweigen. Dabei stehen die Drehmomente der drei Wellen stets in einem festen Verhältnis zueinander, wogegen sich die Drehzahlen der drei Wellen in Abhängigkeit vom Betriebszustand einstellen können. Lediglich die Summe der drei Drehzahlen ist jeweils gleich Null. Wie erkennbar, kann sich diese Charakteristik durch zum Beispiel Planetengetriebe oder auch Differentialge triebe technisch realisieren. Für das Umschaltgetriebe 13 kann ein übliches Zahnradge triebe verwendet werden. Die Feststellbremse 12 wird benötigt, um den Verbrennungs motor 1 mit Hilfe des Elektromotors 3 anlassen zu können. Darüber hinaus kann sie als Haltebremse für das Fahrzeug genutzt werden.

Für die Übersetzungsverhältnisse zwischen den Drehzahlen der beiden Motoren 1 und 3 und den Ausgangswellen 10 und 11 gelten folgende Zusammenhänge:

i_1,11 = i_vo (1 - i₂) (1)

i_3,11 = i_EO (mit Ausnahme von Fig. 6) (2)

i_1,10 = i_VZA (mit Ausnahme von Fig. 5) (3)

Dabei sind i_VO, i_EO und i_VZA konstante, in Grenzen willkürlich einstellbare Übersetzungs verhältnisse und 12 das jeweilige Übersetzungsverhältnis des Verstellgetriebes 2. Die konstanten Übersetzungsverhältnisse können durch separate Getriebe (Vorgelege), die hier nicht gezeigt sind, oder durch die Gestaltung der Umlaufgetriebe 5, 6 realisiert wer den.

Bezüglich des Übersetzungsverhaltens sind die Ausführungsformen nach den Fig. 2, 3 und 4 identisch.

Die Ausführungsformen nach den Fig. 2 bis 4 unterscheiden sich lediglich in der An ordnung der Umlaufgetriebe 5 und 6 und des Verstellgetriebes 2. Bei der Ausführungs form nach Fig. 3 ist die Hauptwelle 15 mit dem Umlaufgetriebe 5 gekoppelt, während die Abtriebswelle 16 des Verstellgetriebes 2 mit dem Umlaufgetriebe 6 gekoppelt ist. In den Ausführungsformen nach den Fig. 2 und 3 ist der Elektromotor 3 jeweils mit dem Um laufgetriebe 6 gekoppelt. Dies ist im übrigen auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 der Fall, wobei jedoch das Umlaufgetriebe 6 mit dem Ausgang des ersten Umlaufgetrie bes 5 gekoppelt ist, dessen Eingänge von der Haupt- und der Abtriebswelle 15, 16 gebil det sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 besteht ein Unterschied zu der nach Fig. 4 nur darin, dass die Welle 10 für die Aggregate zum Betrieb der weiteren Funktion des Flur förderzeugs mit der Abtriebswelle des Umlaufgetriebes 5 gekoppelt ist. Diese Ausfüh rungsform hat den Vorteil, dass die Drehgeschwindigkeit der Welle 10, welche, wie er wähnt, die Aggregate für die Arbeitsbewegungen antreibt, in einem größeren Bereich durch Veränderungen der Stellgrößen des Antriebssystems ("Gaspedalstellung" und "Übersetzungsverhältnis des Verstellgetriebes 2") verstellt werden kann. Insbesondere kann die Welle 10 auch bei laufendem Verbrennungsmotor 1 zum Stillstand gebracht werden. Hierdurch können die Stromregelventile zur Ansteuerung der Arbeitsbewegun gen entfallen, da die Geschwindigkeit der Arbeitsbewegung sich durch die Geschwindig keit der Welle 10 steuern lässt.

Für das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und der Antriebs welle 10 gemäß Fig. 5 gilt somit

i_1,10 = i_VZA (1 - i₂) (4)

Die Übersetzungsverhältnisse zwischen den Motoren 1, 3 und der Welle 11 berechnen sich nach obigen Gleichungen (1) und (2).

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist das Verstellgetriebe 2 mit der Ausgangswelle des Umlaufgetriebes gekoppelt, dessen Eingang von den Wellen der beiden Motoren 1, 3 gebildet ist. Der Eingang des Umlaufgetriebes 5 wird von der Hauptwelle 15 und der Abtriebswelle 16 des Verstellgetriebes 2 gebildet. Für das Übersetzungsverhältnis zwi schen Motor 3 und Welle 11 gilt somit:

i_3,11 = i_EO (1 - i₂) (5)

Für die übrigen Übersetzungsverhältnisse i_1,11 und i_1,10 gelten die obigen Gleichungen (1) und (3).

Nachfolgend werden die Funktionen des Antriebssystems für alle gezeigten Ausfüh rungsformen erläutert.

Zum Anlassen des Verbrennungsmotors 1 wird die Bremse 12 betätigt, so dass die Fahr zeugachse vom Leistungsfluss der beiden Motoren 1, 3 abgekoppelt ist. Der Elektro motor 3 wird dann zum Anlassen des Verbrennungsmotors 1 verwendet, da dessen Dreh bewegung durch das gezeigte Getriebesystem auf den Verbrennungsmotor 1 übertragen wird. Sobald der Verbrennungsmotor 1 läuft, stehen die Drehzahlen der beiden Motoren 1, 3 in einem festen Verhältnis zueinander. Dieses Drehzahlverhältnis ist bei einigen Ausführungsformen durch das Übersetzungsverhältnis des Verstellgetriebes beeinfluss bar.

Bei Stillstand des Fahrzeugs müssen die Drehgeschwindigkeiten der beiden Motoren 1, 3 so aufeinander abgestimmt sein, dass die Abtriebswelle 11 ruht. Dabei kann jedoch durchaus ein Drehmoment durch die Welle 11 auf die Antriebsräder übertragen werden. Dies kann zum Beispiel erforderlich sein, um das Fahrzeug auf einer schrägen Ebene (Rampe) kurze Zeit zu halten, ohne dass eine Bremse betätigt werden müsste. Bei länge rem Stillstand würde dagegen die Bremse 12 durch den Regler 8 automatisch betätigt. Dann kann ein Drehmoment und somit eine Leistung vom Verbrennungsmotor 1 zum Elektromotor 3 übertragen werden, so dass dieser als Generator zum Laden der Batterie 9 betrieben werden kann. Wenn die Batterie vollgeladen ist, läuft der Elektromotor 3 ledig lich leer mit.

Durch die Verstellung des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und der Ausgangswelle 11 wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors von der Geschwindigkeit entkoppelt. Zur Veränderung der Fahrgeschwindigkeit wird mit hin nicht primär die Drehzahl des Verbrennungsmotors geändert, sondern das Über setzungsverhältnis. Der Verbrennungsmotor 1 kann dadurch in Betriebspunkten betrieben werden, in denen einerseits die zum Antrieb des Fahrzeugs erforderliche Leistung abgegeben wird und andererseits der Wirkungsgrad optimal ist oder die Geräusch- bzw. Abgasemissionen am geringsten sind. Beim Beschleunigen des Fahr zeugs nimmt der Leistungsbedarf etwa proportional mit der Geschwindigkeit zu, wenn das Fahrzeug mit konstanter Beschleunigung anfährt. Daher muss beim Anfahren der Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 1 mit zunehmender Geschwindigkeit im Kennfeld verschoben werden. Dies geschieht entlang bestimmter Kennlinien. Welche dieser Kennlinien verwendet wird, hängt davon ab, nach welchen Kriterien der Betrieb des Verbrennungsmotors optimiert werden soll. Sinnvolle Kriterien können minimaler Kraftstoffverbrauch, minimale Geräusch- bzw. Abgasemissionen sein usw.

Wie bereits erwähnt, nimmt der Leistungsbedarf mit zunehmender Fahrgeschwindig keit zu. Der maximale Leistungsbedarf entsteht also, wenn das Fahrzeug mit nahezu maximaler Geschwindigkeit fährt und weiter beschleunigt werden soll. Um diesen Leistungsbedarf abzudecken, kann zusätzlich der Elektromotor 3 verwendet werden, indem er eine Zusatzleistung an das Antriebssystem abgibt. Zu Beginn des Anfahrvor gangs besitzt das Fahrzeug nur eine sehr geringe Geschwindigkeit und der Leistungs bedarf ist gering. Um den Verbrennungsmotor 1 in dieser Phase in günstigen Betriebspunkten laufen zu lassen, ist es unter Umständen sinnvoll, den Elektromotor als Generator zu betreiben. Sinnvoll ist es, die Regelstrategie so zu wählen, dass die Energiebilanz für die Batterie 9 im Mittel über den gesamten Anfahrvorgang etwa ausgeglichen ist. Dabei kann die Strategie, nach der der Elektromotor 3 entweder als Generator oder als Motor betrieben wird, in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batte rie 9 angepasst werden. Ist zum Beispiel die Ladung der Batterie zu gering, sollte der Elektromotor 3 verstärkt im Generatorbetrieb laufen.

Bei Fahren mit konstanter Geschwindigkeit, insbesondere über längere Strecken, wird der Leistungsbedarf zur Überwindung der Fahrwiderstände im wesentlichen vom Ver brennungsmotor 1 gedeckt. Das Übersetzungsverhältnis des Verstellgetriebes 2 ist dabei so einzustellen, dass der Verbrennungsmotor 1 wiederum in einem günstigen Betriebspunkt arbeitet. Der Elektromotor 3 kann je nach Ladezustand der Batterie 9 entweder als Generator oder Motor betrieben werden. In jedem Fall muss er jedoch ein Gegendrehmoment zum Drehmoment des Verbrennungsmotors 1 erzeugen. Dies ist notwendig, da die Drehmomente der drei Wellen des Umlaufgetriebes 5 stets in einem festen Verhältnis zueinander stehen.

Um die kinetische Energie des Fahrzeugs beim Bremsen zumindest teilweise zurück gewinnen zu können, wird der Elektromotor 1 in diesem Fahrzustand als Generator betrieben. Dazu wird sowohl vom Verbrennungsmotor 1 als auch vom Elektromotor 3 das erforderliche Bremsmoment aufgebracht. Um dem Elektromotor 3 einen möglichst großen Anteil der Bremsleistung zuführen zu können, muss der Elektromotor 3 mög lichst schnell und der Verbrennungsmotor 1 möglichst langsam drehen. Dies kann durch die Wahl des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes 2 erreicht werden.

Die Fahrrichtung wird im Antriebssystem durch die Schaltstellung des Umschalt getriebes 13 bestimmt. Durch das Betätigen einer geeigneten Bedienvorrichtung (z. B. Fahrtrichtungsschalter oder Doppelpedal) teilt der Fahrer des Gabelstaplers der Regel vorrichtung mit, in welche Richtung er fahren möchte. Steht der Stapler zu diesem Zeitpunkt still, so wird das Umschaltgetriebe unmittelbar nach Betätigung der Bedien vorrichtung in die zur gewünschten Fahrtrichtung gehörende Stellung geschaltet. Fährt der Stapler jedoch in der entgegengesetzten Fahrtrichtung, so wird er zunächst abge bremst, bis die Geschwindigkeit null ist. In diesem kurzzeitigen Nulldurchgang der Fahrgeschwindigkeit wird das Umschaltgetriebe geschaltet. Unmittelbar danach wird der Stapler in der neuen Fahrtrichtung wieder beschleunigt.

Das Schalten des Umschaltgetriebes wird also nie direkt durch den Fahrer des Gabel staplers durchgeführt, sondern stets von der Regelvorrichtung 8 in Abhängigkeit vom aktuellen Fahrzustand und der Stellung der o. g. Bedienvorrichtung veranlasst. Dadurch wird sichergestellt, dass das Umschaltgetriebe nur bei stillstehender oder zumindest nahezu stillstehender Eingangs- und Ausgangswelle geschaltet wird. (Die Bezeichnungen Eingangs- und Ausgangswelle beziehen sich hier auf das Umschalt getriebe und nicht auf das gesamte Antriebssystem). Dadurch kann auf einen Mecha nismus zur Synchronisation der Drehzahlen verzichtet werden, außerdem entstehen keine Stöße und kein Verschleiß durch den Schaltvorgang.

Das Umschaltgetriebe muss jedoch unter Last, d. h. unter der Wirkung eines Dreh momentes schaltbar sein. Denn es ist durchaus vorgesehen, dass der Gabelstapler auf einer schrägen Ebene, z. B. einer Auffahrrampe, durch das Antriebssystem im Still stand gehalten wird. Auch in diesem speziellen Zustand muss das Getriebe je nach gewünschter Fahrtrichtung umschalten können.

Wird ein Umschaltgetriebe verwendet, bei dem beide Drehrichtungen der Ausgangs welle gleichzeitig eingeschaltet werden können, so kann das Getriebe blockiert wer den. Auf diese Weise wird vom Umschaltgetriebe auch die Funktion der Feststell bremse 12 realisiert. Auf eine separate Feststellbremse kann dann verzichtet werden.

Claims

1. Antriebssystem für ein Flurförderzeug, das eine Antriebsvorrichtung und minde stens ein Aggregat für Arbeitsbewegungen des Flurförderzeugs aufweist, mit

- einer Brennkraftmaschine (1)
- einem mit der Motorwelle gekoppelten stufenlos verstellbaren Verstellgetriebe (2),
- einem Sammelgetriebe (24), dessen eine Eingangswelle direkt mit der Welle der Brennkraftmaschine (1) gekoppelt ist und dessen zweite Eingangswelle (16) mit der Abtriebswelle des Verstellgetriebes (2) gekoppelt ist,
- einem Elektromotor (3), dessen Welle mit einer dritten Eingangswelle des Sammelgetriebes (24) gekoppelt ist,
- einem Umschaltgetriebe (30, 13) zwischen der Abtriebswelle des Sammelgetrie bes (24) und den Antriebsrädern (34, 36) des Flurförderzeugs
- einer Batterie (26), die über eine Leistungselektronik (28) mit dem Elektromotor (3) verbunden ist
- einer Sensorik, die zumindest die Drehzahlen der Brennkraftmaschine (1), des Elektromotors (3) und der Ausgangswelle des Umschaltgetriebes (30, 13) und den Ladezustand der Batterie für den Elektromotor misst und entsprechende Drehzahlsignale erzeugt
- einer mit dem Antriebssystem gekoppelten Welle (10) für den Antrieb des Ag gregats (38) für die Arbeitsbewegungen des Flurförderzeugs
- einer Regelvorrichtung (28, 8), die nach Maßgabe von Sollwertsignalen der von einem Bediener des Flurförderzeugs betätigten Sollwertgebern und unter Zu grundelegung der Ausgangssignale der Sensorik die Drehzahl des Elektromotors (3) und der Brennkraftmaschine (1) und/oder das Übersetzungsverhältnis des Verstellgetriebes (2) regelt und/oder die Rotationsbremse betätigt und das Um schaltgetriebe (13) schaltet.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellgetriebe (2) von einem Keilriemenverstellgetriebe, einem Flachriemenverstellgetriebe, einem Glieder bandverstellgetriebe, einem Schubkettenverstellgetriebe, einem Reibradverstellge triebe, einem hydrostatischen Verstellgetriebe oder einem hydrodynamischen Wand ler gebildet ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (10) für das Aggregat (38) für die Arbeitsbewegungen an die Welle (14) des Verbrennungsmotors (1) gekoppelt ist.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Abtriebswelle (11) eine Rotationsbremse (12) gekoppelt ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Um laufgetriebe (5, 6) mit der Welle (14, 15) des Verbrennungsmotors (1) und ein weite res Umlaufgetriebe (5, 6) mit der Abtriebswelle (16) des Verstellgetriebes (2) gekop pelt ist, die Ausgangswelle des einen Umlaufgetriebes die Eingangswelle des anderen Umlaufgetriebes bildet und der Elektromotor (3) mit dem Eingang eines der beiden Umlaufgetriebe (5, 6) gekoppelt ist, wobei die Drehmomente der drei Wellen eines jeden Umlaufgetriebes (5, 6) in einem festen Verhältnis zueinander stehen.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Um laufgetriebe (5) mit der Welle (14, 15) des Verbrennungsmotors (1) und der Ab triebswelle (16) des Verstellgetriebes (2) gekoppelt ist und die Ausgangswelle des Umlaufgetriebes (5) mit der Welle des Elektromotors (3) die Eingänge eines weiteren Umlaufgetriebes (6) bilden.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (10) zum Antrieb der Aggregate für die Arbeitsbewegungen mit der Ausgangswelle des ersten Umlauf getriebes (5) gekoppelt ist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Um laufgetriebe (6) mit der Motorwelle (14) und der Welle des Elektromotors (3) gekop pelt ist und seine Abtriebswelle die Eingangswelle des Verstellgetriebes (2) bildet und die Abtriebswelle (16) des Verstellgetriebes (2) sowie die Abtriebswelle (15) des ersten Umlaufgetriebes (6) die Eingänge des zweiten Umlaufgetriebes (5) bilden.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltgetriebe (13) von der Regelvorrichtung (28, 8) geschaltet wird, wenn dessen Eingangs- und Ausgangswelle annähernd Stillstand aufweisen.