DE4036860C2 - Steuervorrichtung für einen Hydraulikkreis eines industriellen Fahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für einen Hydraulikkreis eines in­ dustriellen Fahrzeugs, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft einen Gabelstapler, einen Schau­ fellader u. dgl., und insbesondere eine Steuervorrichtung in einem Hydraulikkreis, um die Ar­ beitsgeschwindigkeit eines Stellantriebs, z. B. eines Hubzy­ linders, zu regeln.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen herkömmlichen Hydrau­ likkreis für einen Gabelstapler, dessen Ladegabel unbelastet und belastet verfahren wird. Dieser Hydraulikkreis hat eine Hydraulikpumpe 1 mit konstanter Fördermenge, die Hydrau­ likfluid von einem Ölbehälter 3 ansaugt, um dieses über ein Steuerventil 7 einem Hubzylinder 5 zuzuführen.

Da im Fall dieses Hydraulikkreises die Pumpe 1 eine konstan­ te Fördermenge hat, ist die Hubgeschwindigkeit einer Kol­ benstange 9 des Hubzylinders 5, d. h. die Hubgeschwindigkeit der mit der Kolbenstange 9 verbundenen (nicht dargestellten) Ladegabel, im allgemeinen konstant ohne Rücksicht darauf, ob vom Gabelstapler eine Last gehandhabt wird oder nicht.

Diese Hubgeschwindigkeit wird so festgesetzt, daß sie opti­ mal ist, wenn Lasten auf die Gabel aufgebracht sind. Als Er­ gebnis dessen ist, wenn beispielsweise der Gabelstapler eine Last von einer hochgelegenen Stelle in einem Lagergestell od. dgl. aufnehmen soll, die Hubgeschwindigkeit der hochfah­ renden Gabel, obwohl sie leer und ohne Belastung bewegt wird, vergleichsweise niedrig, so daß unnötige Warte- oder Leerlauf­ zeiten entstehen und damit die Arbeitsleistung ungenügend ist.

Ferner ist aus der DE-Firmenschrift: Linde, Berichte aus Technik und Wissenschaft 63/1989, Seiten 5 bis 8, eine Steuervorrichtung für einen Hydraulikkreis einer Baumaschine bekannt, die nach dem sogenannten Load-sensing-Prinzip arbeitet. Bei diesem Prinzip wird eine Verstellpumpe benutzt, die nur soviel Öl fördert, wie gerade benötigt wird, um die erforderliche Ver­ stellgeschwindigkeit des Stellantriebs zu erzeugen. Der Pumpenausgangsdruck liegt nur geringfügig über dem benötigten Lastdruck. Diese Vorrichtung arbeitet sehr effizient, da kein Ölstrom vorhanden ist, der ungenutzt zum Ölbehälter zurückgeführt werden müßte. Eine automatische Einstellung der Hub- bzw. Senkgeschwindigkeit auf die Größe der Last erfolgt nicht.

Schließlich ist aus der US-Z: Hydraulics and Pneumatics, Dezember 1975, S. 56 und 57, eine Steuervorrichtung für einen Hydraulikkreis eines Gabelstaplers bekannt, die eine einen hydraulischen Stellantrieb versorgende Hydraulikpumpe aufweist, deren Fördermenge mittels einer Verstelleinrichtung verändert werden kann, um die Verstellgeschwindigkeit des Stellantriebs zu verändern. Die Verstelleinrichtung hat einen Servozylinder, der mit einem manuell ansteuerbaren Servokreis und einem Lastkompensator hydraulisch verbunden ist, welcher seinerseits parallel zum Stellantrieb an den Ausgang der Hydraulikpumpe angeschlossen ist. Zur Erhöhung der Fördermenge der Hydraulikpumpe kann der Servozylinder über den Servokreis manuell angesteuert werden, während gleichzeitig der Lastkompensator in Abhängigkeit von der Last am Stellantrieb dem Servokreis Druckmittel entzieht. Ein Nachteil dieses Stands der Technik ist darin zu sehen, daß die manuelle Steuerung und die lastab­ hängige Regelung des Stellantriebs miteinander interferieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervor­ richtung für einen Hydraulikkreis eines industriellen Fahrzeugs zu schaffen, mittels deren die am besten geeignete Verstell­ geschwindigkeit des Stellantriebs in Abhängigkeit von der am Stellantrieb angreifenden Last und der Empfindlichkeit des Ladeguts eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 6.

Erfindungsgemäß hat die Steuervorrichtung eine einen hydraulischen Stellantrieb versorgende Hydraulikpumpe, deren Fördermenge mittels einer Verstelleinrichtung veränderbar ist, um die Verstellgeschwindigkeit des Stellantriebs zu verändern, wobei die Verstelleinrichtung mit der Ausgangsseite eines elektrischen Steuergeräts verbunden ist, dessen Eingangsseite an einen Wählschalter angeschlossen ist, mittels dessen das Steuergerät wahlweise mit einem Sensor zur Ermittlung der an dem Stellantrieb angreifenden Last oder einem Verstellgeschwin­ digkeitssteller zur manuellen Einstellung der Verstellgeschwindigkeit des Stellantriebs verbindbar ist, wobei in dem Steuergerät ein Zusammenhang zwischen der Größe der an dem Stellantrieb angreifenden Last und einem Steuersignal für die Ver­ stelleinrichtung sowie ein Zusammenhang zwischen einer Stellung des Verstellgeschwindigkeitsstellers und einem Steuersignal für die Verstelleinrichtung abgespeichert sind, so daß die Ver­ stellgeschwindigkeit des Stellantriebs entweder entsprechend der Größe der an dem Stellantrieb angreifenden Last oder entsprechend der manuell vorgewählten Verstellgeschwindigkeit veränderbar ist.

Mit dieser Anordnung kann eine automatische oder manuelle Steuerung für eine geeignete, besonderen Wünschen oder Notwendigkeiten entsprechende Verstellgeschwindigkeit des belasteten oder unbelasteten Stellantriebs gewählt werden.

Mit einer derart ausgebildeten Vorrichtung wird die Förder­ menge der Pumpe zur automatischen Geschwindigkeitsregelung in Abhängigkeit von der am Stellantrieb einwirkenden Belastungsgröße geregelt, so daß im unbelasteten Zustand die Fördermenge der Pumpe vergrößert wird, womit die höchste Arbeitsgeschwindigkeit des Stell­ antriebs erreicht wird. Als Ergebnis dessen wird die Warte- oder Leerlaufzeit reduziert. Andererseits wird im belasteten Zustand die Fördermenge der Pumpe in angemessener Weise in Übereinstimmung mit der vom Stellantrieb zu bewältigenden Belastung abgesenkt, so daß die Arbeitsgeschwindigkeit des Stellantriebs für das Last- oder Frachtgewicht optimal wird.

Wenn bei einer solchen Vorrichtung eine Bedienperson eine gewünschte Geschwindigkeit an dem Verstellgeschwindigkeitssteller einstellt, dann wird die Fördermenge der Pumpe dem eingegebenen Wert entsprechen, so daß sich der hydrauli­ sche Stellantrieb mit der gewählten, den jeweiligen Wünschen oder Bedürfnissen angepaßten Geschwindigkeit zum Verfahren der Last bewegt.

Gemäß Patentanspruch 2 gibt das Steuergerät ein Steuersignal ab, das mit zunehmender an dem Stellantrieb angreifender Last die Fördermenge der Hydraulikpumpe vermindert.

Der Patentanspruch 3 sieht vor, daß der Sensor ein Druckfühler ist, der in eine Leitung zwischen der Hydraulikpumpe und dem Stellantrieb geschaltet ist. Der Sensor kann aber auch ein am Stellantrieb angebrachter Dehnungsmeßstreifen sein, wie im Patentanspruch 4 angegeben ist.

Gemäß dem Patentanspruch 5 weist der Verstellgeschwindigkeitssteller einen Regelwiderstand auf.

Schließlich ist gemäß Patentanspruch 6 die Hydraulikpumpe vorzugsweise eine Radialplungerpumpe der Taumelscheibenbauart.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Kreislaufschema eines herkömmlichen Be-/Entla­ stung-Hydraulikkreises eines Gabelstaplers;

Fig. 2 ein Kreislaufschema eines Be-/Entlastung-Hydraulik­ kreises eines Gabelstaplers, dem eine Steuervorrichtung zur lastabhängigen Regelung der Verstellgeschwindigkeit eines hydraulischen Stellantriebs eingegliedert ist;

Fig. 3 ein Diagramm der bevorzugten Beziehung zwischen der auf einen hydraulischen Stellantrieb aufgebrachten Last und der Fördermenge einer Pumpe;

Fig. 4 ein zu Fig. 2 gleichartiges Kreislaufschema einer Steuervorrichtung zur manuellen Einstellung der Verstellgeschwindigkeit eines hydraulischen Stellantriebs;

Fig. 5 ein Diagramm der bevorzugten Beziehung zwischen dem Widerstandswert eines Potentiometers und der Fördermenge einer Pumpe;

Fig. 6 ein zu Fig. 2 gleichartiges Kreislaufschema einer Steuervorrichtung für einen Hydraulikkreis eines Gabelstaplers in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Die Fig. 2 zeigt einen Belastung-/Entlastung-Hydraulikkreis für einen Gabelstapler, dem eine Steuervorrich­ tung zur lastabhängigen Regelung der Verstellgeschwindigkeit eines hydraulischen Stellantriebs einge­ gliedert ist. Dieser Hydraulikkreis umfaßt einen Ölbehälter 3, eine aus diesem Behälter Hydraulikfluid ansaugende Pumpe 10, ein Steuerventil 7 zur Bestimmung der Strömungsrichtung des von der Pumpe 10 ausgeförderten Fluids und einen Hubzylin­ der 5 als hydraulischen Stellantrieb.

Die Hydraulikpumpe 10 ist eine solche mit veränderlicher För­ dermenge, und zwar bevorzugterweise eine Radialplungerpumpe der Taumelscheibenbauart, wobei die Fördermenge der Pumpe durch Regeln des Winkels der Taumelscheibe 12 mittels einer Verstelleinrichtung bzw. eines Fördermengen-Regelmechanismus 14 verändert werden kann. Eine sich zwischen dem Steuerventil 7 und dem Hubzylinder 5 erstreckende Leitung 16 ist mit einem Sensor bzw. Druckfühler 18 verbunden, der als ein Mittel dient, um den an der Kolbenstange 9 des Hubzy­ linders 5 aufgebrachten Lastgrößenwert zu ermitteln. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß der Druckfühler 18 durch andere geeignete Einrichtungen zur Ermittlung des Lastwertes ersetzt werden kann, z. B. durch einen an einer Kolbenstange eines (nicht dargestellten) Schwenk- oder Kippzylinders befe­ stigten Dehnungsmeßstreifen. Der Druckfühler 18 ist mit dem Eingangsteil eines Steuergeräts (z. B. eines Mikrocomputers) 20 verbunden. Das Ausgangsteil des Steuergeräts 20 ist mit dem Fördermengen-Regelmechanismus 14 der Pumpe 10 in Verbin­ dung und gibt Steuersignale an diesen Regelmechanismus 14 in Abhängigkeit von Signalen vom Druckfühler 18 ab, um den Win­ kel der Taumelscheibe 12 einzuregeln.

Der Druckfühler 18 kann den Fluiddruck in der Leitung 16 ermit­ teln, und dieser ermittelte Druck entspricht der Größe der an der Kolbenstange 9 des Hubzylinders 5 aufgebrachten Last. Wenn Signale vom Druckfühler 18 dem Steuergerät 20 eingegeben werden, so wandelt dieses die Signale in den Größenwert der an der Kolbenstange 9 anstehenden Last um. Im Steuergerät 20 werden die Beziehung zwischen dem Lastwert einerseits und der Fördermenge der Pumpe anderer­ seits kennzeichnende Daten im voraus gespeichert, und auf de­ ren Grundlage bestimmt das Steuergerät 20 aus dem Wert der Last eine geeignete, angemessene Fördermenge der Pumpe 10.

Im unbelasteten Zustand gibt das Steuergerät 20 ein Signal an den Fördermengen-Regelmechanismus 14 ab, so daß die Pumpe 10 die maximale Menge fördert. Andererseits gibt das Steuergerät unter Belastungszuständen ein Steuersignal an den Regelmecha­ nismus 14 zur Änderung der Fördermenge der Pumpe 10 ab, so daß diese eine der gegenwärtig an der Kolbenstange 9 aufge­ brachten Last entsprechende Menge fördert, in­ dem die Taumelscheibe 12 auf den hierfür benötigten Winkel verstellt wird. Als Ergebnis dessen kann die mit der Kolbenstan­ ge 9 des Hubzylinders 5 verbundene (nicht dargestellte) Gabel mit maximaler Geschwindigkeit aufwärts verfahren werden, wenn sie keinerlei Ladegut trägt, und wenn sie solches trägt, dann kann sie mit der am besten für das Gewicht des Ladegu­ tes geeigneten Geschwindigkeit aufwärts bewegt werden.

Die Fig. 4 zeigt eine Steuervorrichtung zur manuellen Einstellung der Verstellgeschwindigkeit eines hydraulischen Stellantriebs, die im Aufbau im wesentlichen der unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebenen Steuervorrichtung mit der Ausnahme gleich ist, daß anstelle der den Größenwert der Last feststellenden Einrichtung, z. B. des Druckfüh­ lers, ein Regelwiderstand 30 mit dem Eingangsteil eines Steuer­ geräts 20′ verbunden ist.

Der Regelwiderstand 30 ist ein Mittel, um die Verstellgeschwindig­ keit der Gabel von Hand einzustellen. Der Widerstandswert des Potentiometers 30 kann durch Drehen eines Knopfes 32 verän­ dert werden, er wird durch einen Analog-/Digital-Wandler 34 digitalisiert und dem Steuergerät 20′ eingegeben. Dieses Gerät 20′ bestimmt aus dem eingegebenen Digitalsignal den Wert des Widerstandes des Potentiometers 30 und in Übereinstimmung mit der in Fig. 5 dargestellten Beziehung die Fördermenge der Pumpe 10. Das Steuergerät 20′ führt dem Fördermengen-Re­ gelmechanismus 14 ein Steuersignal zu, so daß die Hydraulik­ pumpe 10 auf die bestimmte Fördermenge eingestellt wird. Wenn die Pumpe 10 mit dieser bestimmten Fördermenge betrie­ ben wird, so bewegt sich die Kolbenstange 9 des Hubzylinders 5 mit der dieser Fördermenge entsprechenden Geschwindig­ keit aufwärts, so daß die Verstellgeschwindigkeit der Gabel die durch den Knopf 32 des Regelwiderstandes 30 eingestellte Geschwindigkeit ist.

Obwohl somit die Verstellgeschwindigkeit der Gabel des Staplers durch eine Bedienperson eingestellt werden muß, ist es von Vorteil, daß die Geschwindigkeit in Abhängig­ keit von der Art des Lagegutes festgesetzt werden kann. Bei­ spielsweise ist es im Fall von zerbrechlichem Ladegut, wie Glas, möglich, die Verstellgeschwindigkeit zu verringern, um einen Bruch des Glases zu verhindern.

Bei der unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebenen Steuervorrichtung kann der Regelwiderstand 30 durch einen digitalen Schalter als das Mittel zum Einstellen der Verstellgeschwindigkeit ersetzt werden.

Die in Fig. 6 gezeigte Ausführungsform gemäß der Er­ findung umfaßt einen Druckfühler 18 als das den Last­ größenwert feststellende Mittel, einen Regelwiderstand 30 als das die Verstellgeschwindigkeit einstellende Mittel und einen Wählschalter 40, um selektiv die Signale von entweder dem Druckfühler 18 oder dem Regelwiderstand 30 dem Eingangsteil des Steuergeräts 20′′ zuzuführen. Dem Fachmann ist klar, daß somit die Verstellgeschwindigkeit der Gabel entweder aus der auto­ matischen Steuerung in Abhängigkeit von der Größe der Last oder aus der Handsteuerung ausgewählt werden kann, in­ dem lediglich der Wählschalter 40 umgeschaltet wird.

Diese Ausführungsform schließt insofern die Merkmale und Eigenschaften der unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 4 beschriebenen Steuervorrichtungen ein, so daß verschiedene, von seiten der Benutzer an die Gabelstap­ ler bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung jeweils gestell­ te Anforderungen erfüllt werden können.

Wenngleich die erläuterten Steuervorrichtungen sich auf die Re­ gelung der Verstellgeschwindigkeit des Hubzylinders eines Gabel­ staplerfahrzeugs beziehen, so ist die Erfindung auf diesen Anwendungsfall keineswegs begrenzt. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Steuervorrichtung bei einem Kippzylinder eines Gabelstapler­ fahrzeugs oder bei jeglichen hydraulischen Stellantrieben von anderen industriellen Fahrzeugen, wie einem Kipp- oder Schwenk­ zylinder eines Schaufelladers, zur Anwendung kommen.

Durch die Erfindung wird eine Steuervorrichtung für einen Hydraulikkreis eines industriellen Fahr­ zeugs offenbart, um die Fördermenge einer Hydraulikpumpe in Übereinstimmung mit einem Lastwert, der an einem leer oder unter Last arbeitenden Stellantrieb aufgebracht wird, oder in Übereinstimmung mit einer manuellen Einstellung seitens einer Bedienperson einzuregeln, so daß die am besten ge­ eignete Verstellgeschwindigkeit des Stellantriebs für einen Betrieb mit bzw. ohne Last erhalten wird.

Claims (6)

1. Steuervorrichtung für einen Hydraulikkreis eines industriellen Fahrzeugs, mit einer einen hydraulischen Stellantrieb (5, 9) versorgenden Hydraulikpumpe (10), deren Fördermenge mittels einer Verstelleinrichtung (12, 14) ver­ änderbar ist, um die Verstellgeschwindigkeit des Stell­ antriebs (5, 9) zu verändern, wobei die Verstelleinrichtung (12, 14) mit der Ausgangsseite eines elektrischen Steuergeräts (20′′) verbunden ist, dessen Eingangsseite an einen Wählschalter (40) angeschlossen ist, mittels dessen das Steuergerät (20′′) wahlweise mit einem Sensor (18) zur Ermittlung der an dem Stellantrieb (5, 9) angreifenden Last oder einem Verstellgeschwindigkeitssteller (30-34) zur manuellen Einstellung der Verstellgeschwindigkeit des Stellantriebs (5, 9) verbindbar ist, wobei in dem Steuergerät (20′′) ein Zusammenhang zwischen der Größe der an dem Stellantrieb (5, 9) angreifenden Last und einem Steuer­ signal für die Verstelleinrichtung (12, 14) sowie ein Zu­ sammenhang zwischen einer Stellung des Verstellgeschwindig­ keitsstellers (30-34) und einem Steuersignal für die Verstelleinrichtung (12, 14) abgespeichert sind, so daß die Verstellgeschwindigkeit des Stellantriebs (5, 9) entweder entsprechend der Größe der an dem Stellantrieb (5, 9) an­ greifenden Last oder entsprechend der manuell vorgewählten Verstellgeschwindigkeit veränderbar ist.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (20′′) ein Steuersignal abgibt, das mit zunehmender an dem Stellantrieb (5, 9) angreifender Last die Fördermenge der Hydraulikpumpe (10) vermindert.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor (18) ein Druckfühler ist, der in eine Leitung (16) zwischen der Hydraulikpumpe (10) und dem Stellantrieb (5, 9) geschaltet ist.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor (18) ein am Stellantrieb (5, 9) angebrachter Dehnungsmeßstreifen ist.

5. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellgeschwin­ digkeitssteller (30-34) einen Regelwiderstand (30) aufweist.

6. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikpumpe (10) eine Radialplungerpumpe der Taumelscheibenbauart ist.