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Die
Erfindung betrifft eine Winde mit einer von einem Elektromotor angetriebenen
Windentrommel gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Derartige
Winden werden zum Anheben oder Absenken von Lasten eingesetzt. Zum
Handling bei Kränen
oder Containerbrücken
werden elektrisch betriebene Winden bevorzugt, wie sie in der
DE 695 09 654 T2 beschrieben
sind. Bei derartigen Lösungen
wird eine Windentrommel durch Zwischenschaltung eines Getriebes
von einem Elektromotor angetrieben. Dessen Leistung muss so ausgelegt
sein, dass er die maximal zu erwartende Last mit einer gewünschten
Minimalbeschleunigung Anheben kann. Ein derart dimensioniertes Elektrosystem
bestimmt in erheblichem Maße
die Investitionskosten.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Winde zu schaffen, die
ein Anheben von Lasten bei verringerter Antriebsleistung ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Winde mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird der
von einem Elektromotor angetriebenen Windentrommel eine hydraulische
Beschleunigungseinrichtung zugeordnet, über die beim Senken der Last
hydraulische Energie gespeichert wird, um diese beim Heben der Last
zur Unterstützung
des Motors abzurufen. Dazu ist die erfindungsgemäße hydraulische Beschleunigungseinrichtung
mit einer vom Motor oder der Windentrommel oder des Windengetriebes
antreibbaren Hydroeinheit ausgeführt,
die als Pumpe und Hydromotor wirken kann. Die Hydroeinheit ist über eine
Ventilanordnung derart mit einem Hydrospeicher verbindbar, dass
beim Heben der Last die Hydroeinheit mit dem aufgeladenen Hydrospeicher
verbunden ist und dann als Hydromotor wirkt und den Antriebsmotor
der Windentrommel unterstützt.
Dadurch wird der Energieverbrauch beim Anheben der Last verringert,
so dass neben den Investitionskosten auch die Betriebskosten der
Winde sinken.
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Beim
Senken der Last (ziehende Last) wirkt die Hydroeinheit als Pumpe, über die
der Hydrospeicher bei geeignet umgeschalteter Ventilanordnung aufgeladen
wird und seine hydraulische Energie beim nächsten Heben einer Last abgeben
kann.
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Die
Ventilanordnung der hydraulischen Beschleunigungseinrichtung ist
vorzugsweise so ausgelegt, dass sie beim Heben der Last in eine Öffnungsposition
umschaltbar ist, in der der Hydrospeicher über eine Vorlaufleitung mit
der Hydroeinheit verbunden ist. Beim Senken der Last wird die Ventilanordnung
umgeschaltet, so dass zum Aufladen eine Druckmittelströmung zum
Hydrospeicher ermöglicht
und in Gegenrichtung gesperrt ist.
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Bei
einem besonders einfach aufgebauten Ausführungsbeispiel hat die Ventilanordnung
ein Schaltventil, das zum Heben/Anholden der Last aus einer Sperrstellung
in die Öffnungsstellung
bringbar ist. Die Ventilanordnung hat des Weiteren ein Rückschlagventil,
das in einer das Schaltventil umgehenden Bypassleitung angeordnet
ist und in Richtung zur Hydroeinheit sperrt.
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Erfindungsgemäß wird es
bevorzugt, die hydraulische Beschleunigungseinrichtung als offenen hydraulischen
Kreislauf mit einem Tank auszuführen, der über eine
Ablaufleitung mit der Hydroeinheit verbunden ist.
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Dieser
Tank kann über
eine Tankleitung mit dem Hydrospeicher verbunden werden, in der
ein Druckbegrenzugnsventil angeordnet ist, so dass der Hydrospeicher
durch die Einstellung des Druckbegrenzungsventils auf einen Maximaldruck
begrenzt ist.
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Diese
Tankleitung und die den Hydrospeicher mit der Hydroeinheit verbindende
Vorlaufleitung sind vorzugsweise über eine Umlaufleitung verbunden,
in der ein Kurzschlussventil angeordnet ist. Dieses wird bei aufgeladenem
Hydrospeicher aus einer Schließposition
in eine Öffnungsposition
umgeschaltet, so dass die beim Absenken als Pumpe wirkende Hydroeinheit
auf drucklosen Umlauf geschaltet ist.
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Die
Beschleunigungseinrichtung wird bei einem Ausführungsbeispiel auch mit einem
Nachsaugventil ausgeführt, über das
während
des Hebens der Last bei entladenem Speicher über die Hydroeinheit Druckmittel
aus der Tankleitung in die Vorlaufleitung nachsaugbar ist.
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Die
Steuerung der hydraulischen Beschleunigungseinrichtung ist besonders
einfach, wenn im Bereich des Hydrospeichers ein Druckschalter oder Druckaufnehmer
vorgesehen ist, der bei Erreichen eines bestimmten Speicher-Betriebsdruckes
ein Signal zum Umschalten des Kurzschlussventils abgibt.
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Dieses
und das Schaltventil werde vorzugsweise über eine zentrale Steuereinheit
der Winde elektrisch betätigt und
sind mechanisch in eine Schließstellung
vorgespannt, die sie auch bei Stromausfall einnehmen.
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Zum
Warten, Inbetriebnehmen oder Optimieren der Beschleunigungscharakteristik
der hydraulischen Beschleunigungseinrichtung ist es vorteilhaft, wenn
diese mit einer Hilfspumpe ausgeführt ist, über die der Hydrospeicher auf
seinen Betriebsdruck aufladbar ist.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand zweier Figuren erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Schaltschema einer erfindungsgemäßen Winde
und
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2 eine
Variante der Winde mit Getriebe.
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Die
in 1 dargestellte Winde 1 hat eine Windentrommel 2, über die
eine Last L angehoben oder abgesenkt bzw. entlang einer Ebene angeholt bzw.
gefiert werden kann. Der Antrieb der Windentrommel 2 erfolgt
beim dargestellten Ausführungsbeispiel
mittels eines an einem Getriebe angeschlossenen Elektromotors 4,
der über
eine nicht dargestellte zentrale Steuereinheit angesteuert wird.
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Beim
Heben der Last L kann die Wirkung des Elektromotors 4 mittels
einer hydraulischen Beschleunigungseinrichtung 6 unterstützt werden.
Diese hat eine Hydroeinheit 8, die als Pumpe und als Hydromotor
wirken kann. Die Hydroeinheit 8 ist über eine Vorlaufleitung 10,
in der sich ein Hebenventil 12 befindet, mit einem Hydrospeicher 14 verbunden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Hebenventil 12 als elektrisch betätigtes Schaltventil ausgeführt, das
mittels einer Feder 16 in eine mit (a) gekennzeichnete
Sperrstellung vorgespannt ist. Durch Bestromung eines über die
nicht dargestellte zentrale Steuereinheit angesteuerten Elektromagneten 18 kann
das Hebenventil 12 in seine mit (b) gekennzeichnete Durchgangsstellung
umgeschaltet werden, in der die Verbindung zwischen dem Hydrospeicher 14 und
der Hydroeinheit 8 auf gesteuert ist. Der Hydrospeicher 14 ist
mit einer Gasfüllung
ausgeführt.
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Im
Bereich zwischen der Hydroeinheit 8 und dem Hebenventil 12 zweigt
von der Vorlaufleitung 10 eine Bypassleitung 20 ab,
in der ein in Richtung zur Hydroeinheit 8 öffnendes
Rückschlagventil 22 angeordnet
ist. Dieses lässt
unter Umgehung des Hebenventils 12 eine Druckmittelströmung von
der Hydroeinheit 8 zum Hydrospeicher 14 zu.
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Die
Hydroeinheit 8 kann beispielsweise als Axial- oder Radialkolbeneinheit
ausgeführt
sein, an deren Eingangsanschluss P die Vorlaufleitung 10 angeschlossen
ist und deren Ausgangsanschluss T über eine Rücklaufleitung 24 mit
einem Tank T verbunden ist.
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Der
Druck in dem zwischen dem Hebenventil 12 und dem Hydrospeicher 14 gelegenen
Abschnitt 11 der Vorlaufleitung 10 wird über ein
Druckbegrenzungsventil 28 dessen Ausgang über eine
Tankleitung 26 mit dem Tank T verbunden ist, auf einen
Maximaldruck begrenzt, so dass der Druck im Hydrospeicher 14 und
auch der an der Hydroeinheit 8 anliegende Druck diesen
Maximaldruck nicht überschreiten
kann. Der Ladedruck des Hydrospeichers 14 wird über einen
Druckschalter 30 oder Druckaufnehmer erfasst, der bei Erreichen
eines unterhalb des Auslösedrucks
des Druckbegrenzungsventils 28 eingestellten Betriebsdrucks
ein Signal abgibt, über das
ein Kurzschlussventil 32 aus einer Sperrstellung (a) in
eine Durchgangsstellung (b) umgeschaltet wird, so dass eine die
Tankleitung 26 mit dem zwischen dem Hebenventil 12 und
der Hydroeinheit 8 ausgebildeten Teil der Vorlaufleitung 10 verbindende Umlaufleitung 34 auf
gesteuert wird. Das Umschalten des Kurzschlussventils 32 in
Anhängigkeit
vom Signal des Druckschalters 30 erfolgt mittels eines
von der zentralen Steuereinheit angesteuerten Schaltmagneten 36.
Im unbestromten Zustand ist das Kurzschlussventil 32 durch
eine Schaltfeder 38 in seine Grundposition (a) vorgespannt.
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Zwischen
der Tankleitung 26 und der Vorlaufleitung 10 ist
des Weiteren noch eine Nachsaugleitung 40 mit einem in
Richtung zur Vorlaufleitung 10 öffnenden Nachsaugventil 42 vorgesehen.
Für Wartungsarbeiten
oder zur Optimierung der Beschleunigungscharakteristik und zum Aufladen
des Hydrospeichers 14 beim Anfahren der Beschleunigungseinrichtung
ist eine Hilfspumpe 44 vorgesehen, deren Druckanschluss
P über
ein in Druckaufbaurichtung öffnendes
Rückschlagventil 46 mit
dem Leitungsabschnitt 11 verbunden ist. Diese Hilfspumpe 44 ist
eine Option und muss nicht notwendigerweise vorgesehen werden. Die
Hilfspumpe kann auch zur Optimierung der Speicherladezeit dienen.
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Zum
besseren Verständnis
sei die Funktion der mit der hydraulischen Beschleunigungseinrichtung 6 ausgeführten Winde 1 erläutert.
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Heben der Last
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Es
sei angenommen, dass der Hydrospeicher 14 – beispielsweise
durch die Hilfspumpe 44 oder einen zuvor durchgeführten Arbeitszyklus
auf seinen Betriebsdruck aufgeladen ist. Zum Anheben der Last L
wird der Elektromotor 4 entsprechend angesteuert, so dass
das die Last L tragende Seil/Trosse aufgewickelt und die Last L
angehoben wird. Mit der Ansteuerung des Elektromotors 4 wird über die zentrale
Steuereinheit der Elektromagnet 18 des Hebenventils 12 bestromt,
so dass dieses aus seiner federvorgespannten Grundposition (a) in
die Öffnungsstellung
(b) umgeschaltet wird. Dadurch ist der aufgeladene Hydrospeicher 14 über die
Vorlaufleitung 10 mit der Hydroeinheit 8 verbunden,
so dass diese als Hydromotor wirkt und die Beschleunigung der Last
L unterstützt.
Der sich dabei einstellende Betriebsdruck entspricht der anteilig
von der Hydroeinheit 8 übernommenen
Last, diese kann aber den am Druckbegrenzungsventil 28 eingestellten
maximalen Druck nicht überschreiten.
Diese Unterstützung
der Wirkung des Elektromotors 4 erfolgt solange, bis die
im Hydrospeicher 14 gespeicherte hydraulische Energie in
mechanische Energie umgewandelt ist. Nach dem Entleeren des Hydrospeichers 14 steht
für das
weitere Heben der Last L keine weitere hydraulische Energie mehr
zur Verfügung,
so dass die Hubarbeit alleine vom Elektromotor 4 aufgebracht
werden muss. Die Hydroeinheit 8 wird dabei jedoch weiter
vom Elektromotor 4 oder der Windentrommel 2 angetrieben
und dreht ohne Belastung mit. Sie saugt dabei Druckmittel über das
sich öffnende
Nachsaugventil 42 und die Nachsaugleitung 40 aus
der Tankleitung 26 an und fördert dies drucklos über die
Rücklaufleitung
zum Tank T zurück.
Während
des gesamten Hebevorgangs verbleibt das Hebenventil 12 in
seiner Öffnungsposition
(b). Dies wird erst nach Rücknahme des
Heben-Befehls stromlos geschaltet und in seine Grundposition (a)
zurückgeschaltet.
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Senken der Last
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Zum
Senken der Last wird der Elektromotor 4 über die
zentrale Steuereinheit in umgekehrter Richtung angesteuert – die Last
L wirkt dann ziehend – entsprechend
wird die Arbeitsweise der Hydroeinheit 8 umgekehrt und
diese wirkt dann als Pumpe, über
die Druckmittel aus dem Tank T über
die Rücklaufleitung 24 angesaugt
und über
die Hydroeinheit 8 in die Vorlaufleitung 10 gefördert wird.
Während
des Senkens verbleibt das Hebenventil 12 in seiner federvorgespannten
Schließposition
(a), so dass das Druckmittel von der Vorlaufleitung 10 über die
Bypassleitung 20 und das sich öffnende Rückschlagventil 22 zum
Hydrospeicher 14 hin strömt und diesen lädt.
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Die
vom Elektromotor 4 aufzubringende Leistung erhöht sich
dabei um die erforderliche Antriebsleistung der Hydroeinheit 8.
Aufgrund des geschlossenen Hebenventils 12 ist das Druckmittel leckölfrei im
Hydrospeicher 14 eingespannt.
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Bei
Erreichen des gewünschten
Betriebsdruckes im Hydrospeicher 14 schaltet der Druckschalter 30 oder
der Druckaufnehmer um – der
Schaltmagnet 36 des Kurzschlussventils 32 wird
umgeschaltet und dieses aus seiner federvorgespannten Sperrposition (a)
in seine Durchgangsposition gebracht, so dass die Vorlaufleitung 10 mit
der Tankleitung 26 verbunden ist. Die als Pumpe wirkende
Hydroeinheit 8 fördert
dann das Druckmittel drucklos über
das geöffnete
Kurzschlussventil 32 und die Tankleitung 26 zum Tank
T zurück.
Nach Beendigung des Senkens wird der Elektromagnet 36 wieder
stromlos geschaltet, das Kurzschlussventil 32 schaltet
in seine Sperrposition (a) zurück,
der Druckschalter 30 ist ebenfalls zurückgestellt.
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Notbremsunterstützungsfunktion
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Die
vorbeschriebene hydraulische Beschleunigungseinrichtung 1 bietet
bei einem Stromausfall des Windenantriebs noch eine Notbremsunterstützungsfunktion.
Bei einem eventuellen Stromausfall und – ausgerückten Bremsen – sinkt
die Last L ab und treibt die Hydroeinheit 8 an, so dass
diese wie beim Betriebszustand "Senken" als Pumpe wirkt
und Druckmittel aus dem Tank T über
die Rücklaufleitung 24,
die Vorlaufleitung 10, die Bypassleitung 20 und das
sich öffnende
Rückschlagventil 22 in
den Hydrospeicher 14 fördert.
Dabei ist vorausgesetzt, dass bei Stromausfall das Hebenventil 12,
der Druckschalter 30 und das Kurzschlussventil 32 jeweils
in ihrer federvorgespannten Grundposition verbleiben und somit ausser
Funktion sind. Über
die als Pumpe wirkende Hydroeinheit 8 erfolgt somit eine
Bremsung, die gegen den Druck im Hydrospeicher 14 erfolgt,
der aus der gespeicherten Gasfüllung
resultiert. Dieser Druck steigt solange an, bis der Einstellwert
des Druckbegrenzungsventils 28 erreicht ist, der oberhalb
des über
den Druckschalter 30 eingestellten Betriebsdruckes liegt.
Bei einem eventuellen weiteren Absinken der Last L wird an dem geöffneten
Druckbegrenzungsventil 28 die gesamte Leistung der Hydroeinheit 8 in
Wärme umgewandelt
und somit der Bremsvorgang weiter unterstützt.
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Prinzipiell
kann die Funktion des Hebenventils 12 des Rückschlagventils 22 auch
in einem einzigen Ventil zusammengefasst werden, das in der Grundposition
ein Aufladen und leckölfreies
Einspannen des Hydrospeichers 14 ermöglicht.
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In 1 ist
die Einheit aus Windentrommel 2, Elektromotor 4 und
Hydroeinheit 8 stark schematisch ohne die Andeutung eines
Getriebes dargestellt. wie schon erwähnt, ist üblicherweise zwischen die Windentrommel
und einem dieser zugeordneten Elektromotor ein Getriebe 9 eingefügt, wie
dies in 2 gezeigt ist. Die Hydroeinheit 8 wird
nun vorteilhafterweise am Getriebe 9 angebracht. In 2 ist die
Hydroeinheit auf derselben Achse wie der Elektromotor angeordnet
und dreht mit derselben Drehzahl wie der Elektromotor. Die Windentrommel
dreht mit einer wesentlich höheren
Drehzahl.
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Wie
in 2 mit gestrichelten Linien angedeutet kann die
Hydroeinheit 8 auch auf derselben Achse wie die Windentrommel
sitzen und mit deren Drehzahl drehen. Demgegenüber hat die oben skizzierte
Lösung
den Vorteil, dass die Hydroeinheit kleiner und damit auch billiger
sein kann.
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Schließlich sei
noch darauf hingewiesen, dass die Hydroeinheit 8 auch verstellbar
ausgeführt sein
kann. Damit kann die Beschleunigungscharakteristik an verschiedene
Lasten angepasst werden. Über
eine Einrichtung zur Lasterfassung, die bei Kranen üblicherweise
ohnehin vorhanden ist, und eine geeignete Ansteuerelektronik gelangt
ein Signal zur Verstellvorrichtung für die Hydroeinheit. Deren Hubvolumen
wird also lastabhängig
eingestellt.
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Offenbart
ist eine Winde mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Windentrommel
und einer hydraulischen Beschleunigungseinrichtung, über die
während
des Hebens einer Last die Wirkung des Motors unterstützt wird,
so dass dieser mit geringerer Leistung ausgeführt werden kann.
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- 1
- Winde
- 2
- Windentrommel
- 4
- Elektromotor
- 6
- Beschleunigungseinrichtung
- 8
- Hydroeinheit
- 9
- Getriebe
- 10
- Vorlaufleitung
- 11
- Abschnitt
der Vorlaufleitung
- 12
- Hebenventil
- 14
- Hydrospeicher
- 16
- Feder
- 18
- Elektromagnet
- 20
- Bypassleitung
- 22
- Rückschlagventil
- 24
- Rücklaufleitung
- 26
- Tankleitung
- 28
- Druckbegrenzungsventil
- 30
- Druckaufnehmer
- 32
- Kurzschlussventil
- 34
- Umlaufleitung
- 36
- Schaltmagnet
- 38
- Schaltfeder
- 40
- Nachsaugleitung
- 42
- Nachsaugventil
- 44
- Hilfspumpe
- 46
- Ventil