Dokumentenidentifikation |
DE102005058400A1 31.05.2007 |
Titel |
Antriebs- und Lenkeinheit für ein Rad eines Flurförderzeugs |
Anmelder |
Jungheinrich AG, 22047 Hamburg, DE |
Erfinder |
Mänken, Frank, Dr. Ing., 24558 Henstedt-Ulzburg, DE; Schipper, Ulf, Dipl.-Ing., 24113 Molfsee, DE; Werder, Martin von, Dipl.-Ing., 22949 Ammersbek, DE; Wrede, Hans Rudolf, Dipl.-Ing., 22844 Norderstedt, DE |
Vertreter |
Hauck Patent- und Rechtsanwälte, 20354 Hamburg |
DE-Anmeldedatum |
30.11.2005 |
DE-Aktenzeichen |
102005058400 |
Offenlegungstag |
31.05.2007 |
Veröffentlichungstag im Patentblatt |
31.05.2007 |
IPC-Hauptklasse |
B60K 7/00(2006.01)A, F, I, 20051130, B, H, DE
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Zusammenfassung |
Antriebs- und Lenkeinheit für ein Rad eines Flurförderzeugs, bei der ein Fahrmotor und ein Lenkmotor koaxial untereinander angeordnet und jeweils über ein Fahrgetriebe bzw. ein Lenkgetriebe mit einer Welle des Rades bzw. einer Lageranordnung des Rades gekoppelt sind, wobei eine Welle als Hohlwelle und die andere Welle durch die Hohlwelle hindurcherstreckt ist und einer elektronischen Steuerung für den Fahr- und Lenkmotor, die mit Sollwertgebern für die Drehzahl und den Lenkwinkel verbunden ist, wobei die elektronische Steuerung auf mindestens einer Leiterplatte untergebracht ist, die koaxial zwischen Fahrmotor und Lenkmotor und/oder Lenkmotor und Lenkgetriebe angeordnet ist.
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Beschreibung[de] |
Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebs- und Lenkeinheit für
ein Rad eines Flurförderzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Antriebs- und Lenkeinheit der eingangs genannten Art ist aus
DE 199 49 351 A1 bekannt geworden.
Ein Drehschemel für das angetriebene und gelenkte Rad weist eine Gabel auf,
die eine horizontale Welle für das Rad lagert. Antriebsmotor und Lenkmotor
sind koaxial übereinander angeordnet. Zwischen Antriebsmotor und Lenkmotor
ist ein erstes Getriebe angeordnet, das über eine Welle auf ein Kegelgetriebe
wirkt zum Antrieb der Radwelle. Die Welle erstreckt sich durch eine Hohlwelle des
Lenkmotor hindurch. Die Hohlwelle wirkt über ein Lenkgetriebe auf den Lenkschemel,
um diesen um den gewünschten Lenkwinkel zu verdrehen nach Maßgabe eines
Signals eines Lenkwinkelgebers.
Üblich ist auch, die Verstellung des Drehschemels über einen
seitlich angeordneten Lenkmotor mit zum Fahrmotor paralleler Achse. Die Kraftübertragung
findet über ein in das Motorgehäuse integriertes Planetengetriebe, eine
Kette oder eine Direktverzahnung statt. Im Fahrmotor befinden sich in der Regel
Sensoren zur Temperatur- und auch Drehzahlmessung, die über einen Sensorstecker
mit der externen Steuerung verbunden sind. Die Motorphasen werden über ein
Klemmbrett an die Steuerung angeschlossen.
Aus DE 102 27 725 A1
ist bekannt, die elektronische Steuerung für einen Fahrmotor und/oder Lenkmotor
radial an dem Motorgehäuse anzubringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakt bauende Antriebs-
und Lenkeinheit für ein Rad eines Flurförderzeugs zu schaffen, die eine
Vormontage ermöglicht und in herkömmliche Konstruktionen eingebaut werden
kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Einheit ist die elektronische
Steuerung auf mindestens einer Leiterplatte untergebracht, die koaxial zwischen
Fahrmotor und Lenkmotor und/oder Lenkmotor und Lenkgetriebe angeordnet ist.
Vorteilhaft bei der Erfindung ist ein sehr geringer Platzbedarf für
die Antriebs- und Lenkeinheit aufgrund der hohen Integrationsdichte der einzelnen
Bauteile. Außerdem wird dadurch auf einfache Weise eine Vormontage in einzelnen
Baugruppen und der Einheit realisierbar.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Leiterplatte annähernd mittig ein Loch aufweist, durch das eine oder beide
Wellen hindurchgeführt sind. Auf diese Weise kann die gesamte Querschnittsfläche
des Motorgehäuses für die Leiterplatte und die entsprechende Anbringung
von elektronischen Komponenten genutzt werden.
Vorzugsweise ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung das Motorgehäuse
rohrförmig, und die Leiterplatte ist als kreisförmige Lochscheibe ausgebildet.
Bei der erfindungsgemäßen Antriebs- und Lenkeinheit kann
das Motorgehäuse als Kühlkörper für die auf der Leiterplatte
angebrachten Komponenten dienen. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann zusätzlich
oder alternativ zur Lüftung auf einer oder beiden Wellen ein Lüfterrad
für die Kühlung der auf der Leiterplatte angeordneten elektronischen Komponenten
sitzen. Es versteht sich, daß auch ein fremdangetriebener Lüfter zu Kühlzwecken
eingesetzt werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das gemeinsame
Gehäuse für Fahr- und Lenkmotor einen seitlichen Steckanschluß auf
für die Spannungsversorgung der Motoren sowie Eingänge für das Soll-Drehzahl-Signal
für den Fahrmotor und das Soll-Winkel-Signal für den Lenkmotor. Der Steckanschluß
ist vorzugsweise unmittelbar an der Leiterplatte angebracht.
Es wurde eingangs bereits erwähnt, daß Fahr- und Lenkmotor
in der Regel Sensoren aufweisen zur Bestimmung der Ist-Drehzahl bzw. des Ist-Lenkwinkels.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Sensor zur Bestimmung der Motortemperatur
und/oder ein Sensor für die Drehzahl des Fahrmotors und/oder ein Sensor für
die Drehlage des Lenkmotors auf der Leiterplatte angeordnet. Die Drehzahl- bzw.
die Winkelsensoren können nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung unmittelbar
mit der zugeordneten Welle des entsprechenden Motors zusammenwirken.
Vorzugsweise sind für die elektronische Steuerung beider Motoren
aus Sicherheitsgründen redundant geschaltete Mikroprozessoren vorgesehen.
Es ist denkbar, die gesamte elektronische Steuerung für beide
Motoren auf einer Leiterplatte unterzubringen. Alternativ sind nach einer Ausgestaltung
der Erfindung zwei oder mehrere koaxiale Leiterplatten vorgesehen, von denen die
eine die Steuerung für den Fahrmotor und die andere für den Lenkmotor
enthält. Die Prozessoren der beiden Leiterplatten können jedoch redundant
ausgeführt, d.h. jeweils für beide Steuerungen programmiert sein. Die
Signale der Sensoren werden daher auf beide Prozessoren geschaltet.
Dies zum einen wegen der Redundanz und zum anderen wegen möglicher Abhängigkeit
der Funktionen der beiden Motoren. So wird z.B. die Lenkwinkelgeschwindigkeit des
Lenkmotors von der Fahrgeschwindigkeit abhängig gemacht. Auch kann der maximale
Lenkwinkel durch eine vorgegebene Fahrgeschwindigkeit begrenzt sein. Umgekehrt kann
die Fahrgeschwindigkeit durch den Lenkwinkel begrenzt sein. Auch die Übersetzung
des Lenkwinkels zwischen Lenkwinkelgeber und gelenktem Rad kann in Abhängigkeit
von der Fahrgeschwindigkeit geändert werden.
Bei der Verwendung von zwei Leiterplatten können diese unmittelbar
übereinander angeordnet sein, wobei sie zweckmäßigerweise zwischen
Fahrmotor und Lenkmotor angeordnet sind. Es ist jedoch auch denkbar, jeweils eine
Leiterplatte zwischen Fahrmotor und Lenkmotor und eine zweite Leiterplatte zwischen
Lenkmotor und Lenkgetriebe anzuordnen. Letzteres ist z. B. ein sogenanntes Exzenter-
oder Cyclo-Getriebe.
Es ist auch bekannt, Fahrmotoren für Antriebs- und Lenkeinheiten
für ein Rad eines Flurförderzeugs mit einer Bremse auszustatten. Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung liegt eine Bremseinheit am oberen Ende des Fahrmotors,
wobei die Bremssignale ebenfalls über den Steckanschluß übertragen
werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
1 zeigt schematisch die Seitenansicht einer ersten
Ausführungsform einer Antriebs- und Lenkeinheit nach der Erfindung.
2 zeigt eine andere Ausführungsform einer Antriebs-
und Lenkeinheit nach der Erfindung in gleicher Ansicht wie 1.
3 zeigt in Draufsicht zwei Leiterplatten für die
Antriebs- und Lenkeinheit nach den 1 und
2.
4 zeigt eine mögliche Funktionsverteilung auf
den Leiterplatten nach 3.
5 zeigt ein Blockschaltbild der Leiterplatten nach
3 und 4.
In den 1 und 2
ist ein angetriebenes und gelenktes Rad 10 eines nicht dargestellten Flurförderzeugs
zu erkennen, das in einem Drehschemel 12 gelagert ist. Am Drehschemel
12 ist ein Getriebe 14 gehalten, über das die nicht gezeigte
horizontale Welle des Rades 10 angetrieben ist (Kegelradgetriebe). Der
Drehschemel 12 ist um eine vertikale Achse im Rahmen des nicht gezeigten
Flurförderzeugs drehbar gelagert. Auf dem Drehschemel 12 sitzt ein
rohrförmiges Gehäuse 16, in dem ein Fahrmotor 18 und
ein Lenkmotor 20 untergebracht sind. Der Fahrmotor 18 besitzt
eine Welle (nicht gezeigt), die sich durch den Lenkmotor 20 hindurch zum
Getriebe 14 erstreckt. Der Lenkmotor 20 hat eine Hohlwelle, die
mit dem Drehschemel 12 gekoppelt und durch welche sich die Welle des Fahrmotors
hindurcherstreckt. Eine derartige koaxiale Anordnung der Motoren 18,
20 und der nicht gezeigten Wellen ist etwa in DE
199 49 351 A1 offenbart. Auf dem Gehäuse 16 oberhalb des
Fahrmotors 18 ist eine elektromagnetische Bremse 20a angeordnet.
Der Lenkmotor 20 wirkt mit seiner Hohlwelle über ein Exzentergetriebe
22 auf den Drehschemel 12. In 1 sind
zwischen dem Fahrmotor und dem Lenkmotor 20 zwei koaxiale Leiterplatten
24, 26 im Gehäuse 16 angeordnet. Bei der Ausführungsform
nach 2 ist die Leiterplatte 24 allein zwischen
Fahrmotor 18 und Lenkmotor 20 angeordnet, während die Leiterplatte
26 zwischen Lenkmotor und Lenkgetriebe 22 angeordnet ist.
In 3 sind die Leiterplatten
24, 26 schematisch dargestellt. Der Träger der Leiterplatte
24, 26 ist kreisförmig und an den Innendurchmesser des Gehäuses
16 angepaßt. Mittig ist ein Kreisloch 28 bzw. 30
vorgesehen, durch welches sich die Welle des Fahrmotors 18 bzw. beide Wellen
von Fahrmotor 18 und Lenkmotor 20 hindurcherstrecken. Die Leiterplatte
24 weist einen Steckanschluß 32 auf, der über das Gehäuse
16 und eine entsprechende Öffnung erreichbar ist (nicht gezeigt).
Über den Steckanschluß 32 erfolgt die Versorgung der Motoren
18 und 20 mit Spannung. Ferner sind Sollwertgeber für Fahren
und Lenken sowie ein Bremssignalgeber mit dem Steckanschluß 32 über
einen Stecker verbindbar. An den Klemmen 36 erfolgt die. Versorgung mit
Batteriespannung, die in Drehstrom für die Drehstrommotoren umgewandelt werden
muß. Zu diesem Zweck weist jede Leiterplatte 24, 26 sechs
Leistungstransistoren 38 bzw. 40 auf, die gleichmäßig
verteilt auf der Leiterplatte 24, 26 untergebracht sind. An den
Punkten 1, 2 und 3 der Leiterplatte 24 bzw.
26 sind die Leitungen für die Motoren 18 bzw. 20
angeschlossen. Auf jeder Leiterplatte 24, 26 befindet sich auch
ein Mikroprozessor 42 bzw. 46 sowie ein Sensor 48 für
die Drehzahlmessung des Fahrmotors 18 und ein Sensor 50 für
die Drehzahlmessung des Lenkmotors 20. Ein weiterer Sensor 54
mißt die Temperatur des Fahrmotors 18 und ein Sensor 56 auf
der Leiterplatte 26 die Temperatur des Lenkmotors 20. Die Mikroprozessoren
42 und 46 sind redundant ausgeführt, d.h. sie dienen zur
Steuerung der Motoren 18, 20 gleichermaßen, so daß auch
die Signale der Sensoren 48, 50, 54 und 56 auf
beide Prozessoren gegeben werden. Die Sensoren 48, 50 können
so ausgeführt sein, daß sie mit der zugeordneten Welle zusammenwirken,
also z.B. als Hallsensoren ausgeführt sind.
Natürlich ist auch denkbar, einen Teil der elektronischen Steuerung
von einem oder beiden Motoren außen am Motorgehäuse anzuordnen, z. B.
an Kühlrippen des Gehäuses.
In 4 ist die Funktionsverteilung auf
den Leiterplatten 24, 26 als Beispiel angedeutet. Bei
60 ist ein CAN-Bus angedeutet und bei 62 eine In-Out-Stufe, wobei
bei 64 eine weitere In-Out-Stufe vorgesehen ist. Die Zuführung der
Signale von den in 4 nicht gezeigten Sensoren ist bei
66 für den Drehzahlsensor gezeigt, bei 68 für den Drehwinkel
des Rotors des Lenkmotors 20 und bei 70 für den Winkel, den
der Drehschemel 12 gegenüber dem Rahmen einnimmt. Die Drehzahl ist
mit nF und der erste Drehwinkel mit &phgr;L und der zweite
Drehwinkel &phgr;Ab bezeichnet. Der Soll-Lenkwinkel &phgr;Soll
wird über den Steckanschluß 32 eingegeben, wie beschrieben. Wie
ferner bereits ausgeführt, gelangt auch das Bremssignal für die Bremse
20a über den Steckanschluß 32 auf diese. Der Ausgang
der Leiterplatten 24, 26 für die Bremse 20a ist
mit 72 bezeichnet.
In dem Blockschaltbild nach 5 sind noch
einmal die Motoren 18, 20 sowie das Lenkgetriebe 22 dargestellt.
Außerdem ist die Welle 74 des Fahrmotors 18 und die Hohlwelle
76 des Lenkmotors 20 zu erkennen sowie die Abtriebswelle
78 des Lenkgetriebes 22. Man erkennt, daß die Sensoren
48 bzw. 50 jeweils einer Motorwelle zugeordnet sind. Ein weiterer
Sensor ist der Abtriebswelle 78 zugeordnet und dient zur Bestimmung des
eigentlichen Lenkwinkels, d.h. des Winkels zwischen Antriebsrad 10 und
dem Rahmen. Dieser Sensor ist mit 80 bezeichnet.
Die Übertragungskanäle K1 bis K6 bedeuten:
- K1
- CAN-Bus
- K2
- Sollwert Fahrgeschwindigkeit
- K3
- Sollwert Lenkwinkel
- K4
- CAN-Bus
- K5
- sonstige Ein- und Ausgänge
- K6
- Lenkwinkel (redundant zu K3)
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Anspruch[de] |
Antriebs- und Lenkeinheit für ein Rad eines Flurförderzeugs,
bei der ein Fahrmotor und ein Lenkmotor koaxial untereinander angeordnet und jeweils
über ein Fahrgetriebe bzw. ein Lenkgetriebe mit einer Welle des Rades bzw.
einer Lageranordnung des Rades gekoppelt sind, wobei eine Welle als Hohlwelle und
die andere Welle durch die Hohlwelle hindurcherstreckt ist und einer elektronischen
Steuerung für den Fahr- und Lenkmotor, die mit Sollwertgebern für die
Drehzahl und den Lenkwinkel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die elektronische Steuerung mindestens eine Leiterplatte (24,
26) aufweist, die koaxial zwischen Fahrmotor (18) und Lenkmotor
(20) und/oder Lenkmotor (18) und Lenkgetriebe (22) angeordnet
ist.
Antriebs- und Lenkeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Leiterplatte (24, 26) annähernd mittig ein Loch (28,
30) aufweist, durch das eine der Wellen (74, 76) oder
beide hindurchgeführt ist bzw. sind.
Antriebs- und Lenkeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein rohrförmiges Gehäuse (16) für beide Motoren
(18, 20) vorgesehen ist und die Leiterplatte (24,
26) als kreisförmige Lochscheibe ausgebildet ist.
Antriebs- und Lenkeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß auf einer der beiden Wellen ein Lüfterrad für
die Kühlung von auf der Leiterplatte (24, 26) angebrachter
elektronischer Komponenten sitzt.
Antriebs- und Lenkeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse Kühlrippen aufweist für eine
passive Kühlung.
Antriebs- und Lenkeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß ein gemeinsames Gehäuse (16) für Fahr-
und Lenkmotor (18, 20) einen seitlichen Steckanschluß aufweist
für die Spannungsversorgung der Motoren (18, 20) sowie Eingänge
für das Soll-Drehzahl-Signal für den Fahrmotor (18) und das Soll-Lenk-Signal
für den Lenkmotor (20).
Antriebs- und Lenkeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Sensor (54, 56) zur Bestimmung der
Motortemperatur und/oder ein Sensor (48) für die Drehzahl des Fahrmotors
(18) und/oder ein Sensor (50) für die Drehlage des Rotors
des Lenkmotors (20) auf der Leiterplatte (24, 26) angeordnet
ist.
Antriebs- und Lenkeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei redundant geschaltete Mikroprozessoren (42,
46) für die elektronische Steuerung vorgesehen sind.
Antriebs- und Lenkeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei koaxiale Leiterplatten (24, 26)
vorgesehen sind, von denen eine die Steuerung für den Fahrmotor (18)
und die andere für den Lenkmotor (20) enthält.
Antriebs- und Lenkeinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Leiterplatte (24) zwischen Fahrmotor (18) und Lenkmotor
(20) und die zweite Leiterplatte (26) zwischen Lenkmotor (20)
und Lenkgetriebe (22) angeordnet ist.
Antriebs- und Lenkeinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
beide Leiterplatten (24, 26) unmittelbar übereinander angeordnet
als Paket zwischen Fahrmotor (18) und Lenkmotor (20) angeordnet
sind.
Antriebs- und Lenkeinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Fahrmotors (18) eine Bremse
(20a) angeordnet ist, und der Steckanschluß (32) auch einen
Eingang für das Bremssignal aufweist.
Antriebs- und Lenkeinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sensoren (48, 50, 80) mit
einer Welle des Fahrmotors (18), einer Welle des Lenkmotors (20)
bzw. einer Welle des Lenkgetriebes (22) zusammenwirken.
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Patent Zeichnungen (PDF)
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