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Die
Erfindung betrifft ein Pistenpflegefahrzeug mit einem einer Seilwinde
zugeordneten Angriffspunkt für
Seilkräfte,
der beabstandet von einer Gierachse des Pistenpflegefahrzeugs angeordnet
ist sowie ein Verfahren zur Kompensation eines Seilzugmoments.
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Aus
dem Stand der Technik ist ein Pistenpflegefahrzeug, das insbesondere
zur Pflege von Skipisten eingesetzt werden kann, bekannt. Das bekannte Pistenpflegefahrzeug
kann mit einer Seilwinde ausgerüstet
werden, um auch in Pistenbereichen mit großer Steigung einsetzbar zu
sein. Die
DE 102 61
944 A1 beschreibt ein mit einer Seilwinde ausgestattetes Pistenpflegefahrzeug,
bei dem eine Kettengeschwindigkeit einer Antriebskette sowie eine
Seilgeschwindigkeit eines von einer Seilwinde auf- oder abzuwickelnden
Zugseils ermittelt wird. Mittels einer Steuereinrichtung wird eine
Anpassung der Seilgeschwindigkeit an die Kettengeschwindigkeit des
Pistenpflegefahrzeugs vorgenommen. Typischerweise ist einem Pistenpflegefahrzeug
zumindest ein Pistenpflegegerät
zugeordnet, das insbesondere als Schneefräse, Räumschaufel oder Glättbrett
ausgeführt
sein kann. In Zusammenwirkung mit der Topographie des Untergrunds,
auf dem sich das Pistenpflegefahrzeug fort bewegt, hat das Pistenpflegegerät einen
erheblichen Einfluss auf die vom Antriebsmotor des Pistenpflegefahrzeugs
aufzubringende Antriebskraft. Die Antriebskraft wird über Antriebsketten
vom Antriebsmotor auf den Untergrund übertragen, wobei die Antriebsketten
die Lage einer Gierachse des Pistenpflegefahrzeugs bestimmen. Die
Gierachse ist zumindest im wesentlichen parallel zu einer Hochachse des
Pistenpflegegefahrzeugs ausgerichtet, verläuft also bei Platzierung des
Pistenpflegefahrzeugs auf einem ebenen Untergrund lotrecht zur Oberfläche des
Untergrunds. Die Gierachse ist diejenige Drehachse, um die sich
das Pistenpflegefahrzeug dreht, wenn ein Drehmoment um eine Hochachse
des Pistenpflegefahrzeugs ausgeübt
wird. Die Gierachse wird wesentlich von der Geometrie und Anordnung der
Antriebsketten sowie von dem Schwerpunkt des Pistenpflegefahrzeugs
bestimmt. Der Schwerpunkt wird insbesondere durch die Lage des Antriebsmotors
und die Lage und Stellung des zumindest einen Pistenpflegegeräts bestimmt.
Zudem sind für
die Bestimmung der Lage der Gierachse auch dynamische Effekte wie äußere Kräfte, die
auf das Pistenpflegefahrzeug über
das oder die Pistenpflegegeräte
einwirken und/oder Beschleunigungs- und Bremsvorgänge des
Pistenpflegefahrzeugs in der Ebene oder am Hang zu beachten.
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Bei
einem typischen Aufbau eines Pistenpflegefahrzeugs ist die Gierachse
von einem Angriffspunkt der Seilkräfte, die von der Seilwinde
aufgebracht werden können,
beabstandet. Der Angriffspunkt für
Seilkräfte
ist derjenige Punkt am Pistenpflegefahrzeug, an dem das mit Seilkräften beaufschlagte
Zugseil an einem fest mit Pistenpflegefahrzeug verbunden Punkt die
Seilkräfte
in das Pistenpflegefahrzeug einleiten kann. Bei einer fest an dem
Pistenpflegefahrzeug installierten Seilwinde liegt der Angriffspunkt
für Seilkräfte insbesondere
an einer fest mit der Seilwinde verbundenen Umlenkrolle für das Zugseil.
Bei einer drehbar am Pistenpflegefahrzeug angebrachten Seilwinde,
wie sie typischerweise zum Einsatz kommt und die insbesondere mit
einem Stützausleger
zur Füh rung
des Zugseils ausgerüstet
ist, kann der Angriffspunkt für
die Seilkräfte
an einem der Seilwinde abgewandten Endbereich des Stützauslegers
angeordnet sein.
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Da
das Zugseil während
des Betriebes des Pistenpflegefahrzeug an einem geländefesten
Punkt befestigt ist, der typischerweise zentral über einem größeren, von
dem Pistenpflegefahrzeug zu bearbeitenden Pistenabschnitt angeordnet
ist, kann nicht gewährleistet
werden, dass die Seilkräfte
ausschließlich
in Fahrtrichtung des Pistenpflegefahrzeugs ausgerichtet sind. Vielmehr
ergeben sich durch die von der Seilwinde aufgebrachte Seilkraft
auch Seilkraftkomponenten, die orthogonal zu einer Fahrtrichtung des
Pistenpflegefahrzeugs ausgerichtet sind und als Querkräfte bezeichnet
werden. Die Querkräfte
hängen
hinsichtlich ihres Betrages und ihrer Richtung im wesentlichen von
einem Winkel zwischen der Fahrtrichtung des Pistenpflegefahrzeugs
und der Ausrichtung des Zugseils von der Seilwinde auf den geländefesten
Punkt sowie von der Seilkraft im Zugseil ab. Je größer der
Winkel zwischen der Fahrtrichtung des Pistenpflegefahrzeugs und
dem Zugseil wird, desto größer sind
auch die Querkräfte,
die auf das Pistenpflegefahrzeug einwirken. Zudem muss bei einem vergrößerten Winkel
zwischen Fahrtrichtung und Zugseilrichtung auch die von der Seilwinde
aufgebrachte Seilkraft erhöht
werden, um die notwendige Seilkraftkomponente in Fahrtrichtung des
Pistenpflegefahrzeugs zumindest im wesentlichen konstant zu halten.
Dadurch findet eine zusätzliche
Erhöhung
der Querkraft statt.
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Bedingt
durch den räumlichen
Abstand zwischen dem Angriffspunkt für Seilkräfte und der Gierachse wird
ein durch die Querkraft hervorgerufenes Giermoment um die Gierachse
auf das Pistenpflegefahrzeug ausgeübt, das zu einer unerwünschten Richtungsänderung
des Pistenpflegefahrzeugs führt. Um
zu gewährleisten,
dass das Pistenpflegefahrzeug im wesentlichen geradeaus fährt, muss
ein Bediener durch Gegensteuern, d.h. durch Bremsen oder Beschleunigen
einer Antriebskette dafür sorgen,
dass das Giermoment zumindest im wesentlichen kompensiert wird.
Dies bedeutet eine unerwünschte
Zusatzbelastung für
den Bediener, der dadurch von anderen Aufgaben bei der Pistenpflege
abgelenkt wird, womit die Bedienung des Pistenpflegefahrzeugs unnötig anstrengend
wird. Zudem ergibt sich durch das Giermoment ein instabiles Fahrverhalten,
das ggf. bei manuellem Ausgleichen des Giermomentes durch ein Übersteuern
des Pistenpflegefahrzeugs verstärkt
werden kann und zu einer Beeinträchtigung der
Qualität
der Pistenpflege führt.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Pistenpflegefahrzeug
und ein Verfahren zur Kompensation eines Seilzugmoments zu schaffen,
die eine erleichterte Bedienung und einen erhöhten Komfort verwirklichen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Pistenpflegefahrzeug der eingangs genannten
Art gelöst,
bei dem zumindest eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die in
Wirkverbindung mit zumindest einem Steuermittel für eine Kompensation
zumindest eines von einer Seilzugkraft der Seilwinde gegenüber der
Gierachse aufbringbaren Seilzugmomentes ausgebildet ist, und dass
als Steuermittel eine Antriebskette, die Seilwinde und/oder ein am
Pistenpflegefahrzeug angebrachtes Pistenpflegegerät dient.
Die Steuereinrichtung ist dabei insbesondere als hydraulische, pneumatische,
mechanische, elektrische oder elektronische Beeinflusseinrichtung
oder als Kombination davon an dem Pistenpflegefahrzeug vorgesehen
und für
einen unmittelbaren oder mittelbaren Eingriff in Energieströme des Pistenpflegefahrzeugs
ausgebildet. Die Steuereinrichtung kann insbesondere für eine direkte
Ansteuerung von insbesondere hydraulischen, pneumatischen, mechanischen
und/oder elektrischen Energieströmen,
die an zumindest ein Steuermittel abgegeben werden, vorgesehen sein. Sie
kann ergänzend
oder alternativ auch für
einen Eingriff in Steuereinheiten des Pistenpflegfahrzeugs vorgesehen
sein, die die an das Steuermittel abzugebenden Energieströme steuern
bzw. regeln. Das Steuermittel ist geeignet, eine zumindest teilweise Kompensation des
Giermoments, d.h. des von der Seilzugkraft der Seilwinde gegenüber der
Gierachse aufgebrachten Seilzugmomentes zu ermöglichen.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung für eine zumindest
im wesentlichen automatische Kompensation des Seilzugmomentes (Mq)
ausgebildet. Durch die zumindest teilweise automatisierte Kompensation
des Giermomentes wird erreicht, dass der Bediener des Pistenpflegefahrzeugs
sich mit größerer Aufmerksamkeit
der Pistenpflege widmen kann. Das Pistenpflegefahrzeug weist durch
die zumindest teilweise automatisierte Kompensation des Giermomentes
auch ein komfortableres Fahrverhalten auf, da Rotationsbewegungen
um die Gierachse reduziert bzw. minimiert werden können, die
ansonsten zu einem instabilen Fahrverhalten des Pistenpflegefahrzeugs
führen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eine Seilwinkelmesseinrichtung
vorgesehen und die Steuereinrichtung ist für eine Verarbeitung von Seilwinkelsignalen
ausgebildet. Eine Seilwinkelmesseinrichtung ermöglicht eine automatisierte
Ermittlung des Winkels zwischen der Fahrtrichtung des Pistenpflegefahrzeugs
und der im wesentlichen geradlinigen Ausrichtung des Zugseils auf
einen geländefesten
Punkt. Aus den von der Seilwinkelmesseinrichtung zur Verfügung gestellten
Seilwinkelsignalen kann die Steuereinrichtung ein Stellsignal für zumindest
ein Steuermittel erzeugen, durch das die gewünschte Kompensation des Giermomentes
hervorgerufen werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Seilwinkelmesseinrichtung an einem Stützausleger
der Seilwinde, insbesondere an einem Austrittspunkt des Zugseils
aus dem Stützausleger,
vorgesehen und ermöglicht
dadurch eine besonders vorteilhafte und exakte Ermittlung des Seilwinkels.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Positionssensor
vorgesehen und die Steuereinrichtung ist für eine Verarbeitung von Positionssensorsignalen
ausgebildet. Ein Positionssensor ermöglicht insbesondere die Ermittlung
einer Stellung eines Pistenpflegegerätes oder der Seilwinde relativ
zum Pistenpflegefahrzeug und erlaubt dadurch insbesondere eine Ermittlung
der Lage der Gierachse durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit
von der Stellung des Pistenpflegegeräts und/oder der Seilwinde.
Bei Anbringung eines Positionssensors an der Seilwinde kann in einfacher
Weise der Winkel zwischen der Fahrtrichtung des Pistenpflegefahrzeugs
und der Ausrichtung des Zugseils auf den geländefesten Punkt ermittelt werden.
Dazu ist die Seilwinde im Betrieb frei schwenkbeweglich gegenüber dem
Pistenpflegefahrzeug angebracht und weist insbesondere einen Stützausleger
zur Umlenkung des Zugseils von der Seilwinde in Richtung auf den
geländefesten
Punkt auf. Bei einer derartigen Konfiguration kann allein über den
an der Seilwinde angebrachten Positionssensor der Winkel zwischen Fahrtrichtung
und Ausrichtung des Zugseils ermittelt werden. Der Positionssensor
kann insbesondere als Linearwegmesseinrichtung oder als Winkelsensor ausgebildet
sein und auf einem elektrischen, elektronischen, optischen, mechanischen,
pneumatischen oder hydraulischen Messprinzip oder einer Kombination
davon basieren.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Neigungssensor
vorgesehen. Der Neigungssensor kann insbesondere derart an dem Pistenpflegefahrzeug
angebracht sein, dass er eine Neigung des Pistenpflegefahrzeugs
um eine Querachse ermittelt. Die Querachse ist dabei sowohl orthogonal zu
der Hochachse wie auch zu einer Mittellängsachse des Fahrzeugs ausgerichtet,
wobei die Mittellängsachse
im wesentlichen der Hauptfahrtrichtung des Pistenpflegefahrzeugs
entspricht. Der Neigungssensor ermöglicht die Ermittlung eines
Winkels zwischen der Hochachse des Pistenpflegefahrzeugs gegenüber einer
Vertikalachse. Der von dem Neigungssensor ermittelte Winkel hat
in Zusammenwirkung mit der Stellung der Pistenpflegegeräte und der
auf die Pistenpflegegeräte
einwirkenden Kräfte
Einfluss auf die Lage der Gierachse des Pistenpflegefahrzeugs. Je
steiler der Hang ist, auf dem sich das Pistenpflegegerät bewegt,
desto stärker
weicht die Lage der Gierachse von ihrer Lage bei horizontaler Positionierung
des Pistenpflegefahrzeugs ab. Die Steuereinrichtung ist zur Verarbeitung
von Neigungssensorsignalen ausgebildet und ermöglicht damit eine exaktere
Berechnung der Gierachse des Pistenpflegefahrzeugs.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein im Front- oder Heckbereich
des Pistenpflegefahrzeugs schwenkbar angebrachtes Pistenpflegegerät als Steuermittel
ausgebildet. Das Pistenpflegegerät, das
insbesondere als frontseitig angebrachter Räumschild oder als heckseitig
angebrachte Schneefräse
ausgebildet sein kann, ist gegenüber dem
Pistenpflegefahrzeug typischerweise in Richtung der Hochachse und
in Richtung der Querachse durch entsprechende Stelleinrichtungen
verstellbar und wird von der Steuereinrichtung bzw. von einer Steuereinheit
des Pistenpflegefahrzeugs angesteuert. Durch die Ausrichtung des
Pistenpflegegerätes relativ
zum Pistenpflegefahrzeug kann eine asymmetrische Krafteinleitung
in das Pistenpflegefahrzeug stattfinden, die zu einem Giermoment
um die Gierachse führt.
Bei geeigneter Ausrichtung des Pistenpflegegerätes, insbesondere um die Hochachse,
ist somit eine zumindest teilweise oder vollständige Kompensation des durch
die Seilzugkraft aufgebrachten Seilzugmomentes um die Gierachse
möglich.
Der Einsatz zumindest eines Pistenpflegegerätes als Steuermittel ist insbesondere
dann besonders vorteilhaft, wenn die Seilwinde keinen Stützausleger aufweist
oder im Betrieb des Pistenpflegefahrzeugs frei drehbar um die Hochachse
angeordnet ist. In diesem Fall erlaubt die Ansteuerung zumindest
eines Pistenpflegegerätes
durch die Steuereinrichtung ein besonders vorteilhaftes Ausgleichen
des Seilzugmomentes.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eine Antriebseinheit,
die zumindest einer Antriebskette zugeordnet ist, als Steuermittel
ausgebildet. Eine Antriebseinheit kann beispielsweise als elektrischer oder
hydraulischer Antriebsmotor zumindest einer Antriebskette zugeordnet
sein und ermöglicht
die Übertragung
eines Antriebsmoments auf die Antriebskette über ein Turasrad. Die Antriebseinheit kann
auch als mechanisches Verteilergetriebe, insbesondere als Differential
ausgebildet sein, wobei zumindest einer Antriebskette eine Bremseinrichtung zugeordnet
ist, die eine unterschiedliche Verteilung des Antriebsmoments auf
die Antriebsketten ermöglicht.
Die Verwendung der Antriebseinheit als Steuermittel ermöglicht eine
besonders einfache Kompensation des Seilzugmoments um die Gierachse,
da lediglich eine der typischerweise zwei Antriebsketten des Pistenpflegefahrzeugs
mit einem höheren
Antriebsmoment bzw. einem Bremsmoment beaufschlagt werden muss.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Seilwinde als Steuermittel
ausgebildet und weist eine Stelleinrichtung für die Durchführung von Schwenkbewegungen
um eine Seilwindenschwenkachse sowie einen Stützausleger zur Seilführung auf. Eine
Stelleinrichtung, die insbesondere als elektrisch, pneumatisch oder
hydraulisch angetriebener Stellmotor oder Steilzylinder ausgeführt sein
kann, ermöglicht
die Ausrichtung der mit dem Stützausleger
ausgerüsteten
Seilwinde entgegen der Seilkraft. Dazu ist eine leistungsfähige Stelleinrichtung
notwendig, die nicht nur die Seilwinde gegen ihr Eigengewicht verschwenken
kann, sondern in der Lage ist, das durch die hohen Seilkräfte und
die Länge
des Stützauslegers
bedingte, erhebliche Drehmoment um die Seilwindenschwenkachse aufzubringen,
um die Seilwinde zur Kompensation des Giermoments zu verschwenken.
Damit kann der Stützausleger
der Seilwinde abweichend von einer im wesentlichen geradlinigen
Verbindung zwischen dem Pistenpflegefahrzeug und dem geländefesten
Punkt, an dem das Zugseil beim Betrieb des Pistenpflegefahrzeugs
verankert ist, ausgerichtet werden. Bei geeigneter Auslenkung des
Stützauslegers
der Seilwinde um die Seilwindenschwenkachse kann dadurch ein Gegenmoment
zu dem durch die Seilzugkraft aufgebrachten Seilzugmoment um die
Gierachse bewirkt werden. Somit wird eine zumindest teilweise Kompensation
dieses Giermoments ermöglicht.
Die Kompensation des Giermoments kann entweder manuell vom Bediener
des Pistenpflegefahrzeugs vorgenommen werden, der die Stelleinrichtung über ein
Handrad oder ein Stellpotentionmeter ansteuert, wobei der Steileinrichtung
insbesondere ein hydraulisches Proportionalventil zugeordnet sein
kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist eine automatische Kompensation des Giermoments durch die Seilwinde
vorgesehen, bei der die Stelleinrichtung von der Steuereinrichtung
angesteuert wird, so dass die gewünschte Entlastung des Bedieners
gewährleistet
ist.
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Dabei
bildet der Stützausleger,
der an einem der Seilwinde abgewandten Endbereich als Angriffspunkt
für Seilkräfte dient,
einen Hebelarm, der eine Krafteinleitung der Seilkraft abweichend
von der Seilwindenschwenkachse ermöglicht. Vielmehr ist bei einer
Auslenkung des Stützauslegers
der Seilwinde gegen die Seilkraft die Lage des Angriffspunktes der Seilkraft
in einem Endbereich des Stützauslegers
anzunehmen und für
die Ermittlung des Giermomentes zu beachten. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ist die Seilwinde über
einen Kugeldrehkranz drehbar an dem Pistenpflegefahrzeug angebracht
und die Stelleinrichtung ist als Drehwerkantrieb, insbesondere als
Elektro- oder Hydraulikmotor ausgebildet. Der Drehwerkantrieb ist
von der Steuereinrichtung ansteuerbar ausgeführt und wirkt über ein
Ritzel auf eine an der Seilwinde vorgesehene, zumindest teilweise
umlaufende Verzahnung.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Stützausleger derart für eine Ausrichtung
des Zugseils ausgebildet, dass eine Verlängerung einer Mittellängsachse
des Zugseils zumindest an die Gierachse annäherbar ist. Der Stützausleger
ist zusammen mit der Seilwinde durch die Stelleinrichtung drehbar
an dem Pistenpflegefahrzeug gelagert, wobei durch die Drehung des
Stützauslegers
der Angriffspunkt der Seilkräfte
in Richtung der Gierachse verlagert werden kann. Um eine zumindest
na hezu vollständige
Kompensation des durch die Seilzugkraft hervorgerufenen Seilzugmomentes
um die Gierachse zu erreichen, muss das Zugseil durch Verschwenken
der mit dem Stützausleger
versehenen Seilwinde derart gegenüber dem Pistenpflegefahrzeug
ausgerichtet werden, dass eine Mittellängsachse des Zugseiles, die
sich von dem geländefesten Punkt
auf den Angriffspunkt für
Seilkräfte
erstreckt, in einer geradlinigen Verlängerung die Gierachse des Pistenpflegefahrzeugs
schneidet. Im Betrieb des Pistenpflegefahrzeugs kann eine dynamische
Verlagerung der Gierachse stattfinden. Die Lage der Gierachse wird
im wesentlichen durch Kräfte,
die auf die Pistenpflegegeräte
einwirken, durch die Lage der Pistenpflegegeräte und die Neigung des Untergrunds,
auf dem sich das Pistenpflegefahrzeug fortbewegt, bestimmt. Da geringe
Giermomente aufgrund der Massenträgheit des Pistenpflegefahrzeugs unerheblich
sind, genügt
eine zumindest im wesentlichen erfolgende Annäherung einer Verlängerung
der Mittellängsachse
des Zugseils an die Gierachse durch die Verlagerung des Stützauslegers.
Um ein ständiges
Nachregeln der Position des Stützauslegers
zu vermeiden, kann in der Steuereinrichtung ein Dämpfungsalgorithmus
abgelegt sein, der innerhalb eines vorgebbaren Toleranzbereichs
für eine
Winkelabweichung zwischen Fahrtrichtung und Seilkraft eine Ansteuerung
der Steileinrichtung verhindert.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren
zur Kompensation eines Seilzugmoments auf ein Pistenpflegefahrzeug gelöst, das
die folgenden Schritte aufweist:
- • Ermittlung
eines Schrägzugwinkels
zwischen einer Fahrtrichtung des Pistenpflegefahrzeugs und einer
Zugseilrichtung,
- • Ermittlung
eines durch eine Seilzugkraft auf das Pistenpflegefahrzeug um eine
Hochachse einwirkenden Seilzugmomentes in Abhängigkeit von einer Distanz
zwischen einem Angriffspunkt für Seilkräfte und
einer Gierachse mittels einer Steuereinrichtung,
- • Ansteuerung
zumindest eines Steuermittels für eine
zumindest teilweise Kompensation des Seilzugmomentes durch die Steuereinrichtung.
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Dabei
wird in einem ersten Schritt der Schrägzugwinkel, also der Winkel
zwischen der Fahrtrichtung des Pistenpflegefahrzeugs und dem Zugseil,
das zwischen dem Pistenpflegefahrzeug und einem geländefesten
Punkt verläuft,
im Fall einer frei am Pistenpflegefahrzeug drehbar befestigten Seilwinde
insbesondere mit Hilfe eines an der Seilwinde vorgesehenen Positionssensors
bestimmt. Anschließend
wird ein Seilzugmoment errechnet, wozu insbesondere eine von der
Seilwinde ausgeübte
Seilzugkraft durch einen Seilzugkraftsensor ermittelt wird. Die
ermittelte Seilzugkraft wird mit einer Distanz zwischen einem Angriffspunkt
für Seilkräfte an dem Pistenpflegefahrzeug
und der Gierachse in Beziehung gesetzt, wodurch sich das als Giermoment
auftretende Seilzugmoment errechnen lässt. In Kenntnis des Seilzugmomentes
kann nun die Steuereinrichtung zumindest ein Steuermittel, insbesondere
ein Pistenpflegegerät
oder eine Antriebseinrichtung für eine
zumindest teilweise Kompensation des Seilzugmomentes ansteuern.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Schrägzugwinkel
aus Signalen des an der Seilwinde angebrachten Positionssensors
sowie aus Signalen einer Seilwinkelmesseinrichtung ermittelt. Dieser
Verfahrensschritt wird benötigt,
sofern die Seilwinde nicht frei drehbar an dem Pistenpflegefahrzeug
befestigt ist, sondern durch eine Stelleinrichtung in einer vorgebbaren
Position gehalten wird oder fest mit dem Pistenpflegefahrzeug verbunden
ist. Für diese
Fälle ist
das Signal des an der Seilwinde vorgesehenen Positionssensors nicht
ausreichend, um den Schrägzugwinkel
zu ermitteln. Vielmehr kann der Schrägzugwinkel durch eine Kombination
des Signals des Positionssensors mit einem Signal eines Seilwinkelsensors
ermittelt werden. Dabei ermittelt der Seilwinkelsensor die Ausrichtung
des Zugseils gegenüber
dem Stütz ausleger
der Seilwinde, während
der Positionssensor die Ausrichtung des Stützauslegers gegenüber der
Fahrtrichtung des Pistenpflegefahrzeugs ermittelt. Anhand des Signals
des Positionssensors kann zudem die Lage des Angriffspunktes für Seilkräfte ermittelt
werden, der im Endbereich des Stützauslegers
angeordnet ist und der im wesentlichen auf einer Kreisbahn um eine
Schwenkachse der Seilwinde verlagerbar ist. Die Steuereinrichtung
ist mit einer Recheneinheit versehen, die aus den Signalen des Positionssensors
und der Seilwinkelmesseinrichtung den Schrägzugwinkel zwischen Zugseil
und Pistenpflegefahrzeug sowie den Abstand zwischen dem Angriffspunkt
für Seilkräfte und
der Gierachse ermittelt und somit den Betrag und die Richtung des
Giermoments um die Gierachse errechnet.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der
Steuereinrichtung für
eine Ermittlung einer Lage der Gierachse zumindest ein Signal eines
Positionssensors eines Pistenpflegegeräts einbezogen wird. Die Pistenpflegegeräte, beispielsweise
ein frontseitig angebrachter Räumschild oder
eine heckseitig angebrachte Schneefräse beeinflussen durch ihr erhebliches
Eigengewicht die Schwerpunktlage des Pistenpflegefahrzeugs und bestimmen
die Ausrichtung und Position der Gierachse mit. Eine Berücksichtigung
der Position des zumindest einen Pistenpflegegeräts ermöglicht daher eine exaktere
Bestimmung der Lage der Gierachse. Zu diesem Zweck wird ein Signal
eines Positionssensors, der dem Pistenpflegegerät zugeordnet ist, an die Steuereinrichtung
geleitet und dort zur Berechnung der Gierachse herangezogen. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung können
an zumindest einem Pistenpflegegerät zusätzlich Kraftsensoren vorgesehen
sein, die eine Kraftbeaufschlagung des Pistenpflegegeräts ermitteln
und somit eine zusätzliche
Präzisierung
der dynamischen Lage der Gierachse ermöglichen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird in der Steuereinrichtung
für eine
Ermittlung der Lage der Gierachse zumindest ein Signal eines Neigungssensors
einbezogen. Der Neigungssensor ermöglicht die Ermittlung eines
Winkels zwischen der Hochachse des Pistenpflegefahrzeugs und einer
lotrecht, d.h. insbesondere vom Schwerpunkt des Pistenpflegefahrzeugs
auf den Erdmittelpunkt ausgerichteten Vertikalachse und erlaubt
dadurch eine genauere Ermittlung der Lage der Gierachse. Die Lage
der Gierachse kann insbesondere durch eine dynamische Schwerpunktsverlagerung,
die durch die Ausrichtung des Pistenpflegefahrzeugs an einer Steigung
oder einem Gefälle
im Gelände,
durch die Stellung der Pistenpflegegeräte und durch Kräfte, die
auf die Pistenpflegegeräte
einwirken, hervorgerufen wird, beeinflusst werden. Durch die Einbeziehung
des Signals des Neigungswinkelsensors kann eine exaktere Bestimmung
der Lage der Gierachse, insbesondere in Echtzeit, vorgenommen werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest ein im Frontbereich
oder im Heckbereich des Pistenpflegefahrzeugs schwenkbar angebrachtes
Pistenpflegegerät
als Steuermittel zur Erzeugung eines Gegenmoments gegenüber dem
Seilwindenmoment eingesetzt. Dies kann insbesondere durch ein Verschwenken
des oder der Pistenpflegegeräte um
die Hochachse des Pistenpflegefahrzeugs erfolgen, wodurch sich eine
Wirkung wie bei einem Steuerruder eines Schiffes ergibt. Die Verschwenkung
ruft eine asymmetrische Kraftverteilung an dem Pistenpflegegerät hervor,
die zu einem Drehmoment um die Gierachse führt. Bei geeigneter Verschwenkung
des Pistenpflegegeräts
kann somit in einfacher Weise, insbesondere bei lose drehbar angebrachter
Seilwinde, eine zumindest teilweise Kompensation des Seilwindenmomentes
hervorgerufen werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der an der Seilwinde vorgesehene
Stützausleger
in Wirkverbindung mit einem Stellmittel als Steuermittel zur Erzeugung
eines Gegenmoments gegenüber dem
Seilwindenmoment eingesetzt. Dabei ist das Stellmittel der drehbar
am Pistenpflegefahrzeug angeordneten Seilwinde zugeordnet und ermöglicht ein Verschwenken
der Seilwinde und des ggf. daran angebrachten Stützauslegers derart, dass eine
Verlängerung
der Mittelachse des Zugseils an die Gierachse angenähert wird.
Durch diese Annäherung
wird ein Gegenmoment um die Gierachse hervorgerufen, das zu einer
zumindest teilweisen Kompensation des durch die Seilzugkraft hervorgerufenen
Giermomentes führt.
Sofern der Stützausleger
derart verlagert werden kann, dass die Verlängerung der Mittelachse des
Zugseils die Gierachse schneidet, heben sich das Giermoment und
das Gegenmoment auf und das Pistenpflegefahrzeug ist hinsichtlich
der Seilzugkräfte
momentenfrei um die Hochachse bzw. Gierachse.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest ein Steuermittel
für eine
Kompensation eines durch die Seilkraft hervorgerufenen Drifts eingesetzt.
Eine Kompensation des Giermoments, das durch die Seilzugkraft auf
das Pistenpflegefahrzeug ausgeübt
wird, kann insbesondere bei Verwendung des Stützauslegers der Seilwinde zur
Erzeugung eines Gegenmoments zu einer erhöhten Seilkraft führen. Die
Seilkraft weist ihrerseits eine Kraftkomponente orthogonal zur Fahrtrichtung
des Pistenpflegefahrzeugs auf. Diese Kraftkomponente führt zu einem
seitlichen Versetzen des Pistenpflegefahrzeugs während einer Vorwärts- oder
Rückwärtsbewegung, wobei
sich die seitliche Kraftkomponente dynamisch während der Vorwärts- und
Rückwärtsbewegung
des Pistenpflegefahrzeugs verändert.
Um dem Bediener des Pistenpflegefahrzeugs dennoch ein geradliniges Abarbeiten
des zu pflegenden Pistenabschnittes zu ermöglichen, wird zumindest ein
Steuermittel, insbesondere ein Pistenpflegegerät und/oder eine Antriebseinheit
des Pistenpflegefahrzeugs dazu eingesetzt, dieser seitlichen Versatzbewegung
entgegen zu wirken und somit eine geradlinige Fortbewegung des Pistenpflegefahrzeugs
sicherzustellen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung steuert die Steuereinrichtung
das zumindest eine Steuermittel derart an, dass eine Annäherung einer Mittellängsachse
eines Zugseils an eine Gierachse des Pistenpflegefahrzeugs stattfindet.
Je näher
sich die Mittellängsachse
des Zugseils an die Gierachse des Pistenpflegefahrzeugs annähert, desto
geringer ist das von den Seilzugkräften auf das Pistenpflegefahrzeug
ausgeübte
Giermoment. In Anbetracht der Trägheit
des Pistenpflegefahrzeugs erscheint eine vollständige Aufhebung des Giermoments
durch das Gegenmoment nicht notwendig.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung steuert die Steuereinrichtung
das zumindest eine Steuermittel derart an, dass ein vorgebbarer
Driftwert eingehalten wird. Da eine Kompensation eines Drifts eine
Ausrichtung des Pistenpflegefahrzeugs mit einem Winkel relativ zur
effektiven Fahrtrichtung erfordert, treten dadurch Belastungen an
dem Pistenpflegefahrzeug auf, die zu einem erhöhten Verschleiß führen können. Um
den Verschleiß auf
einem akzeptablen Maß zu
halten, kann über
die Steuereinrichtung ein Driftwert vorgegeben werden, der einen
vorteilhaften Kompromiss zwischen dem Verschleiß einerseits und einem auftretenden
Drift andererseits darstellt. Der vorgebbare Driftwert kann insbesondere
durch den Bediener eingestellt werden, wobei in der Steuereinrichtung
ein maximaler bzw. minimaler Driftwert abgelegt sein kann, der durch
den Bediener nicht über-
bzw. unterschritten werden kann.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie
aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung, das anhand der Zeichnungen dargestellt ist. Dabei
zeigt:
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1 in
einer Seitenansicht ein Pistenpflegefahrzeug mit Seilwinde und Steuereinrichtung,
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2 in
einer Draufsicht das Pistenpflegefahrzeug gemäß der 1 mit einem
auf einen geländefesten
Punkt ausgerichteten Stützausleger
und frei drehbarer Seilwinde, sowie
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3 in
einer Draufsicht das Pistenpflegefahrzeug gemäß der 1 mit einem
verschwenkten Stützausleger
der Seilwinde.
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Ein
Pistenpflegefahrzeug 1, das als von einem nicht dargestellten
Verbrennungsmotor angetriebenes Kettenfahrzeug ausgebildet ist,
weist in einem Frontbereich ein als Räumschild 2 ausgeführtes Pistenpflegegerät sowie
in einem Heckbereich ein als Schneefräse 3 ausgeführtes Pistenpflegegerät auf. An
einer nicht näher
dargestellten Rahmenkonstruktion des Pistenpflegefahrzeugs ist der
Verbrennungsmotor sowie eine nicht dargestellte Antriebseinheit
angebracht. Die Antriebseinheit ist für einen Antrieb eines Turasrades 5 vorgesehen,
das für
einen Antrieb einer Antriebskette 4 vorgesehen ist. Die Antriebskette 4 wird
durch Stützräder 6 abgestützt und
ermöglicht
die Übertragung
von Antriebskräften auch
auf lockeren Untergrund wie beispielsweise Schnee oder Sand. Dem
Grundrahmen ist auch eine von dem Verbrennungsmotor insbesondere über einen
Hydraulikmotor antreibbare Seilwinde 7 zugeordnet, die
ein Zugseil 10 von einer trommelförmigen Haspel 8 abwickeln
bzw. auf diese aufwickeln kann. Das Zugseil 10 wird von
der Haspel 8 über
Umlenkrollen 9 entlang eines Stützauslegers 18 bis
vor die Fahrerkabine 29 des Pistenpflegefahrzeugs 1 geführt und
erstreckt sich von dort aus bis zu einem geländefest verankerten Pflock 11,
der für
die Aufnahme von Seilkräften
ausgebildet ist.
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Ein
Schwerpunkt 12 des Pistenpflegefahrzeugs 1 wird
im Wesentlichen von dem Gewicht des Verbrennungsmotors, dem Gewicht
der Seilwinde 7 sowie dem Gewicht der Pistenpflegegeräte 2, 3 beeinflusst
und ist beispielhaft unterhalb der Fahrerkabine 29 eingezeichnet.
Ebenfalls bei spielhaft ist eine Gierachse 13 eingezeichnet,
deren Lage von der Stellung der Pistenpflegegeräte 2, 3,
von den Kräften,
die auf die Pistenpflegegeräte 2, 3 einwirken
und von der Neigung des Untergrunds, auf dem sich das Pistenpflegegerät 1 fortbewegt,
abhängig
ist. Die Gierachse ist durch diese Einflüsse verschieblich längs einer
Mittellängsachse 19 angeordnet
und verläuft
in 1 exemplarisch durch den Schwerpunkt 12.
Die schwenkbar an dem Grundrahmen angebrachte Seilwinde 7 weist
eine Schwenkachse 14 auf, die von der Gierachse 13 beabstandet
angeordnet ist.
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An
dem Pistenpflegegerät 1 gemäß der 1 ist
eine Steuereinrichtung 16 vorgesehen, die zur Verdeutlichung
außerhalb
des Pistenpflegegerätes 1 dargestellt
ist, praktisch jedoch in das Pistenpflegegerät 1 integriert ist.
Bei den 2 und 3 wurde
aus Vereinfachungsgründen
auf die Darstellung der Steuereinrichtung verzichtet. Die Steuereinrichtung 16 ist über Steuerleitungen 17 mit
den Pistenpflegegeräten 2 und 3,
der Seilwinde 7 sowie mit Sensormitteln, insbesondere den
an dem Räumschild 2,
der Schreefräse 3 und
der Seilwinde 7 angebrachten Positionssensoren 26, 27, 28 verbunden.
Die Steuerleitungen 17 ermöglichen die Übertragung
von Energieströmen
an Energieverbraucher der Pistenpflegegeräte 2 und 3 sowie
der Seilwinde 7 ebenso wie die Übertragung von Sensorsignalen
der Positionssensoren 26, 27, 28 hin
zur Steuereinrichtung 16 ermöglichen. Der Steuereinrichtung 16 ist
exemplarisch ein Neigungssensor 15 zugeordnet, der an dem
Pistenpflegefahrzeug 1 angebracht ist. Der Neigungssensor 15 ermöglicht eine
Ermittlung eines Neigungswinkels zwischen einer Hochachse des Pistenpflegefahrzeugs 1,
wie sie durch die Gierachse 13 angedeutet ist und einer
Vertikalachse, die sich beispielsweise vom Schwerpunkt 12 zu
einem Erdmittelpunkt erstreckt. In einem der Seilwinde 7 abgewandten
Endbereich des Stützauslegers 18 ist
ein schematisch dargestellter Seilwinkelsensor 25 angebracht,
der für
eine Ermittlung einer Seilstellung gegenüber dem Stützausleger 18 vorgesehen
ist, wie in 3 näher dargestellt. Der Seilwinkelsensor 25 ist über eine
Steuerleitung 17 mit der Steuereinrichtung 16 verbunden.
Der Steuereinrichtung 16 ist auch ein Satellitenempfänger 20 zugeordnet,
der für
den Empfang von Positionssignalen eines oder mehrerer Ortungssatelliten
ausgebildet ist und der eine exakte Positionsbestimmung des Pistenpflegefahrzeugs auch
im unwegsamen Gelände
ermöglicht.
Mit Hilfe des Satellitenempfängers 20 kann
in der Steuereinrichtung 16 unter Einbeziehung weiterer
Sensordaten, insbesondere von Positionssensoren 26, 27, 28 der
Seilwinde 7 oder der Pistenpflegegeräte 2, 3 und/oder
des Seilwinkelsensors 25, eine Beziehung zwischen den auf
das Pistenpflegefahrzeug 1 einwirkenden Kräften und
Momenten und der vom Pistenpflegefahrzeug 1 bearbeiteten
Fläche
errechnet werden und darüber
eine Optimierung der Ansteuerung der Pistenpflegegeräte 2, 3,
der Seilwinde 7 und/oder der Antriebseinheit vorgenommen
werden.
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Zur
Durchführung
von Pistenpflegearbeiten bewegt sich das Pistenpflegefahrzeug 1 vorwiegend in
der Hauptfahrtrichtung 21, wobei durch das Räumschild 2 insbesondere
Schnee durch das Pistenpflegefahrzeug 1 verschoben werden
kann, während
durch die Schneefräse 3 der
von dem Pistenpflegefahrzeug 1 überfahrene Untergrund aufbereitet und
geglättet
werden kann. Für
eine wirkungsvolle Pistenpflege, auch in steilen Hanglagen, ist
die Seilwinde 7 vorgesehen, die über das Zugseil 10,
das an dem Pflock 11 angebracht ist, eine Übertragung
von Seilkräften
auf das Pistenpflegefahrzeug 1 ermöglicht und somit die durch
die Antriebsketten 4 aufgebrachten Antriebskräfte zum
Vortrieb des Pistenpflegefahrzeugs unterstützt.
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Bei
der Darstellung gemäß der 2 ist
das Zugseil 10 geradlinig zwischen dem Pflock 11 und der
Schwenkachse 14 der Seilwinde 7 angeordnet, so
dass eine Zugseilrichtung 30 identisch mit der Ausrichtung
des Stützauslegers 18 ist.
Die Seilwinde 7 ist frei drehbar gegenüber dem Pistenpflegefahrzeug 1 angeordnet,
so dass die geradlinige Aus richtung des Zugseils 10 bei
einer Vorwärts-
oder Rückwärtsbewegung
des Pistenpflegefahrzeugs 1 relativ zu dem Pflock 11 gewährleistet
ist. Die von der Seilwinde 7 aufgebrachte Seilkraft Fs1,
die schematisch in der 2 dargestellt ist, kann in eine
Zugkraft Fz1, die sich in Fahrtrichtung 21 des Pistenpflegefahrzeugs 1 erstreckt
und in eine Querkraft Fq1, die orthogonal zur Zugkraft Fz1 wirkt,
aufgespalten werden. Die Querkraft Fq1 greift bei frei drehbarer
Seilwinde an der Haspel 8 der Seilwinde 7 an,
so dass in erster Näherung
die Schwenkachse 14 den Angriffspunkt für die Seilkraft darstellt.
Dieser Angriffspunkt für
die Seilkraft ist gegenüber
der exemplarisch durch den Schwerpunkt 12 geführten, in 2 nicht
dargestellten Gierachse mit einem Abstand x beabstandet. Die im
Angriffspunkt für
die Seilkraft wirkende Querkraft Fq1 bewirkt über den Hebelarm x ein Giermoment
Mq1 auf das Pistenpflegefahrzeug 1.
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Das
Giermoment Mq1 kann durch eine Beschleunigung der rechten Antriebskette 4.1,
durch eine Abbremsung der linken Antriebskette 4.2 oder durch
eine Verschwenkung des Räumschildes 2 bzw. der
Schneefräse 3 zumindest
teilweise ausgeglichen werden. Dies wird durch Reaktionskräfte bewirkt,
die die Antriebsketten 4.1, 4.2 bzw. die Pistenpflegegeräte 2 und 3 auf
das Pistenpflegefahrzeug ausüben
und die beabstandet von der Gierachse angreifen und somit Gegenmomente
zum Giermoment Mq1 ausüben können.
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Um
eine Entlastung eines Bedieners des Pistenpflegefahrzeugs 1 zu
erreichen, wird das Giermoment Mq1 durch die in der 2 nicht
dargestellte Steuereinrichtung automatisch kompensiert, indem der
Schrägzugwinkel α zwischen
dem Zugseil 10 und der Hauptfahrtrichtung 21 des
Pistenpflegefahrzeugs 1 von der Steuereinrichtung 16 ermittelt
wird und durch Ansteuerung zumindest eines Steuermittels, d.h. zumindest
einer Antriebskette 41, 4.2, und/oder des Räumschilds 2 und/oder
der Schneefräse 3 ein entsprechendes
Gegenmoment aufgebracht wird.
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Bei
der in 3 dargestellten Konfiguration des Pistenpflegefahrzeugs 1 ist
vorgesehen, dass die Seilwinde 7 mit dem daran angebrachten
Stützausleger 18 über einen
als Hydraulikmotor ausgeführten
Drehwerkantrieb 22, der mit einem Ritzel auf eine nicht
näher dargestellte,
umlaufend an der Seilwinde 7 vorgesehene Verzahnung eingreift,
aus der in 2 dargestellten Konfiguration
verstellt wird. Um die Seilwinde 7 entgegen der Seilkraft
Fs2 zu verstellen, muss der Drehwerkantrieb 22 ein Drehmoment
auf die Seilwinde 7 ausüben,
das dem durch die Querkraft Fq ausgeübten Drehmoment entgegengesetzt
ist. Damit liegt eine Abweichung zwischen der Ausrichtung des Stützauslegers 18 und
der Seilzugrichtung 30 vor. Sobald eine Verlängerung 23 der Mittelachse
des Zugseils 10 die exemplarisch durch den Schwerpunkt 12 geführte Gierachse
schneidet, liegt ein Momentengleichgewicht um die Gierachse vor,
so dass das Pistenpflegefahrzeug 1 hinsichtlich der Seilzugkraft
Fs2 um die Gierachse momentenfrei ist. Wie in der 3 dargestellt,
ist erkennbar, dass im Gegensatz zu der Darstellung der 2 die
Querkraft Fq2 größer als
die Zugkraft Fz2 ist, was sich in einem verstärkten Drift des Pistenpflegefahrzeugs 1 in
Richtung des Zugseils 10 äußert.
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Das
Giermoment kann durch eine manuelle Beeinflussung des Drehwerkantriebs 22 der
Seilwinde 7 kompensiert werden, dazu muss der Bediener die
Seilwinde 7 so ausrichten, dass eine Verlängerung
der Verlängerung 23 der
Mittelachse des Zugseils 10 an die Gierachse angenähert wird.
Alternativ oder ergänzend
kann die in der 3 nicht dargestellte Steuereinrichtung
daher derart programmiert werden, dass die durch die Querkraft Fq2
hervorgerufene Driftbewegung orthogonal zur Fahrtrichtung 21 insbesondere
durch Steuermittel wie die Antriebsketten 4.1, 4.2,
das Räumschild 2 und/oder
die Schneefräse 3 zumindest
teilweise ausgeglichen werden kann. Somit kann ohne Zutun eines
Bedieners des Pistenpflegefahrzeugs eine ökonomische und verschleißarme Kompensation
des Giermoments verwirklicht werden, so dass ein verbesserter Betrieb
des Pistenpflegefahrzeugs 1 ermöglicht wird.
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Bei
einer nicht dargestellten Konfiguration des Pistenpflegefahrzeugs 1 ist
der Stützausleger 18 der
Seilwinde 7 durch den Drehwerkantrieb 22 derart ausgerichtet,
dass die Seilkraft relativ zur Hauptfahrtrichtung 21 in
einem Winkelbereich zwischen dem Winkel α gemäß der 2 und dem
Winkel β gemäß der 3 befindlich
ist und somit durch die Seilwinde 7 nur eine teilweise
Kompensation des Giermoments stattfindet. Ein weiteres, dem Giermoment
entgegengerichtetes Drehmoment wird insbesondere durch das Räumschild 2,
die Schneefräse 3 und/oder
ein mit der Antriebskette 4 aufgebracht, so dass das Pistenpflegefahrzeug 1 mit
seiner Mittellängsachse 19 im
Wesentlichen parallel zu der Hauptfahrtrichtung 21 ausgerichtet
ist.
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Bei
einer nicht dargestellten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Dämpfungsvorrichtung vorgesehen,
die für
eine Dämpfung
von Seilkraftschwankungen ausgebildet ist. Die Dämpfungsvorrichtung kann durch
einen elastischen oder schwenkbeweglich gelagerten Stützauslegerabschnitt
verwirklicht werden, der bei einer raschen Erhöhung der Seilkraft aus einer
Ruheposition ausgelenkt werden kann und damit ein ungedämpftes Einwirken
der Erhöhung
auf das Pistenpflegefahrzeug verhindert.