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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bewegen eines im Wesentlichen zylinderförmigen oder kegelförmigen Körpers, insbesondere eines Baumes, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein entsprechendes Verfahren gemäß Anspruch 9.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren findet insbesondere für den Antrieb eines Greifers eines Harvesters Verwendung, beispielsweise um den Vortrieb bei Entastungsgeräten durchzuführen.
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Ein Harvester ist ein Holzvollernter oder ein Kranvollernter, also eine Holzerntemaschine, die automatisch die Fällung und Entastung von Bäumen, sowie die Sortierung von entasteten Baumstämmen durchführen kann. Solche Harvester besitzen einen Kranarm, an dessen Ende ein Harvesterkopf angeordnet ist, der gefällte Bäume greifen und bewegen kann oder auch noch stehende Bäume greifen und fällen kann. Am Harvesterkopf sind typischerweise Vortriebswalzen angeordnet, mittels welcher Baumstämme entlang des Kopfes bewegt werden können. Weiterhin sind an Harvesterköpfen üblicherweise Entastungsvorrichtungen vorgesehen, so dass beim Bewegen eines Baumstamms durch den Harvesterkopf der Stamm entastet werden kann. Um einen Baumstamm ablängen zu können oder einen noch stehenden Baum fällen zu können, ist weiterhin eine Schnittvorrichtung vorgesehen, bei welcher eine Sägeblatt ähnlich zu der einer von Hand bewegten Kettensäge im Falle des Harvesterkopfes durch eine Hydraulik bewegt werden kann. Insbesondere im steilen Gelände muss jedoch ein gefällter Baum zunächst in den Arbeitsbereich des Harvesters gebracht werden, da der Harvester selbst, obwohl geländegängig, nicht in jedem Bereich des Steilgeländes fördern kann. In diesem Fall stellen so genannte Seilkrananlagen häufig die einzige mögliche bzw. wirtschaftliche Variante für eine schonende und wirtschaftliche Holzernte dar. Bei einer solchen Seilkrananlage wird ähnlich wie bei einer Seilbahn ein bewegliches Stahlseil im steilen Gelände aufgespannt, wobei an dem beweglichen Stahlseil eine Befestigungsmöglichkeit für gefällte Bäume vorgesehen ist, also beispielsweise eine Art Gondel mit einer nach unten angeordneten Vorrichtung zum Fixieren des Stammes eines gefällten Baums. Mittels eines solchen umlaufenden Stahlseils oder auch eines verspannten Tragseils in Kombination mit einem Umlaufseil kann entsprechend ein Baum schwebend oder zumindest schleifend aus dem Steilgelände in den Arbeitsbereich des Harvesters gebracht werden. Hierzu wird im Bereich des Harvesters ein erster Mast aufgerichtet und in dem Bereich, aus dem gefällte Bäume abtransportiert werden sollen, ein weiterer Mast. Zwischen beiden Masten wird entsprechend eine Stahlseilvorrichtung für den Baumtransport aufgespannt. In der Regel wird eine Antriebsvorrichtung im ersten Mast, also im Bereich des Harvesters, auch vom Harvester selbst angetrieben, d. h. über die Hydraulik mit druckbeaufschlagtem Hydraulikfluid oder mit vom Harvester erzeugter Elektrizität versorgt.
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Speziell im steilen, beispielsweise alpinen Gelände treten dabei besondere Anforderungen in Bezug auf den Harvesterkopf auf. Einerseits sind zum Bewegen der Bäume im Bereich steiler Böschung teilweise besonders hohe Vorschubkräfte notwendig, sodass beispielsweise der Kraftschluss zwischen Antriebswalzen und Baumstämmen besonders hoch sein muss. Weiterhin ist insbesondere für den Einsatz im steilen Gelände ein großer nutzbarer Durchmessbereich, also ein weiter Bereich von Stammdurchmessern zu bearbeiten, da hier oft Schwachholz und Starkholz vom gleichen Harvesterkopf verarbeitet werden soll.
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Üblicherweise finden bei bisher bekannten Systemen mehrere Einzelantriebe Verwendung, welche ihnen zugeordnete Walzen antreiben, wobei die Walzen wiederum mit einem Baum oder Baumstamm oder Teilen hiervon hydraulisch in Eingriff, d. h. in Anlage an den Baumstamm gebracht werden können. Die Antriebe bewegen dabei die einzelnen Walzen, was zu einem entsprechenden Vorschub des Baumstamms führt. Nachteilig bei diesen bekannten Systemen ist die Tatsache, dass jeder Einzelantrieb mit einer festen Leistung betrieben wird bzw. dass die Antriebe jeweils mit der im Wesentlichen gleichen Leistung angetrieben werden. Das bedeutet, dass beispielsweise der Antrieb einer einzelnen Walze, die nicht in ausreichendem Eingriff mit dem Baumstamm steht, einen Schlupf gegenüber dem Baumstamm erfährt, sodass dieser Antrieb, obwohl er mit der vollen Leistung betrieben wird, also bei einem Hydraulikantrieben mit vollem Hydraulikdruck und mit der gleichen Volumensschöpfung wie die anderen Antriebe angetrieben wird, obwohl er in diesem Fall für den Vorschub des Baumstamms wirkungslos ist. Daher wird für alle Antriebe die gleiche Hydraulikleistung aufgebracht, obwohl nur eine begrenzte Anzahl von Antrieben mit ihren zugeordneten Anzahlen des Vortrieb des Baumstamms übernehmen. Somit müssen solche Systeme für einen Leistungsüberschuss bezüglich der Antriebe von bis zu 200% oder mehr ausgelegt werden und daher überdimensioniert sein. Weiterhin sind Walzendurchmesser in Walzenform nicht ohne Weiteres durch Austausch der Walzen veränderbar, da diese direkt proportional zur Literleistung der Hydraulikantriebe stehen. Durch die Größenabhängigkeit der Antriebswalzen von den Antrieben ist ferner die Gestaltung der Anlenkpunkte und Anlenkpositionen nicht frei wählbar. Die Form der Antriebswalzen ist ebenfalls nicht frei wählbar, da unterschiedliche Vorschubgeschwindigkeiten am Umfang auftreten würden. Dieses Problem tritt insbesondere bei der Verwendung von Kegelwalzen auf.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen sicheren, gleichmäßigen und effizienten Vortrieb zu leisten, der weiterhin unabhängig von Walzenform und Walzendurchmesser, Baumdurchmesser, Anlenkpunkten und Anlenkpositionen ist. Durch die vorliegende Erfindung wird daher insbesondere auch die Wirtschaftlichkeit in den Anschaffungskosten und in den laufenden Kosten verbessert.
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Wie bei bekannten Systemen findet zum Bewegen eines im Wesentlichen zylinderförmigen oder kegelförmigen Körpers, insbesondere eines Baumes, entlang seiner Symmetrieachse (die Längsachse) ein Antrieb Verwendung, welcher mindestens zwei, vorzugsweise vier oder sogar mehrere Walzen aufweist, die so ausrichtbar angeordnet sind, dass die Walzenoberfläche mit der Oberfläche des Körpers in Eingriff stehen und durch eine angetriebene Rotation der Walzen die Bewegung des Körpers erzielt werden kann. Somit können die Walzenoberflächen beispielsweise durch eine Hydraulikvorrichtung an die Oberfläche eines Baumstammes angelegt werden und durch Drehbewegungen der angetriebenen Walzen wird der Baumstamm bewegt, um beispielsweise den Baumstamm an einer gewünschten Position mittels einer Sägevorrichtung durchtrennen zu können oder um einen Baum durch eine Entastungsvorrichtung zu ziehen oder zu schieben, um den kompletten Baum zu entasten.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist für jede Walze eine separate Antriebsvorrichtung vorgesehen, mittels derer die Walze angetrieben werden kann und die Vorrichtung weist ferner eine Regelung auf, mittels derer die Antriebsvorrichtungen so angesteuert werden können, dass sie unabhängig voneinander die ihnen jeweils zugeordnete Walze antreiben. Damit bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass der Antrieb, also insbesondere die Antriebsleistung für jede Walze separat steuerbar ist. Somit kann beispielsweise die Antriebsleistung einer Walze, die sich zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht oder nur in unzureichendem Eingriff mit dem Baumstamm befindet, heruntergefahren werden, um die insgesamt benötigte Leistung für die Vorrichtung zu reduzieren. Andererseits können Walzen, welche in einem besonders guten Eingriff mit dem Baumstamm stehen, und damit besonders effizient zu einem Vorschub des Baumstamms verwendet werden können, mit einer entsprechend höheren Leistung betrieben werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bewegen eines im Wesentlichen zylinderförmigen oder kegelförmigen Körpers, insbesondere eines Baumes, entlang seiner Symmetrieachse mittels mindestens zwei, vorzugsweise vier Walzen, ist zur Ausführung des Verfahrens jeweils eine Antriebsvorrichtung für jede Walze vorgesehen. Die Walzen sind dabei so ausrichtbar angeordnet, dass die Walzenoberflächen mit der Oberfläche des Körpers in Eingriff stehen und durch eine angetriebene Rotation der Walzen die Bewegung des Körpers erzielt werden kann:
Im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mittels Sensoren die Drehzahlen der unterschiedlichen Walzen ermittelt und an eine Regelung weitergegeben. Die Regelung ermittelt dann die Drehzahl einer, vorzugsweise der sich am langsamsten drehenden Walze, und steuert die Antriebsvorrichtung der weiteren Walzen so an, dass die Drehzahlen der weiteren Walzen an die erste, also vorzugsweise die langsamste Drehzahl genau, oder mindestens näherungsweise, insbesondere bis auf eine festgelegte Abweichung, angeglichen werden.
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Unabhängig von einer Einbaulage bzw. von einer Verwendungslage der Vorrichtung wird durch die Drehzahlüberwachung mittels Sensoren so eine intelligente Antriebsweise realisiert. Die Regelung ermittelt dabei vorzugsweise die langsamste Antriebseinheit bzw. Walze und die restlichen Antriebseinheiten bzw. Walzen werden an diese Geschwindigkeit angepasst, so dass die langsamste Antriebseinheit gewissermaßen als Geschwindigkeitssensor dient und die Geschwindigkeit für die restlichen Antriebseinheiten vorgibt. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine Sollgeschwindigkeit welche ein Bediener oder die Steuerung bzw. Regelung vorgibt, von den Antriebseinheiten gefahren wird, wobei die langsamste Antriebseinheit eine Nenngeschwindigkeit widerspiegelt. Dadurch dass eine Abweichung zugelassen sein kann (beispielswiese maximal +/–20% gegenüber der Drehzahl der langsamsten Walze, insbesondere nur +/–5%, besonders bevorzugt nur +/–1%), wird die Regelung vereinfacht, da sich negative Rückkopplungseffekte vermeiden lassen.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Vorrichtung kann die Regelung die Antriebsvorrichtung so ansteuern, dass sie die ihnen jeweils zugeordneten Walzen mit voneinander unterschiedlichen Drehmomenten beaufschlagen kann.
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Alternativ oder ergänzend kann die Regelung die Antriebsvorrichtung so ansteuern, dass sie die ihnen jeweils zugeordneten Walzen mit voneinander unterschiedlichen Drehzahlen antreiben.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung sind Sensoren vorgesehen, mittels derer die Drehzahlen und/oder die Drehmomente der Walzen erfasst und an die Regelung weitergegeben werden können. Dies bietet den Vorteil, dass die Regelung die Drehzahlen bzw. Drehmomente auswerten und die Antriebsvorrichtungen entsprechend so ansteuern kann, dass beispielsweise bestimmte Walzen langsamer gedreht werden, indem ihnen eine geringere Antriebsleistung zugeordnet wird.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung treibt die Regelung eine Walze mit einer Drehzahl an, die von der Drehzahl der anderen Walzen abhängig, ist, wobei insbesondere mittels der Sensoren die Drehzahl der verschiedenen Walzen ermittelt und an die Regelung weitergegeben wird. Die Regelung ermittelt dann die Drehzahl vorzugsweise der sich am langsamsten drehenden Walze und steuert die Antriebsvorrichtung der weiteren Walzen so an, dass die Drehzahlen der weiteren Walzen an diese langsamste Drehzahl exakt oder zumindest bis auf eine festgelegte Differenz angeglichen werden. Dies bietet den Vorteil, dass beispielsweise durchdrehende Walzen, welche zum Vortrieb eines Baumstamms nichts oder nur wenig beitragen können, auf diese Art und Weise mit weniger Leistung versorgt werden müssen, und vorzugsweise entsprechend abgebremst werden. Die gesamte Leistung der Vorrichtung steht somit den Walzen zur Verfügung, die im besonders guten Eingriff mit dem Baumstamm stehen, wodurch die Gesamtleistung der Vorrichtung kleiner dimensioniert sein kann als bei bisher bekannten Systemen, obwohl gleiche Lasten bewegt werden können.
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Vorzugsweise ist die Regelung dabei als eine elektronische Regelung ausgestaltet, sodass beispielsweise elektrische Sensorsignale von elektrischen Sensoren direkt verarbeitet werden können und ferner elektrische Steuersignale für die Antriebsvorrichtung der Walzen ausgegeben werden können.
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Vorzugsweise sind die Antriebsvorrichtungen für die Walzen Hydraulikmotoren. Dies bietet den Vorteil, dass sowohl ein Anlegen bzw. Anpressen einzelner oder aller Walzen über ihnen zugeordnete Anpressmittel an den Körper, als auch die Rotation der Walzen mittels eines gemeinsamen Hydrauliksystems realisiert werden kann.
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Weiterhin können insbesondere Ventile vorgesehen sein, um die den Hydraulikmotoren zufließende Menge an Hydraulikfluid durch die Regelung regelbar zu gestalten. Somit kann bei einem festgelegten Druck des gesamten Hydrauliksystems oder eines Teilbereichs des Hydrauliksystems (für den Fall, dass Teilbereiche mit unterschiedlichen Drücken zum Einsatz kommen), die Leistungsversorgung einer einzelnen Antriebsvorrichtung durch ein Ventil, insbesondere durch ein vorgeschaltetes Proportionalventil soweit bezüglich der Menge des zufließenden Hydraulikfluids gedrosselt werden, bis ein Drehzahlangleich einer Walze an die anderen Walzen erreicht ist. Der Druck und die von einer Walze nicht benötigte Menge an Hydraulikfluid, also die nicht benötigte Leistung wird folglich den anderen Walzen bzw. deren Antrieben zur Verfügung gestellt, und diese können mit größtmöglicher Vorschubkraft weiterarbeiten.
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Wie bereits angedeutet, sind die Hydraulikmotoren vorzugsweise über das ihnen jeweils zugeordnete Ventil und entsprechende Hydraulikleitungen mit einem für die gemeinsame Versorgung aller Hydraulikmotoren vorgesehen und stehen mit einem mit Druck beaufschlagten Hydrauliksystem in Verbindung.
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Bei einer entsprechend vorteilhaft ausgestalteten Ausführungsform des Verfahrens, bei welchem die Antriebsvorrichtungen Hydraulikmotoren sind und jedem Hydraulikmotor ein Ventil zugeordnet ist, wird im Zuge des Verfahrens die Drehzahl jedes Hydraulikmotors über das dem Hydraulikmotor zugewiesene Volumen an Hydraulikfluid durch die Regelung für jeden Hydraulikmotor separat geregelt. Diese Ausgestaltung des Verfahrens bietet wiederum den Vorteil, dass jedem Hydraulikmotor das optimale Volumen an Hydraulikfluid unabhängig von den anderen Hydraulikmotoren zugeführt werden kann.
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Vorzugsweise regelt im Zuge des Verfahrens die Regelung eine Vorschubgeschwindigkeit zum Bewegen des Körpers. Dabei wird eine ausgewählte Vorschubgeschwindigkeit, die beispielsweise von einem Benutzer in die Regelung eingegeben wurde, mit den Drehzahlen der Walzen verglichen, und die Drehzahlen werden so geregelt, dass die gewünschte Vorschubgeschwindigkeit erzielt wird. Dabei kann insbesondere aus der Drehzahl und dem Radius der Walze mit der kleinsten Drehzahl eine Nennvorschubgeschwindigkeit berechnet werden, um die Regelung die Drehzahl dieser Walze so nachregeln, bis diese Nennvorschubgeschwindigkeit mit der ausgewählten Vorschubgeschwindigkeit übereinstimmt. Sofern weitere Walzen dabei eine höhere Drehzahl aufweisen, werden diese Walzen wieder an die langsamste Drehzahl (oder bis auf eine festgelegte maximal erlaubte Abweichung) angeglichen.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht dabei vor, dass einigen oder allen Walzen jeweils ein Anpressmittel zugeordnet ist, um die Walzen gegen die Oberfläche des zu bewegenden Körpers zu drücken. So können beispielsweise zwei feststehende Walzen vorgesehen sein, sowie zwei an hydraulisch bewegbaren Hebeln angeordnete und so verlagerbare Walzen, wobei die verlagerbaren Walzen durch die Verlagerung einen Baumstamm umfassen und gegen die feststehenden Walzen pressen können. Zur Bewegung des Körpers bzw. Baumstamms können dabei mehrere oder alle Walzen beitragen. Die Regelung steuert vorzugsweise diese Anpressmittel so an, dass der Anpressdruck von Walzen mit einer höheren Drehzahl als langsamer drehende oder insbesondere als die am langsamsten drehende Walze, erhöht wird. Der Vorteil dieser Ausgestaltung des Verfahrens liegt darin, dass durchdrehende Walze mit einem höheren Druck an den Körper angepresst werden, wodurch der Schlupf zwischen Walze und Körper oder Baumstamm reduziert wird. Vorzugsweise werden solche Anpressmittel von der Regelung hydraulisch bewegt. Dabei kann es beispielsweise die Regelung in ein entsprechendes Steuersignal an ein dem Anpressmittel zugeordneten Hydraulikelement geben, wodurch das Hydraulikelement das Anpressmittel und somit zugeordnete Walze gegen die Oberfläche des zu bewegenden Körpers drückt.