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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Forstseilwinde gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie jeweils ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Forstseilwinde in einem Bergaufbetrieb bzw. Bergabbetrieb gemäß der Ansprüche 7 und 8.
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Gattungsgemäße Forstseilwinden finden typischerweise Kippmastseilgeräte in der Forstwirtschaft in solchen Fällen Verwendung, wo gefällte Bäume in bergigen Regionen bergauf (”Bergaufbetrieb”) oder bergab (”Bergabbetrieb”) bewegt werden müssen. Die Forstseilwinde besteht dabei im Wesentlichen aus einem mobilen Gerät (Traktor, Lkw, Anhänger), welches mit Seilwinden mit entsprechend angetriebenen Seiltrommeln zum Aufnehmen und Bewegen der verwendeten Seile ausgestattet ist. Eine solche Forstseilwinde kann entlang von Forstwegen in eine Position oberhalb (Bergaufbetrieb) oder unterhalb (Bergabbetrieb) von einem zu durchforstenden Bereich gefahren werden oder fährt diese selbständig an. Mittels eines Tragseils und eines Zugseils und optional (insbesondere im Bergabbetrieb) eines Umlaufseils werden dann gefällte Bäume zur Forstseilwinde hin transportiert, wo sie anschließend verladen und abtransportiert werden können.
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Eine gattungsgemäße Forstseilwinde ist in den
1A und
1B der kanadischen Patentanmneldung
CA 2 249 918 A1 abgebildet. Wie in dieser Patentanmeldung gezeigt, wird einerseits von der Forstseilwinde weg zu einem ausgehend von der Forstseilwinde hinter den gefällten Bäumen liegenden Fixpunkt ausgehend von einer Tragseilwinde ein Tragseil aufgespannt. Als Fixpunkt kommt natürlich insbesondere ein noch nicht gefällter Baumstamm in Frage. Das Tragseil wird nach der Fixierung am Fixpunkt weise mittels der Tragseilwinde gespannt. Um bei einem schwebenden oder schleifenden Transport der Bäume eine gewisse mittlere freie Höhe des Tragseils über dem Boden zu gewährleisten, kann ein Kippmastseilgerät Verwendung finden, bei welchem die Forstseilwinde mit einem aufstellbaren Kippmast versehen ist oder ein Kippmast separat aufgestellt werden kann. Von der Spitze des Kippmasts, die sich in ähnlicher Höhe über dem Boden befindet wie der Fixpunkt, an welchem das Tragseil mit seinem der Tragseilwinde abgewandten Ende fixiert ist, wird das Tragseil in Richtung des Fixpunktes geführt. Dadurch wird ein Abstand des Tragseils über dem Waldboden, entlang dessen die gefällten Bäume gefördert werden, von typischerweise 2 bis 8 m erreicht. Das Tragseil wird dabei möglichst so aufgespannt, dass es im Wesentlichen eine Neigung entsprechend der Hangneigung hat. Sowohl bei einem Bergauf- als auch bei einem Bergabbetrieb wird weiterhin ein Zugseil eingesetzt, welches einerseits einen Laufwagen, der seilbahnartig am Tragseil mittels Seilrollen verlagerbar aufgehängt ist, zur Forstseilwinde gezogen werden kann. Andererseits kann dieses Zugseil auch dazu verwendet werden, einen Lastbeizug durchzuführen, was bedeutet, dass die zu fördernde Last (die gefällten Baumstämme) zum Laufwagen hin gezogen wird. Dabei können die gefällten Baumstämme einerseits aus Liegepositionen seitlich des Tragseils zunächst zum Tragseil hingezogen werden. Andererseits können auch gefällte Baumstämme, die bereits in einem Bereich unterhalb des Tragseils liegen, teilweise oder ganz in die Höhe in Richtung des Tragseils bzw. in Richtung des Laufwagens gezogen werden. Somit ist ein schwebender oder schleifender Transport von Baumstämmen oder natürlich auch von abgelängten Teilen von Baumstämmen möglich. Damit das Zugseil sowohl zum Lastbeizug der Last zum Laufwagen hin, als auch zum Transport der Last zur Forstseilwinde entlang des Tragseils verwendet werden kann, muss eine lösbar ausgestaltete Verbindung zwischen dem Zugseil und dem Laufwagen realisiert werden. So kann am Laufwagen eine fernsteuerbare Kupplung vorgesehen sein, welche das Zugseil relativ zum Laufwagen festlegen und wieder freigeben kann. In festgelegtem Zustand wird somit durch eine Bewegung des Zugseils mittels der Zugseilwinde der Laufwagen entlang des Tragseils bewegt. Sobald diese Kupplung das Zugseil freigibt, bewegt die Zugseilwinde wiederum das Zugseil relativ zum Laufwagen, wodurch die Lastbeibringung einer Last zum Laufwagen hin ermöglicht wird. Bei einer Lastbeibringung mit relativ zum Laufwagen freigegebenem Zugseil muss allerdings wiederum eine weitere Kupplung den Laufwagen in Eingriff mit dem Tragseil bringen, sodass zur Lastbeibringung der Laufwagen in seiner Position relativ zum Tragseil fixiert ist. So wird der Laufwagen zum feststehenden Umlenkpunkt, indem er relativ zum Tragseil und zum ersten Fixpunkt feststeht und weiterhin eine (oder mehrere) freilaufende Umlenkrolle aufweist, durch welche das Zugseil geführt ist.
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Eine relativ einfache Situation gestaltet sich im Bergaufbetrieb. Definitionsgemäß befindet sich hier die Forstseilwinde (also das fahrbare Gerät mit Trag-, Zugseil- und Umlaufseilwinde sowie evtl. mit Kippmast) in einem Bereich (beispielsweise auf einer Forststraße) oberhalb der gefällten Bäume. In diesem Fall kann der Laufwagen ausgehend von der Forstseilwinde allein durch die Gewichtskraft seines Eigengewichts bzw. sobald ein entsprechender Anteil des Zugseils von der Zugseilwinde abgerollt ist, auch durch das Eigengewicht des ausgegebenen Zugseils, eine Bewegung in Hangrichtung nach unten zur Anhängestelle durchführen. Der Laufwagen wickelt daher ohne weiteren Antrieb das Zugseil von der Zugseilwinde ab. Sobald er die Anhängeposition erreicht hat, wird der Laufwagen am Tragseil festgelegt und das vorher relativ zum Laufwagen festgelegte Zugseil freigegeben, sodass das der Zugseilwinde abgewandte Ende des Zugseils durch die Gewichtslast des Zugseils die am Boden liegenden gefällten Bäume erreichen kann. Zum Fördern der gefällten Bäume wird nun umgekehrt zunächst das Zugseil mittels der Zugseilwinde durch den Laufwagen hindurch Richtung Forstseilwinde eingezogen, wobei der Laufwagen für diese Lastbeibringung am Tragseil festgelegt bleibt. Nachdem die Lastbeibringung abgeschlossen ist, sodass also einerseits die zu fördernde Last sich nahe beim Tragseil bzw. unter dem Tragseil befindet und ferner auf eine gewünschte Höhe über dem Boden angehoben ist, wird wiederum das Zugseil am Laufwagen festgelegt und der Laufwagen selbst am Tragseil freigegeben. Durch ein Einholen des Zugseils wird daher die Position des Laufwagens relativ zur Forstseilwinde verändert, d. h. der Laufwagen und mit ihm die angehängte Last wird zur Forstseilwinde hin gezogen.
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Bei einem Bergabbetrieb befindet sich die Forstseilwinde relativ zu den gefüllten Bäumen, die gefördert werden sollen, in einer Position hangabwärts von diesen. Somit kann in diesem Fall der Laufwagen nicht durch seine Gewichtskraft zur Anhängestelle hin bewegt werden, sondern es muss ein Umlaufseil eingesetzt werden, welches den Laufwagen hangaufwärts zur Anhängestelle zieht. Während das Zugseil ähnlich geführt ist wie im Bergaufbetrieb, ist in diesem Bergabbetrieb das Umlaufseil in einer dem Zugseil und der Forstseilwinde entgegengesetzten Richtung am Laufwagen angelenkt. Um dennoch die Umlaufseilwinde an der Forstseilwinde, also beispielsweise entsprechenden Lkw oder Traktor anbringen zu können, ist das Umlaufseil daher ausgehend von der Umlaufseilwinde hangaufwärts an der zu fördernden Last vorbei zu einem Umlenkpunkt oberhalb der gefällten Bäume geführt, und wird dort mittels einer Seilrolle zum Laufwagen umgelenkt. Somit kann mittels des Umlaufseils und der Umlaufseilwinde der Laufwagen zu einem Anhängepunkt hin gezogen werden (bergauf). Über das Zugseil wird in diesem Fall der Bergaufbewegung des Laufwagens über das Eigengewicht des Zugseils oder meist ergänzend durch die Zugseilwinde eine der Zugkraft des Umlaufseils entgegengesetzte Kraft auf den Laufwagen ausgeübt, um unerwünschte Oszillationsbewegungen des Laufwagens zu vermeiden.
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Beim Betrieb von Forstseilwinden wechseln sich Betriebszustände ab, welche durch sehr unterschiedliche Energieaufwände und Leistungen gekennzeichnet sind. So ist beispielsweise beim Hinunterfahren des Laufwagens an eine Anhängestelle im Bergaufbetrieb sowie im Bergabbetrieb bei der Förderung einer Last in einer Hangrichtung nach unten zur Forstseilwinde hin im Wesentlichen Bremsenergie aufzuwenden, um zu vermeiden, dass der Laufwagen unkontrolliert beschleunigt. Andererseits ist zum Beiziehen einer Last zum Laufwagen hin bzw. zur Förderung einer Last im Bergaufbetrieb eine hohe Antriebsleistung notwendig. Typischerweise wird dabei die entsprechende Leistung durch Hydraulikmotoren zur Verfügung gestellt, wobei jeweils ein Motor eine Winde (Zugseil-, Umlaufseil-, Tragseilwinde) antreibt. Da die jeweiligen Motoren in bestimmten Abschnitten des Betriebs eine sehr hohe Leistung zur Verfügung stellen müssen, müssen sie sehr groß dimensioniert. Weiterhin muss ein Hydraulikdruck von einem Verbrennungsmotor erzeugt werden, wobei der Verbrennungsmotor je nach aktuellem Leistungsbedarf hoch- oder niedertourig betrieben wird, und daher selten in einem energetisch optimalen Leistungsbereich gefahren werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Forstseilwinde bzw. ein Verfahren zum Betreiben einer Forstseilwinde zur Verfügung zu stellen, bei welcher die Überdimensionierung der verwendeten Motoren reduziert und die Energiebereitstellung optimiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Forstseilwinde gemäß Anspruch 1, sowie den Verfahren zum Betreiben einer Forstseilwinde gemäß der Ansprüche 7 und 8.
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Bei der Forstseilwinde gemäß Anspruch 1 sind zum Antrieb der Zugseilwinde, der Umlaufseilwinde und der Tragseilwinde zwei Elektromotoren vorgesehen. Dabei ist ein erster Elektromotor über eine Zugseilwindenkupplung mit der Zugseilwinde verbindbar und ein zweiter Elektromotor über eine Umlaufseilwindenkupplung mit der Umlaufseilwinde. Es ist ferner eine Kupplungsanordnung vorgesehen mittels derer beide Elektromotoren miteinander und optional auch mit der Tragseilwinde verbindbar sind. Eine Forstseilwinde gemäß der vorliegenden Erfindung bietet daher den Vorteil, dass einerseits jeder Elektromotor die ihm zugeordnete Zugseilwinde bzw. Umlaufseilwinde alleine antreiben kann. Andererseits ist in einem Betriebsmodus, bei welchem eine der Winden eine besonders hohe Zugkraft aufwenden muss, der erste Elektromotor mit dem zweiten Elektromotor verbindbar und beide Elektromotoren wiederum mit der betreffenden Winde, sodass jede der Winden im Bedarfsfall über beide Elektromotoren gemeinsam antreibbar ist. Unter dem Begriff ”verbindbar” ist dabei zu verstehen, dass eine Drehachse eines Elektromotors mit der Drehachse eines anderen Elektromotors kraftschlüssig gekoppelt werden kann, und beide Achsen synchron rotieren. Entsprechendes gilt für eine Verbindung bei einem Elektromotor und einer zugeordneten Achse einer mit ihm verbundenen Winde.
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Bei einem Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Forstseilwinde Bäumen in einem Bergaufbetrieb von mindestens einer Anhängestelle zu einer relativ zu der Anhängestelle höher gelegenen Abladestelle, wobei im Zuge des Verfahrens wird zunächst die Zugseilwinde und die Tragseilwinde oberhalb der Anhängestellen positioniert. Dann wird das Tragseil zwischen der Tragseilwinde und einem Punkt unterhalb der zu fordernden Lasten mittels der Tragseilwinde gespannt. Bei einer Fahrt des Laufwagens ohne Last zu einer Anhängestelle in einer Richtung von der Zugseilwinde weg, wickelt der Laufwagen durch seine Gewichtskraft und dem verbundenen Hangabtrieb das Zugseil von der Zugseilwinde ab und treibt damit die Zugseilwinde an, welche wiederum den ersten Elektromotor über die Zugseilwindenkupplung antreibt, sodass dieser im Generatorbetrieb elektrische Energie erzeugt. Bei einem Lastbeizug einer Last in Richtung des Laufwagens oder bei einer Fahrt des Laufwagens mit einer Last zur Abladestelle werden beide Elektromotoren über die Kupplungsanordnung miteinander und über die Zugseilwindenkupplung mit der Zugseilwinde verbunden und treiben diese an.
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Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht folglich darin, dass bei einer Fahrt zur Anhängestelle, also einer Bewegung des Laufwagens bergab, die Gewichtskraft des Laufwagens und auch die des bereits ausgezogenen Zugseils die Zugseilwinde antreiben, die mittels der Zugseilwindenkupplung wiederum den ersten Elektromotor im Generatorbetrieb antreibt. Somit wird in diesem Fall elektrische Energie erzeugt statt Bremsenergie beispielsweise thermisch vernichtet. Andererseits besteht beim Bergaufbetrieb für einen Lastbeizug bzw. bei einer Fahrt des Laufwagens mit einer Last zur Abladestelle die Leistung beider Elektromotoren zur Verfügung, da diese gemeinsam und über die Kupplungsanordnung miteinander verbunden über die Zugseilwindenkupplung die Zugseilwinde antreiben. Somit kann ein einzelner Elektromotor gegenüber herkömmlichen Forstseilwinden mit der halben Leistung dimensioniert werden.
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Bei einem Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Forstseilwinde in einem Bergabbetrieb von mindestens einer Anhängestelle zu einer relativ zu der Anhängestelle tiefer gelegenen Abladestelle, werden zunächst die Zugseilwinde, die Umaufseilwinde und die Tragseilwinde unterhalb der Anhängestellen positioniert. Anschließend wird das Tragseil zwischen der Tragseilwinde und einem Fixpunkt oberhalb der zu fördernden Lasten mittels der Tragseilwinde gespannt. Bei einer Fahrt des Laufwagens ohne Last zur Anhängestelle wird der erste Elektromotor über die Zugseilwindenkupplung mit der Zugseilwinde verbunden und von dieser angetrieben, und wird der zweite Elektromotor über die Umlaufseilwindenkupplung mit der Umlaufseilwinde verbunden und treibt diese an. Für einen Lastbeizug einer Last in Richtung des Laufwagens werden beide Elektromotoren über die Kupplungsanordnung miteinander und über die Zugseilwindenkupplung mit der Zugseilwinde verbunden, und sie antreiben diese gemeinsam an.
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Auch bei diesem Bergabbetrieb und der Fahrt zur Anhängestelle bietet sich daher der Vorteil, dass der erste Elektromotor, der der Zugseilwinde zugeordnet ist, über die Zugseilwindenkupplung von der Zugseilwinde im Generatorbetrieb angetrieben wird, wodurch elektrische Energie erzeugt wird. In diesem Fall wird der Laufwagen mittels des zweiten Elektromotors im Motorbetrieb und der mit dem zweiten Elektromotor über die Umlaufseilkupplung verbundenen Umlaufseilwinde zur Anhängestelle hinaufgezogen. Um unerwünschte Oszillationen, also eine springende Bewegung des Laufwagens zu vermeiden, wird auf den Laufwagen über das Zugseil eine Gegenkraft ausgeübt, wobei die hierzu notwendige Leistung erfindungsgemäß über den Generatorbetrieb des ersten Elektromotors zurückgewonnen wird.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung sowie entsprechende Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Forstseilwinde weist die Kupplungsanordnung eine Verbindungskupplung auf zum Verbinden der beiden Elektromotoren miteinander, und/oder eine Tragseilwindenkupplung zum Verbinden mindestens eines der beiden Elektromotoren mit der Tragseilwinde, wobei besonders bevorzugt die Tragseilwindenkupplung und die Verbindungskupplung so angeordnet sind, dass die beiden über die Verbindungskupplung miteinander verbundenen Elektromotoren über die Tragseilwindenkupplung mit der Tragseilwinde verbindbar sind.
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Vorzugsweise sind die Elektromotoren als Generator betreibbar sind und ein aufladbarer Speicher für elektrische Energie, insbesondere ein Hochleistungskondensator, ist vorgesehen, der mit den Elektromotoren so elektrisch verbunden ist, dass er von den Elektromotoren im Generatorbetrieb aufgeladen werden kann, damit insbesondere die in elektrische Energie umgewandelte Bremsenergie gespeichert werden kann. Ergänzend sind vorzugsweise ein Verbrennungsmotor und ein zugeordneter weiterer Generator vorgesehen, wobei mittels des Verbrennungsmotors der Generator angetrieben werden kann, wobei der Generator mit dem Speicher elektrisch in Verbindung steht und diesen aufladen kann. Ein Vorteil hierbei ist, dass der Verbrennungsmotor zum Aufladen des Speichers unabhängig vor der aktuell benötigten Windenleistung in einem optimalen Drehzahlbereich betrieben werden kann. Der weitere Generator und der Verbrennungsmotor können dabei in die Forstseilwinde integriert oder als eine separate externe Einheit ausgeführt sein.
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Die verwendeten Elektromotoren sind vorzugsweise als Torque-Motoren ausgebildet, also als ein langsam laufende Direktantriebe mit sehr hohe Drehmomenten bei relativ kleinen Drehzahlen, sodass zusätzliche Getriebe entfallen können.
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Bei eine besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfahren ist das Steuerungskonzept lernfähig ausgestaltet, um den Energieverbrauch weiter zu minimieren. Dabei wird bei einer Inbetriebnahme der Forstseilwinde an einem (neuen) Aufstellplatz der Generator zunächst mit maximaler Leistung betrieben wird, bis der Speicher für elektrische Energie vollständig aufgeladen ist. Anschließend wird ebenfalls bei maximaler Generatorleistung eine erste Anzahl von Arbeitszyklen, bestehend aus einer Fahrt zu einer Anhängestelle, einem Lastbeizug und einer Fahrt zur Abladestelle, durchlaufen, und der Bedarf an elektrischer Energie ermittelt wird, der für einen Zyklus durchschnittlich (alternativ: maximal) benötigt wurde. Die Generatorleistung für eine zweite Anzahl von folgenden Zyklen dann soweit reduziert, dass die Summe der durch den Generator und die Elektromotoren im Generatorbetrieb je Zyklus erzeugten elektrischen Energie dem ermittelten Bedarf entspricht. Über den Verbrennungsmotor und den ihm zugeordneten Generator wird somit nur noch die Energiedifferenz zwischen dem zu erwartenden gesamten Energieverbrauch minus der rückgewonnenen Bremsenergie erzeugt.
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Vorzugsweise wird zu einem späteren Zeitpunkt der Bedarf anhand aktueller Zyklen neu ermittelt, und die Generatorleistung an den neu ermittelten Bedarf angepasst, um eine Veränderung des Verbrauchs oder eine vorherige falsche Ermittlung auszugleichen.
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Die Generatorleistung wird vorzugweise dann erhöht, wenn die im Speicher für elektrische Energie gespeicherte elektrische Energie unter eine vorgewählte Energiereserve bzw. einen Grenzwert für den Energiespeicherstatus fällt. Somit wird vermieden, dass, wenn der ermittelte und damit für folgende Zyklen ebenfalls erwartete Energieverbrauch zu niedrig angesetzt wird, nicht ausreichend elektrische Energie vorgehalten, d. h. gespeichert ist. Ein Hochfahren des Verbrennungsmotors in einen ineffizienten hohen Drehzahlbereich kann daher unterbleiben.
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Die Generatorleistung wird vorzugsweise ebenfalls erhöht, sobald ein festgelegter Grenzwert für einen Energiespeicherstatus des Speichers für elektrische Energie unterschritten wird. Damit ist gewährleistet, dass der Speicher nicht unter einen Energiespeicherstatus oder Ladezustand mit entsprechender elektrischer Spannung fällt, unterhalb dessen bzw. derer ein zuverlässiger Betrieb nicht mehr gewährleistet ist.
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Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird in Abhängigkeit von einem Füllgrad von Zugseilwinde und/oder Umlaufseilwinde das Drehmoment und die Drehgeschwindigkeit des zugeordneten Elektromotors so geregelt, dass dieser eine konstante Leistung abgibt, also das Produkt aus Drehmoment und Drehgeschwindigkeit über eine Förderstrecke konstant bleibt. So wird unabhängig von dem Füllgrad der zugeordneten Winde eine konstante Geschwindigkeit und eine konstante Zugkraft des Umlaufseils bzw. Zugseils erreicht. Unter einem Füllgrad ist dabei die Höhe der aufgewickelten aktuell äußersten Seillage über einer Wickeloberfläche einer Seiltrommel einer Seilwinde relativ zur maximalen Höhe zu verstehen. Die maximale Höhe entspricht einer maximalen Seilkapazität der Seiltrommel, der Füllgrad somit der aktuell genutzten Kapazität. Dabei kann der Zugseilwinde und/oder der Umlaufseilwinde jeweils eine Sensor zugeordnet sein kann, um den Füllgrad der Winde zu erfassen. Der Sensor kann ein optischer Sensor sein. Insbesondere kann ein Liniendetektor verwendet werden, der neben einer zugeordneten Seiltrommel angeordnet und radial zu deren Drehachse ausgerichtet ist. Eine auf der gegenüberliegenden Seite der Seiltrommel angeordnete Lichtquelle beleuchtet in Abhängigkeit vom Füllgrad der Seiltrommel unterschiedliche Bereiche des Liniendetektors, sodass mittels des Liniendetektors der Füllgrad bestimmt werden kann. Alternativ können elektrische Sensoren (kapazitive oder induktive) verwendet werden. Weiterhin kann statt einem Füllgrad oder auch ergänzend die Seilspannung des Umlaufseils und/oder des Zugseils ermittelt und das Drehmoment und die Drehgeschwindigkeit des jeweils zugeordneten Elektromotors so geregelt werden, dass dieser die Zugspannung konstant hält. Eine solche Messung einer Seilspannung kann mittels einer Seilumlenkung um drei Rollen und eines Kraftmessbolzens erfolgen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der einzigen 1 näher erläutert. Dabei zeigt die
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1: schematisch eine erfindungsgemäße Forstseilwinde mit den entsprechenden Winden und zugeordneten Elektromotoren.
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Die erfindungsgemäße Forstseilwinde der 1 zeigt eine Zugseilwinde 10, welche über eine Zugseilwindenkupplung 12 mit einem ersten Elektromotor 14 so verbunden werden kann, dass wahlweise der Elektromotor 14 in einem Motorbetrieb die Zugseilwinde 10 antreiben kann, oder umgekehrt die Zugseilwinde 10 den Elektromotor 14 in einem Generatorbetrieb. Ähnlich ist an der Forstseilwinde eine Umlaufseilwinde 16 vorgesehen, welche über eine Umlaufseilwindenkupplung 18 mit einem zweiten Elektromotor 20 verbindbar ausgestaltet ist. Auch hier kann wiederum der Elektromotor 20 in Motorenbetrieb die Umlaufseilwinde 16 antreiben oder im Generatorbetrieb von der Umlaufseilwinde 16 angetrieben werden. Zwischen den beiden Elektromotoren 14 und 20 ist eine Kupplungsanordnung vorgesehen, welche eine Verbindungskupplung 22, eine Tragseilwindenkupplung 24 und ein optionales Getriebe 26 aufweist. Die Verbindungskupplung 22 dient dabei dem Verbinden der beiden Elektromotoren 14 und 20 miteinander, sodass diese beim wahlweisen Verbinden quasi wie ein einzelner entsprechend größer dimensionierter Elektromotor der addierten Einzelleistungen wirkt. Da die Zugseilwindenkupplung 12, die Umlaufseilkupplung 18 und die Verbindungskupplung 22 alle wahlweise ein- oder ausgekuppelt werden können, besteht die Möglichkeit, dass beispielsweise der erste Elektromotor 14 entweder allein mit der Zugseilwinde 10 (über die Zugseilwindenkupplung 12) in Verbindung steht und diese antreibt oder von dieser angetrieben wird. Entsprechendes gilt für den zweiten Elektromotor 20 und die Umlaufseilwinde 16. Weiterhin können auch beide Elektromotoren 14, 20 gemeinsam die Zugseilwinde 10 antreiben, was insbesondere grundsätzlich beim Lastbeizug einer Last in Richtung eines Laufwagens von Vorteil ist, da hier sehr große Zugkräfte notwendig sind. Der Antrieb der Zugseilwinde 10 von allen Elektromotoren 14 und 20 gemeinsam findet ferner auch bei der Fahrt mit Last im Bergaufbetrieb zu einer Abladestelle Anwendung, da auch hier eine hohe Antriebskraft der Zugseilwinde 10 benötigt wird (Bewegung der gefällten Bäume hangaufwärts).
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Neben der Möglichkeit, dass der erste Elektromotor 14 und der zweite Elektromotor 20 gemeinsam die Zugseilwinde 10 antreiben (Zugseilwindenkupplung 12 und Verbindungskupplung 22 geschlossen, Umlaufseilwindenkupplung 18 geöffnet und Tragseilwindenkupplung 24 ebenfalls geöffnet) sowie den beiden Varianten, dass die Elektromotoren 14 und 20 die ihnen zugeordneten Winden 10 und 16 allein antreiben (Verbindungskupplung 22 und optional auch Tragseilwindenkupplung 24 geöffnet und Zugseilwindenkupplung 12 bzw. Umlaufseilwindenkupplung 18 geschlossen), können auch beide Elektromotoren 14 und 20 gemeinsam die Tragseilwinde 28 antreiben. Im letzteren Fall sind wiederum Zugseilwindenkupplung 12 und Umlaufseilwindenkupplung 18 geöffnet und die Verbindungskupplung 22, die beide Elektromotoren 14 und 20 miteinander verbindet, ist geschlossen. Ebenfalls geschlossen ist die Tragseilwindenkupplung 24, die dafür sorgt, dass das gemeinsame Drehmoment der Elektromotoren 14 und 18 über die Verbindungskupplung an die Tragseilwinde 28 weitergeleitet wird. Zwischen der Tragseilwindenkupplung 24 und der Tragseilwinde 28 ist schematisch ein Getriebe 26 abgebildet, mittels welchem die gemeinsame Drehgeschwindigkeit der Elektromotoren 14 und 20 auf eine gewünschte Drehgeschwindigkeit der Tragseilwinde 28 übersetzt werden kann. Selbstverständlich können auch zwischen den beiden Elektromotoren 14 und 20 und den ihnen zugeordneten Winden 10 und 16 jeweils Übersetzungsgetriebe vorgesehen sein.
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In der 1 weiterhin gezeigt ist ein Kondensator 30 (vorzugsweise ein Hochleistungskondensator wie z. B. unter den Handelsnamen „SuperCap”, „PowerCap” bekannt) zum Speichern von elektrischer Energie, welcher über elektrische Leitungen 32 mit dem ersten Elektromotor 14 bzw. dem zweiten Elektromotor 20 in Verbindung steht und über diese elektrischen Leitungen 32 elektrische Leistung an diese abgeben oder von diesen aufnehmen kann.
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Zwischen den Elektromotoren 14 und 20 und dem Kondensator 30 ist eine elektronische Steuerung vorgesehen (in der 1 nicht abgebildet), über die die Spannungsniveaus angepasst werden können. Somit kann eine im Vergleich zur notwendigen Betriebsspannung eines Elektromotors zu niedrige Spannung des Kondensators 30 (insbesondere bei einem aktuell niedrigen Ladezustand) elektronisch auf ein höheres Spannungsniveau transformiert werden, um den jeweiligen Elektromotor im Motorbetrieb betreiben zu können. Im Generatorbetrieb eines der Elektromotoren 14, 20 kann wiederum dessen Ausgangsspannung so an den Kondensator 30 angepasst werden, dass dieser effizient aufgeladen werden kann.
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Es ist ferner ein Verbrennungsmotor in Form eines Dieselmotors 34 vorgesehen, welcher über einen Antriebsstrang 36 einen elektrischen Generator 38 antreibt, sodass dieser ebenfalls elektrische Leistung über eine elektrische Leitung 40 an den Kondensator 30 abgeben kann.
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Wie bereits angedeutet, gibt es unterschiedliche Arten des Windenbetriebs (der Seilbringung), wobei eine wesentliche Unterscheidung darin besteht, dass die zu fördernde Last, also beispielsweise gefällte Bäume, entweder vom Tal Richtung Berg transportiert wird (Bergaufbetrieb) oder vom Berg Richtung Tal (Bergabbetrieb).
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Grundsätzlich läuft ein Arbeitszyklus dabei folgendermaßen ab:
- (A) Bewegen des Laufwagens zu einer Aufnahmestelle eines Baumes
- (B) Anhängen des Baums am lasthebenden Zugseil
- (C) Beiziehen des Baums zum Laufwagen hin
- (D) Bewegen des Laufwagens und des Baums zur Abladestelle
- (E) Abhängen des Baums vom Zugseil
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Anschließend wiederholt sich der Zyklus.
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Ein erfindungsgemäßer Bergaufbetrieb läuft dabei folgendermaßen ab:
Im Schritt A muss der Laufwagen gebremst werden, da er in Richtung Tal fährt. Hier wird der Laufwagen mittels des Zugseils gebremst, welches über die Zugseilwinde 10 den Elektromotor 14 im Generatorbetrieb antreibt, welcher somit elektrische Energie in den Kondensator 30 einbringt. Die resultierende Energiebilanz ist positiv.
Im Schritt B, dem Anhängen des Holzes an das lasthebende Zugseil wird praktisch keine Energie benötigt.
In den Schritten C und D müssen hohe Kräfte durch das Zugseil aufgebracht werden, um zunächst die Last zum Laufwagen hin beizuziehen und dann Last und Laufwagen zu einer bergauf gelegenen Abladestelle ziehen zu können. Die resultierende Energiebilanz ist negativ.
Im Schritt E (Abhängen des Holzes vom Last hebenden Zugseil) wird wiederum praktisch keine Energie benötigt.
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Im Bergabbetrieb ist die Energiebilanz pro Arbeitszyklus folgendermaßen:
Im Schritt A muss der Laufwagen bergaufwärts zur Aufnahmestelle gezogen werden. Dies geschieht durch die Bewegung des Umlaufseils, welches mittels der Umlaufseilwinde 16 und dem zweiten Elektromotor 20 bewegt wird. Während der zweite Elektromotor 20 im Motorbetrieb betrieben wird und elektrische Energie vom Kondensator 30 verbraucht, zieht der Laufwagen das Zugseil von der Zugseilwinde 10 ab und bewegt über die Zugseilkupplung 12 den Elektromotor 14 im Generatorbetrieb, wodurch elektrische Leistung in den Kondensator 30 eingespeist wird. Die Kraft bzw. Energie, die notwendigerweise bereitgestellt werden muss, um den Laufwagen immer leicht abzubremsen (Vermeidung von Oszillationen) wird daher erfindungsgemäß nicht über eine Bremse thermisch vernichtet, sondern in Form von elektrischer Energie gewissermaßen recycelt.
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Wie im Bergaufbetrieb wird im Schritt dieses Anhängevorgangs praktisch keine Energie benötigt.
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Entsprechend dem Schritt C beim Bergaufbetrieb wird auch beim Bergabbetrieb zum Beiziehen der Last an den Laufwagen eine hohe Kraft benötigt, die dementsprechend wieder durch eine Kopplung beider Elektromotoren 14 und 20 über die Verbindungskupplung 22 und die Zugseilwindenkupplung 12 der Zugseilwinde 10 zugeführt wird (negative Energiebilanz).
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Im Bergabbetrieb ist dann im Schritt B ein Abbremsen des Laufwagens mit angehängter Last bei der Fahrt zur weiter unten gelegenen (talseitigen) Forstseilwinde notwendig, wobei hier die entsprechende Bremskraft vom Umlaufseil übertragen wird, welches in diesem Schritt über die Umlaufseilwindenkupplung 18 den zweiten Elektromotor 20 im Generatorbetrieb antreibt, so dass auch hier wiederum die benötigte Bremsenergie in elektrische Energie umgewandelt und dem Kondensator 30 zugeführt werden kann.
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Wiederum wie im Bergaufbetrieb wird auch im Bergabbetrieb während des Abhängevorgangs praktisch keine Energie benötigt.
