DE102012013527B4

DE102012013527B4 - Cable drum for a capstan winch

Info

Publication number: DE102012013527B4
Application number: DE102012013527.0A
Authority: DE
Inventors: Joachim Schmidt; Jürgen Krüger
Original assignee: Jenoptik Advanced Systems GmbH
Current assignee: Vincorion Advanced Systems GmbH
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2017-05-04
Anticipated expiration: 2032-07-05
Also published as: DE102012013527A1

Abstract

Seiltrommel (1) für eine Spillwinde, aufweisend – einen Trommelzylinder (2) zum Aufrollen eines Seils (3), – einen elektronisch regelbaren, elektrischen Trommelantrieb (4) zur Drehung des Trommelzylinders (2), – eine Seilführung (5), welche ein Führungsmittel (6) zur axial gerichteten Zuführung des Seils (3) auf den Trommelzylinder (2) aufweist, – einen Seilführungsantrieb (7) zur Axialverschiebung eines richtungsumkehrbaren Führungsmittels (6), – eine Spindel (17), die mit einem Schiffchen (16) als das ihr verschiebbare Führungsmittel (6) den Seilführungsantrieb (7) bildet, wobei die Spindel (17) eine Spindelsteigung aufweist, die in einem Mittenbereich (11) konstant ist und an den Spindelenden (13, 15) abnimmt, und – ein Kopplungsglied (8), das den Seilführungsantrieb (7) an den Trommelzylinder (2) oder an den Trommelantrieb (4) drehphasenfest koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass der Trommelantrieb (4) über eine Steuerelektronik so beaufschlagt ist, dass die Seilzugkraft über die sich verändernde Wicklungsdicke konstant ist.Cable drum (1) for a capstan, comprising - a drum cylinder (2) for winding a rope (3), - an electronically controlled, electric drum drive (4) for rotating the drum cylinder (2), - a cable guide (5), which Guide means (6) for axially directed supply of the rope (3) on the drum cylinder (2), - a cable guide drive (7) for the axial displacement of a direction reversible guide means (6), - a spindle (17) with a Schiffchen (16) when the guide means (6) which can be displaced forms the cable guide drive (7), the spindle (17) having a spindle pitch which is constant in a central region (11) and decreases at the spindle ends (13, 15), and - a coupling element ( 8) which rotatably coupled the cable guide drive (7) to the drum cylinder (2) or to the drum drive (4), characterized in that the drum drive (4) is acted upon by a control electronics so that the Se ilzugkraft over the changing winding thickness is constant.

Description

Die Erfindung betrifft eine Seiltrommel für eine Spillwinde, insbesondere für eine Rettungswinde von Land- oder Luftfahrzeugen. Die Zugkraft von Winden wird bestimmt vom Antriebsdrehmoment und dem Hebelarm als dem Radius der äußersten Seillage auf der Seiltrommel. Die Zugkraft nimmt daher mit der Anzahl der Seillagen ab. Für viele Anwendungen ist aber lagenunabhängig eine konstante Zugkraft erforderlich. Besonders Winden für den Personentransport sind auf eine konstante oder regelbare Zugkraft angewiesen.The invention relates to a cable drum for a capstan winch, in particular for a rescue winch of land or aircraft. The pulling force of winches is determined by the drive torque and the lever arm as the radius of the outermost rope layer on the cable drum. The tensile force therefore decreases with the number of cable layers. For many applications, however, a constant tensile force is required regardless of the layer. Especially winches for passenger transport depend on a constant or controllable traction.

Um die Zugkraft an der Seiltrommel zu vergleichsmäßigen sind seit langem Spillwinden bekannt. Spillwinden weisen ein Seilspill auf, um die das Seil zunächst geschlungen ist und erst anschließend auf einer Seiltrommel aufgewickelt wird. Die Zugkraft des Seilspills ist von der anhängenden Last abhängig.In order to make the tensile force on the cable drum comparable, capstan winches have long been known. Spinning winches have a rope spool, around which the rope is first looped and only then wound up on a cable drum. The tensile force of the rope spool depends on the attached load.

Mittels der Seiltrommel wird das Seil zum Spillkopf vorgespannt, um an diesem das notwendige Reibmoment sicherzustellen.By means of the cable drum, the rope is biased to the spill head, to ensure the necessary frictional torque at this.

Die Zugkraft kann bei mechanischen Winden auch vergleichmäßigt werden, indem die Motordrehzahl des Antriebs verändert wird. Bei hydraulischen Winden können zu diesem Zweck Steuerventile vorgesehen sein. Eine derartige hydraulische Winde ist beispielsweise aus DE 26 16 470 A1 bekannt. Aufbau und Integration der Winde in einen Hydraulikreislauf sind relativ aufwändig. Zur Regelung der Sinkgeschwindigkeit müssen gegebenenfalls eine Verdrängerpumpe und ein Drosselventil mit einstellbarer Drosselleistung vorgesehen sein. Die DE 25 25 762 A1 offenbart ein Verfahren zum Aufwickeln eines Kabels auf eine Trommel und eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The traction can be evened out in mechanical winds by the engine speed of the drive is changed. In hydraulic winches control valves can be provided for this purpose. Such a hydraulic winch is for example off DE 26 16 470 A1 known. Construction and integration of the winch in a hydraulic circuit are relatively expensive. To control the rate of descent may need to be provided a positive displacement pump and a throttle valve with adjustable throttle performance. The DE 25 25 762 A1 discloses a method for winding a cable onto a drum and an apparatus for carrying out such a method.

Ferner sind die genannten Winden häufig mit einer Rutschkupplung ausgestattet, die Verschleiß ausgesetzt ist und im Betrieb Geräusche verursachen kann. Ist die Messung der Seillänge erforderlich, müssen zusätzliche Bauteile vorgesehen werden. Insbesondere wenn die Ermittlung der tatsächlichen abgerollten Seillänge zwingend erforderlich ist, die Ermittlung auch bei unvorhergesehenen Ereignissen sichergestellt sein muss, eine Referenzierung möglich sein soll oder die Seillängenbestimmung aus Sicherheitsgründen redundant erfolgen soll, sind aufwändige konstruktive Maßnahmen erforderlich.Furthermore, these winches are often equipped with a slip clutch, which is exposed to wear and can cause noise during operation. If rope length measurement is required, additional components must be provided. In particular, when the determination of the actual unwound cable length is mandatory, the determination must be ensured even in case of unforeseen events, a referencing should be possible or the rope length determination for security reasons should be redundant, complex design measures are required.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung es ist daher, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und eine Seiltrommel für eine Spillwinde zu verbessern, die insbesondere als Rettungswinde für Hubschrauber vorgesehen ist.Object of the present invention is therefore to avoid the disadvantages mentioned above and to improve a cable drum for a capstan, which is intended in particular as rescue helmets for helicopters.

Die Aufgabe wird durch eine Seiltrommel für eine Spillwinde mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, die einen Trommelzylinder zum Aufrollen eines Seils, einen vom Spillantrieb unabhängigen, elektronisch regelbaren elektrischen Trommelantrieb zur Drehung des Trommelzylinders, eine Seilführung mit einem Führungsmittel zur axial gerichteten Zuführung des Seils auf den Trommelzylinder, einen Seilführungsantrieb zur Axialverschiebung des richtungsumkehrenden Führungsmittels, eine Spindel, die mit einem Schiffchen als das ihr verschiebbare Führungsmittel den Seilführungsantrieb bildet, wobei die Spindel eine Spindelsteigung aufweist, die in einem Mittenbereich konstant ist und an den Spindelenden abnimmt, und ein Kopplungsglied zur drehphasenfesten Kopplung des Seilführungsantriebs an den Trommelzylinder oder an den Trommelantrieb aufweist.The object is achieved by a cable drum for a capstan winch with the features of claim 1, a drum cylinder for rolling up a rope, a spill drive independent, electronically controllable electric drum drive for rotating the drum cylinder, a cable guide with a guide means for axially directed supply of the rope on the drum cylinder, a cable guide drive for axial displacement of the direction-reversing guide means, a spindle which forms the Seilführungsantrieb with a Schiffchen as the sliding guide means, wherein the spindle has a spindle pitch, which is constant in a central region and decreases at the spindle ends, and a coupling member for rotationally fixed coupling of the cable guide drive to the drum cylinder or to the drum drive.

Eine derartige Seiltrommel bedarf keiner mechanischen Kopplung an ein Spill, so dass der Herstellungs- und Transportaufwand der einzelnen Komponenten reduziert ist und aufgrund der nahezu lastfreien Auf-/Abwicklung nur geringen Verschleiß unterliegt und damit die Standzeit der Spillwinde erheblich verlängert.Such a cable drum requires no mechanical coupling to a spill, so that the production and transport costs of the individual components is reduced and due to the almost no load on / unwinding is subject to only minor wear, thus significantly extending the service life of the capstan.

Der Trommelantrieb ist als ein elektrischer Antrieb des Trommelzylinders ausgebildet, wobei der Trommelzylinder den Rotor des elektrischen Antriebs darstellen kann. Der Stator kann als Teil eines Gehäuses, in das die Seiltrommel einsetzbar ist, ausgebildet sein. Er ist vorzugsweise elektronisch regelbar.The drum drive is designed as an electric drive of the drum cylinder, wherein the drum cylinder can represent the rotor of the electric drive. The stator may be formed as part of a housing into which the cable drum can be inserted. It is preferably electronically adjustable.

Ein elektronisch geregelter Trommelantrieb ist vorzugsweise so geregelt, dass er eine konstante Seilzugkraft beim Wickeln in allen möglichen Wicklungslagen erzeugt. Am Spill einer Spillwinde mit einer erfindungsgemäßen Seiltrommel ist damit sichergestellt, dass das Seil stets die für den Spillantrieb erforderliche Reibung aufweist.An electronically controlled drum drive is preferably controlled so that it generates a constant cable pulling force during winding in all possible winding layers. On the spill of a capstan winch with a cable drum according to the invention, this ensures that the rope always has the friction required for the spill drive.

Der Trommelzylinder ist als ein kreiszylindrischer Hohl- oder Vollkörper ausgebildet, der vorzugsweise an seinen Stirnflächen mit Borden versehen ist, um eine Seitenführung für das aufzuwickelnde Seil in mehreren radial übereinander angeordneten Seillagen zu gewährleisten.The drum cylinder is formed as a circular cylindrical hollow or solid body, which is preferably provided at its end faces with ribs to ensure a side guide for the rope to be wound in a plurality of radially superposed cable layers.

Auf dem Trommelzylinder ist das Seil in mehreren Seillagen aufrollbar. Als Seile können beispielsweise besonders für hohe Lasten Stahlseile oder aber auch Kunststoffseile beispielsweise aus Polyethylen aufgerollt werden.On the drum cylinder, the rope can be rolled up in several rope layers. As ropes can be rolled up, for example, made of polyethylene, for example, especially for heavy loads steel cables or plastic ropes.

Zur geordneten Zuführung des Seils weist die Seiltrommel eine Seilführung mit einem Führungsmittel auf. Das Führungsmittel stellt sicher, dass das Seil nicht auf der Seiltrommel aufgehaspelt wird, sondern eine Anordnung in gleichmäßigen Seillagen erfolgt, wobei in jeder Seillage die Windungen aneinander anliegen oder konstant voneinander in Spuren beabstandet sind. Das Führungsmittel ist über einen Seilführungsantrieb axial verschiebbar und über ein Kopplungsglied mit dem Trommelantrieb über ein festes Übersetzungsverhältnis verbunden.For the orderly feeding of the rope, the cable drum has a cable guide with a guide means. The guide means ensures that the rope is not wound on the cable drum, but an arrangement in even cable layers takes place, wherein in each rope layer, the windings abut each other or are constantly spaced from each other in tracks. The guide means is axially displaceable via a cable guide drive and connected via a coupling member to the drum drive via a fixed transmission ratio.

Der Seilführungsantrieb ist als ein Spindelantrieb mit einer Spindel ausgebildet, auf der beispielsweise eine Spindelmutter in Form eines Schiffchens als das Führungsmittel geführt ist. Die Spindel wandelt die durch das Kopplungsglied verursachte Drehbewegung in eine translatorische Axialbewegung. In der einfachsten Bauweise ist die Spindel als eine Gewindestange mit einem Flachgewinde ausgebildet. Für den genannten Einsatzzweck eignen sich Kugelgewindetriebe, die eine hohe Positioniergenauigkeit und einen reibungsarmen Lauf ermöglichen. Auch ein Rollengewindetrieb kann vorgesehen sein. Eine als Kreuzspindel ausgelegte Spindel ermöglicht bei gleicher Spindeldrehrichtung durch einen rückläufigen Gewindegang das Hin- und Herlaufen des Schiffchens.The cable guide drive is designed as a spindle drive with a spindle on which, for example, a spindle nut in the form of a shuttle is guided as the guide means. The spindle converts the rotational movement caused by the coupling member into a translatory axial movement. In the simplest construction, the spindle is designed as a threaded rod with a flat thread. For the purpose mentioned ball screws are suitable, which allow a high positioning accuracy and a low-friction running. A roller screw drive can also be provided. A designed as a crosshead spindle allows for the same direction of spindle rotation by a receding thread back and forth of the shuttle.

Dadurch dass der Spindelantrieb drehphasenfest mit dem Trommelantrieb verbunden ist, sind im Bereich der Umlenkung des Schiffchens besondere Maßnahmen erforderlich, um auch trommelendseitig eine gleichmäßige Aufwicklung des Seils zu gewährleisten. Dazu ist vorgesehen, die Spindelsteigung über die axiale Länge der Spindel zu verändern. Während die Spindelsteigung in einem Mittenbereich konstant ist, wird sie an den Umlenkpunkten verringert, um sicherzustellen, dass beim Aufwickeln die untere Seillage zunächst vollständig abgeschlossen wird und die nächste, darüber liegende Seillage nicht versetzt beginnt. Damit wird die gesamte Trommelbreite genutzt. Der axiale Vorschub wird daher an den Endpunkten so begrenzt, dass das Schiffchen für genau zwei Trommelumdrehungen im Bereich der Endpunkte verweilt. Damit wird die Steigerung halbiert.Due to the fact that the spindle drive is connected in a rotationally fixed manner to the drum drive, special measures are required in the area of the deflection of the shuttle in order to ensure uniform winding of the rope on the drum end side. For this purpose, it is provided to change the spindle pitch over the axial length of the spindle. While the lead pitch in a central area is constant, it is reduced at the turnaround points to ensure that during winding, the lower layer of rope is first completely closed and the next, overlying layer of rope does not begin offset. This will use the entire drum width. The axial feed is therefore limited at the end points so that the shuttle dwells for exactly two drum revolutions in the area of the end points. This halves the increase.

Das Kopplungsglied verbindet die beiden Antriebe derart, dass sie drehphasenfest gekoppelt sind. Unter einer drehphasenfesten Kopplung wird verstanden, dass die beiden Rotoren der Antriebe eine definierte Phasenbeziehung zueinander aufweisen, so dass bei Kenntnis der Phasenlage eines Rotors die Winkelstellung des anderen Rotors bekannt ist. Damit ist jeder Winkellage des Seilführungsantriebs genau eine Winkellage des Trommelzylinders eineindeutig zugeordnet ist, wobei die Winkellagen über 360° hinausgehend zu betrachten sind. Die Anzahl der Umdrehungen des Trommelzylinders stehen daher in einer festen Beziehung zur Anzahl der Umdrehungen des Rotors des Seilführungsantriebs (1:1, 1:n oder m:n). Bei einer 1:1-Übersetzung und gleich großen ineinander greifenden Zahnrädern drehen sich diese synchron, wenn auch mit entgegengesetztem Drehsinn. Der Rotor des Seilführungsantriebs ist als Gewindespindel ausgebildet und definiert eine Axialposition einer auf der Gewindespindel angeordneten Spindelmutter oder eines Schlittens.The coupling member connects the two drives such that they are coupled in a rotationally fixed manner. Under a rotationally fixed coupling is understood that the two rotors of the drives have a defined phase relationship to each other, so that when the phase position of a rotor, the angular position of the other rotor is known. Thus, each angular position of the cable guide drive is assigned an unambiguous one angular position of the drum cylinder, wherein the angular positions are to be considered going beyond 360 °. The number of revolutions of the drum cylinder are therefore in a fixed relationship to the number of revolutions of the rotor of the cable guide drive (1: 1, 1: n or m: n). With a 1: 1 ratio and meshing gears of equal size, they rotate synchronously, albeit with opposite directions of rotation. The rotor of the cable guide drive is designed as a threaded spindle and defines an axial position of a threaded spindle arranged on the spindle nut or a carriage.

Das Kopplungsmittel selbst kann eine Übersetzung vermitteln, sofern diese Vermittlung phasentreu ist. Die Drehgeschwindigkeiten der Antriebe sind folglich stets proportional zueinander. Vorteilhafterweise lassen sich Winkellagegeber am Trommelzylinder oder am Trommelantrieb anordnen, so dass die Seilführung allein aus mechanischen Komponenten aufgebaut werden kann. Dies vereinfacht die Herstellung und lässt den Anschluss von Kabeln an dieser Baugruppe entfallen.The coupling means itself can mediate a translation, provided that this mediation is in phase. The rotational speeds of the drives are therefore always proportional to each other. Advantageously, angular position sensors can be arranged on the drum cylinder or on the drum drive so that the cable guide can be constructed solely from mechanical components. This simplifies the production and eliminates the need to connect cables to this module.

Die Seiltrommel gewährleistet mit der Seilführung, dass unter allen Umständen eine definierte Aufwicklung des Seils auf die Seiltrommel erfolgt. Da die Anzahl der Windungen pro Seillage und der Trommelzylinderradius bekannt sind, steht die abgerollte Seillänge in einem eindeutigen Zusammenhang zur Phasenlage des Trommelzylinders. Die Seillängenermittlung kann deshalb vorteilhafterweise innerhalb der Seiltrommel erfolgen. Eine Erfassung an einem etwaigen Spillantrieb bedarf es nicht, so dass das Seilspill deutlich einfacher ausgelegt werden kann.The cable drum ensures with the cable guide that under all circumstances a defined winding of the rope on the cable drum takes place. Since the number of turns per rope layer and the drum cylinder radius are known, the unrolled rope length is in a clear relationship to the phase position of the drum cylinder. The rope length determination can therefore be advantageously carried out within the cable drum. A detection on a possible spill drive is not required, so that the rope cap can be designed much easier.

Die Phasenlage des Trommelzylinders lässt sich auf einfache Weise bestimmen. In einer ersten Ausgestaltung kann die Seillänge durch Einsatz eines Schrittmotors und eines daran angeschlossenen Rechenwerks errechnet werden. In einer besonders einfachen Ausführung der Seiltrommel kann dann auf weitere Sensoren verzichtet werden.The phase position of the drum cylinder can be determined easily. In a first embodiment, the cable length can be calculated by using a stepping motor and an arithmetic unit connected thereto. In a particularly simple embodiment of the cable drum can then be dispensed with additional sensors.

In einer anderen Ausgestaltung weist die Seiltrommel einen oder mehrere zusätzliche Sensoren zur Erfassung der Winkellage, der Geschwindigkeit, der Seilumlenkpunkte und/oder der Endpunkte des Seils auf. Sie können zum Abgleich, zur Bestimmung von Referenzpositionen, aus Redundanzgründen, zur Bestimmung der Seillänge oder der Abrollgeschwindigkeit vorgesehen sein. Die Sensoren können als Winkellagegeber, Tachogeneratoren oder Positionssensoren zur Ermittlung der Seilendpositionen ausgebildet sein. Neben oder anstatt elektromagnetischer Messumformer zur Winkellagensignalisierung können beispielsweise auch Inkrementalgeber einen Teil der benötigten Größen erfassen. Ist die Seiltrommel Teil einer Spillwinde, kann am Spillantrieb auf diese Sensoren verzichtet werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Trommelantrieb so ausgestaltet ist, dass er diese Sensoren für seinen Betrieb benötigt, so dass die Anzahl der Sensorelemente in der Spillwinde insgesamt reduziert werden kann.In another embodiment, the cable drum has one or more additional sensors for detecting the angular position, the speed, the Seilumlenkpunkte and / or the end points of the rope. They can be provided for adjustment, for determining reference positions, for reasons of redundancy, for determining the cable length or the unwinding speed. The sensors can be designed as angular position sensors, tachogenerators or position sensors for determining the cable end positions. In addition to or instead of electromagnetic transducers for angular position signaling, for example, incremental encoders can also capture part of the required quantities. If the cable drum is part of a capstan winch, these sensors can be dispensed with on the spill drive. This is particularly advantageous if the drum drive is designed such that it requires these sensors for its operation, so that the number of sensor elements in the capstan can be reduced overall.

Durch die Proportionalität der Drehgeschwindigkeiten des Trommelantriebs und des Seilführungsantriebs stehen diese in einem festgelegten Winkelverhältnis zueinander, so dass die Erfassung der Seillänge nicht nur am Seilführungsantrieb, sondern auch am elektrischen Trommelantrieb möglich ist. Der Seilführungsantrieb kann somit allein aus mechanischen Bauteilen bestehen. Eine Kabelzuführung zum Seilführungsantrieb kann entfallen. Durch die Positionierung des Winkellagegebers am Stator kann eine Bündelung der Kabel erfolgen, die den Aufbau der Seiltrommel vereinfacht.Due to the proportionality of the rotational speeds of the drum drive and the Cable guide drive these are in a fixed angular relationship to each other, so that the detection of the cable length is possible not only on the cable guide drive, but also on the electric drum drive. The cable guide drive can thus consist solely of mechanical components. A cable feed to Seilführungsantrieb can be omitted. By positioning the angular position sensor on the stator, bundling of the cables can take place, which simplifies the construction of the cable drum.

Besonders bevorzugt ist der Winkellagengeber als ein Resolver ausgebildet. Dieser kann die Messwerte über die Rotorstellung induktiv übertragen und damit verschleißfrei arbeiten. Der Resolver liefert Absolutwerte als Messwerte und erfordert deswegen innerhalb einer 360°-Umdrehung keinen Abgleich mit einem festzulegenden Referenzpunkt.Particularly preferably, the angular position sensor is designed as a resolver. It can transmit the measured values inductively via the rotor position and thus work wear-free. The resolver supplies absolute values as measured values and therefore requires no adjustment with a reference point to be defined within a 360 ° revolution.

In einer Variante der Erfindung ist der elektrische Trommelantrieb als ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) ausgebildet. In diesem Fall können dessen Sensoren, die zur Bestimmung des Kommutierungszeitpunkts dienen, zusätzlich dazu genutzt werden, die Phasenlage des Trommelzylinders zu erfassen und damit die abgewickelte Seillänge zu bestimmen. Besonders vorteilhaft ist es, den BLDC-Motor mit einer Vektorregelung zu betreiben, um eine hohe Positioniergenauigkeit zu erreichen.In a variant of the invention, the electric drum drive is designed as a brushless DC motor (BLDC motor). In this case, its sensors, which are used to determine the commutation, can be used in addition to detect the phase position of the drum cylinder and thus to determine the unwound cable length. It is particularly advantageous to operate the BLDC motor with a vector control in order to achieve a high positioning accuracy.

Prinzipiell ist die erfindungsgemäße Seiltrommel mit verschiedenen elektrischen Antrieben antreibbar. Eine besonders feste, den Schlupf und das Spiel minimierende Kopplung der beiden Antriebe gelingt, wenn sie einen Direktantrieb bilden, sich also mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit drehen.In principle, the cable drum according to the invention can be driven with various electric drives. A particularly strong, the slip and the game minimizing coupling of the two drives succeeds if they form a direct drive, so rotate at the same angular velocity.

Für die Seiltrommel sind bevorzugt Torquemotore vorgesehen. Torquemotoren weisen aufgrund ihrer hohen Polpaarzahl eine hohe Antriebssteifigkeit auf, was für die erfindungsgemäße Drehphasenfestigkeit von Vorteil ist. Sie bauen auch sehr kompakt, so dass sie gut in Land- oder Luftfahrzeugen unter beengten Raumverhältnissen einsetzbar sind. Eine Winde mit einer Seiltrommel, die von einem Torquemotor angetrieben wird, eignet sich besonders für Rettungsfahrzeuge, für die Wartungsarmut und Zuverlässigkeit vorausgesetzt werden. Eine gute Alternative zu Torquemotore sind Motore mit einem zusätzlichen Getriebe, das mit dem Motor eine dem Kopplungsglied vorgeschaltete Baugruppe bildet.For the cable drum torque motors are preferably provided. Torque motors have a high drive rigidity due to their high number of pole pairs, which is advantageous for the rotational phase strength according to the invention. They also build very compact, so they are well used in land or air vehicles in confined spaces. A winch with a cable drum driven by a torque motor is particularly suitable for rescue vehicles, where low maintenance and reliability are required. A good alternative to torque motors are motors with an additional gear, which forms with the motor upstream of the coupling member assembly.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist der elektrische Antrieb koaxial zum Trommelzylinder angeordnet. Dabei kann der Antrieb seitlich an den Trommelzylinder angeflanscht sein und damit auch einen größeren Durchmesser als der Trommelzylinder aufweisen, was insbesondere für hohe Leistungen erforderlich sein kann und eine leichtere Kühlung ermöglicht. Alternativ ist der Trommelzylinder als ein Hohlzylinder ausgebildet, in den der elektrische Antrieb teilweise oder vollständig integriert ist.In a development of the invention, the electric drive is arranged coaxially with the drum cylinder. In this case, the drive can be laterally flanged to the drum cylinder and thus also have a larger diameter than the drum cylinder, which may be necessary in particular for high power and allows easier cooling. Alternatively, the drum cylinder is formed as a hollow cylinder, in which the electric drive is partially or fully integrated.

Der elektrische Antrieb kann auch extern angeordnet sein und sein Drehmoment über ein in dem als Hohlzylinder ausgebildeten Trommelzylinder angeordnetes Getriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe oder ein Harmonic Drive Getriebe, auf die Seiltrommel übertragen. Für kleine Hubleistungen kann auch ein Schneckengetriebe ausreichend sein. Das Kopplungsglied kann ebenfalls als ein Planetengetriebe ausgebildet sein. Alternativ ist das Kopplungsglied ein Umschlingungstrieb, der beispielsweise einen Zahnriemen oder eine Kette aufweist. Eine weitere Alternative ist eine Zahnradbaugruppe als Kopplungsglied, die sich im Gegensatz zu den Umschlingungsmitteln nicht längt und aufgrund der stets kämmenden Zähne mit wenig Drehspiel behaftet ist.The electric drive can also be arranged externally and transmit its torque to the cable drum via a gear arranged in the drum cylinder designed as a hollow cylinder, for example a planetary gear or a harmonic drive gear. For small strokes, a worm gear can be sufficient. The coupling member may also be formed as a planetary gear. Alternatively, the coupling member is a belt drive having, for example, a toothed belt or a chain. Another alternative is a gear assembly as a coupling member, which in contrast to the belt means is not lengthy and due to the always meshing teeth with little rotational play is afflicted.

Eine Ausgestaltung sieht vor, den elektrischen Antrieb und damit den Trommelzylinder mittels einer elektrisch öffnenden, jeder belastenden Haltebremse zu sichern. Eine verschleißbehaftete Rutschkupplung ist nicht vorgesehen, da deren Funktion von der integrierten Drehmomentregelung des oben angeführten Antriebssystems übernommen wird.One embodiment provides to secure the electric drive and thus the drum cylinder by means of an electrically opening, each loading holding brake. A wear-affected slip clutch is not provided, since its function is taken over by the integrated torque control of the above-mentioned drive system.

Für die gleichmäßige Aufwicklung des Seils ist es vorteilhaft, dass die Seilführung Sensoren zur Erkennung der Laufrichtung des Seils aufweist. Erreicht das Seil einen Rand des Trommelzylinders, kann eine Umkehrung der Laufrichtung des Führungsmittels erfolgen. Die Sensoren können Teil der Seilführung sein, indem sie beispielsweise axial endseitig am Seilführungsantrieb angeordnet sind. Sie können aber auch als optische Sensoren berührungslos von außen die Position der Seilführung detektieren.For the uniform winding of the rope, it is advantageous that the cable guide has sensors for detecting the running direction of the rope. If the rope reaches an edge of the drum cylinder, a reversal of the direction of the guide means can take place. The sensors may be part of the cable guide, for example by being arranged axially end on the cable guide drive. However, they can also detect the position of the cable guide as optical sensors without contact from outside.

Anstelle von Sensoren oder zusätzlich zu diesen kann die Bewegung des Führungsmittels auch durch mechanische Zwangsmittel derart vorgegeben sein, dass eine automatische Richtungsumkehr an den Endpunkten erfolgt.Instead of sensors or in addition to these, the movement of the guide means can also be predetermined by mechanical force means such that an automatic reversal of direction takes place at the end points.

In einer nächsten Ausgestaltung ist die Seilführung mit einer Stützrolle zur Führung des Seils am Schiffchen versehen. Die Stützrolle vergleichmäßigt die Belastungen und verhindert, dass Einlaufspuren entstehen. Vorzugsweise ist auf jeder Axialseite des Schiffchens jeweils zumindest eine Stützrolle angeordnet.In a next embodiment, the cable guide is provided with a support roller for guiding the rope on the boat. The support roller makes the loads even and prevents infeed marks. Preferably, at least one support roller is arranged on each axial side of the shuttle.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die Seiltrommel einen Winkellagengeber auf, dessen Signal dazu genutzt wird, die Länge des abgewickelten Seils rechnerisch zu ermitteln. Dazu ist der Winkellagengeber mit einer Auswerteelektronik als einem Rechenwerk verbunden, das entweder einen Teil der Seiltrommel bildet oder extern angeordnet ist. Alternativ wird die Seillänge direkt aus der Regelung des Trommelantriebs errechnet. Beide Ausgestaltungen ermöglichen ein Verfahren, die Seillänge kontinuierlich zu ermitteln. Die Seillängenermittlung ist aufgrund der drehfesten Kopplung der Antriebe zuverlässig möglich.In a further embodiment, the cable drum has an angular position sensor whose signal is used to calculate the length of the unwound cable by calculation. For this purpose, the angular position sensor is connected to a transmitter as an arithmetic unit, which either a Part of the cable drum forms or is arranged externally. Alternatively, the rope length is calculated directly from the control of the drum drive. Both embodiments allow a method to determine the rope length continuously. The rope length determination is reliably possible due to the non-rotatable coupling of the drives.

Die Seiltrommel kann dennoch zusätzlich mit einer separaten Einrichtung zur Erfassung des Seilendes ausgestattet sein, um redundant sicherzustellen, dass das Seil nicht vollständig abgewickelt wird. Das Seil ist üblicherweise mit einem Ende fest mit der Seiltrommel verbunden, bevor es aufgewickelt wird. Durch den Trommelantrieb wird im Betrieb das Seil derart kraftbeaufschlagt, dass unabhängig von abgewickelten Seillänge eine konstante Vorspannung gewährleistet ist.The cable drum may still be additionally equipped with a separate device for detecting the end of the rope to redundantly ensure that the rope is not completely unwound. The rope is usually connected at one end to the cable drum before it is wound up. During operation, the drum drive forces the cable in such a way that a constant prestressing is ensured, independent of unwound rope length.

Um das Abwickeln des Seils sicher auf das zulässige Höchstmaß beschränken zu können, ist beispielsweise vorgesehen, im Mantel der Seiltrommel an der Stelle, die dem maximal zulässigen Abwickeln des Seils entspricht, beispielsweise vor dem Beginn der fünft- oder drittletzten Windung des abgewickelten Seils, einen Sensor anzubringen Der Sensor kann ein Abheben des Seils an dieser Stelle detektieren. Hierzu ist beispielsweise ein induktiver Näherungsschalter geeignet. Der Näherungsschalter kann selbst Teil einer Bremsvorrichtung sein oder über weitere Bauteile auf eine Bremseinrichtung einwirken, die ein vollständiges Abwickeln mechanisch unterbindet.To be able to confine the unwinding of the rope safely to the maximum allowable, for example, provided in the jacket of the cable drum at the point corresponding to the maximum allowable unwinding of the rope, for example, before the start of the fifth or third last turn of the unwound rope, a Attach sensor The sensor can detect a lifting of the rope at this point. For this purpose, for example, an inductive proximity switch is suitable. The proximity switch may itself be part of a braking device or act on further components on a braking device which mechanically prevents complete unwinding.

Die Seiltrommel kann Endschalter aufweisen, um eine zu große Abwicklung automatisch zu unterbinden. Zusätzlich kann die Seiltrommel mit Schnittstellen zur Signalweitergabe der Sensoren an eine externe Regelelektronik oder auch zur Anzeige der Betriebsparameter versehen sein.The cable drum can have limit switches to automatically prevent excessive handling. In addition, the cable drum can be provided with interfaces for signal transmission of the sensors to an external control electronics or for displaying the operating parameters.

Die Leistungselektronik kann direkt in die Seiltrommel integriert sein, so dass die Seiltrommel als eine kompakte, vormontierte Einheit verbaubar ist. Sie eignet sich aufgrund dieser geringen Abmessungen und des guten Wirkungsgrades besonders für Außenbordwinden von Hubschraubern. Alternativ kann sie auch am Einbauort vorgesehen werden.The power electronics can be integrated directly into the cable drum so that the cable drum can be built as a compact, preassembled unit. It is particularly suitable for outboard helicopters due to its small size and good efficiency. Alternatively, it can also be provided at the installation site.

Zusammenfassend stellt die Erfindung eine Seiltrommel bereit, die über das Seil eine ausreichend große Reibkraft an einem Spill bewirkt. Die Reibkraft am Spill ist damit in beiden Wickelrichtungen ausreichend hoch, um die angehängte Last sicher zu heben oder zu senken. Die erfindungsgemäße Seiltrommel eignet sich besonders für Spillwinden, die für mobile Einsätze bestimmt sind.In summary, the invention provides a cable drum which causes a sufficiently large frictional force on a spill over the rope. The friction force on the spill is thus sufficiently high in both winding directions to safely lift or lower the attached load. The cable drum according to the invention is particularly suitable for capstan winches intended for mobile use.

Die einzige Abbildung zeigt eine Seiltrommel 1 einer nicht weiter dargestellten Spillwinde für einen Hubschrauber. Die Seiltrommel 1 weist einen Trommelzylinder 2 zum Aufrollen eines Seils 3 auf, das in der Regel als ein Stahlseil ausgebildet ist. Vom Seil 3 ist nur ein Teil der ersten Seillage dargestellt. Das eine Seilende ist am Mantel des Trommelzylinders 2 über ein nicht gezeigtes Schloss in Form einer Klemme kraftschlüssig gesichert.The only picture shows a cable drum 1 a not shown spill winch for a helicopter. The rope drum 1 has a drum cylinder 2 for rolling up a rope 3 on, which is usually designed as a steel cable. From the rope 3 is only a part of the first rope layer shown. The one end of the rope is on the jacket of the drum cylinder 2 secured non-positively by a lock, not shown, in the form of a clamp.

Der Trommelzylinder 2 weist einen zylindrischen Mantel auf, auf dessen Radialaußenfläche das Seil 3 lagenweise aufgewickelt wird. Axial ist der Mantel durch eine ringscheibenförmige und eine ringförmige Trommelzylinderwand begrenzt, die jeweils einen begrenzenden Bord 12 bilden. um die Stapelung mehrerer radial übereinander angeordneter Seillagen zu ermöglichen. Damit die erste Seillage über die gesamte Trommelbreite aufgewickelt werden kann, ist das Schloss an einer der Borde 12 oder zumindest nahe zu ihnen angeordnet.The drum cylinder 2 has a cylindrical shell on the radial outer surface of the rope 3 wound up in layers. Axial, the shell is bounded by an annular disk-shaped and an annular drum cylinder wall, each having a limiting board 12 form. to allow the stacking of several radially superposed cable layers. So that the first layer of rope can be wound up over the entire drum width, the lock is on one of the shelves 12 or at least arranged close to them.

Der Trommelzylinder 2 wird über einen als Torquemotor ausgebildeten elektrischen Trommelantrieb 4 angetrieben. Der Trommelantrieb 4 ist teilweise innerhalb des als Hohlzylinder ausgebildeten Trommelzylinders 2 angeordnet und ragt einseitig aus dem Trommelzylinder 2 hervor. Der Trommelzylinder 2 ist drehfest mit dem Rotor des Trommelantrieb 4 verbunden und wird über einen Inverter aus dem 28 V-Gleichspannungsbordnetz oder dem 115 V-Wechselstromnetz mit Energie versorgt. Der elektrische Trommelantrieb 4 ist elektronisch geregelt.The drum cylinder 2 is a trained as a torque motor electric drum drive 4 driven. The drum drive 4 is partially within the drum cylinder designed as a hollow cylinder 2 arranged and protrudes on one side from the drum cylinder 2 out. The drum cylinder 2 is non-rotatable with the rotor of the drum drive 4 and is powered by an inverter from the 28 V DC or 115 V AC grid. The electric drum drive 4 is electronically regulated.

Aufgrund der gleichmäßigen Wicklung wird die Drehgeschwindigkeit des Trommelantriebs 4 innerhalb der gleichen Seillage nicht angepasst, um einen konstanten Zug zu gewährleisten. Beim Wechsel auf die nächste Seillage wird die Konstanz der Zugspannung durch Anpassung des Drehmoments des Trommelzylinders 2 und damit durch Anpassung der Drehzahl des Trommelantriebs 4 bewirkt. Bei etwa zehn Seillagen erfolgt eine Reduzierung der Drehzahl von der innersten auf die äußerste Seillage um etwa die Hälfte; gleichzeitig steigt das erforderliche Drehmoment auf etwa das Doppelte.Due to the uniform winding, the rotational speed of the drum drive 4 not adjusted within the same rope layer to ensure a constant pull. When changing to the next rope layer, the constancy of the tension is adjusted by adjusting the torque of the drum cylinder 2 and thus by adjusting the speed of the drum drive 4 causes. At about ten rope days, a reduction of the speed from the innermost to the outermost layer of rope takes place by about half; at the same time the required torque increases to about twice.

Durch die konstante Zugspannung ist sichergestellt, dass in allen Betriebszuständen genügend Reibmoment zwischen dem Seil 3 und dem nicht dargestellten Spill der Spillwinde zur Verfügung steht. Das Seil 3 umschließt daher das Spill so eng, dass die erforderliche Reibung stets hoch genug ist, um die Antriebskraft des Spills auf das Seil 3 zu übertragen.Due to the constant tension it is ensured that in all operating conditions enough frictional torque between the rope 3 and the spill of the capstan, not shown, is available. The rope 3 therefore encloses the spill so tightly that the required friction is always high enough to increase the driving force of the spill on the rope 3 transferred to.

Die Drehbewegung des Trommelzylinders 2 wird über ein Kopplungsglied 8 auf einen Seilführungsantrieb 7 einer Seilführung 5 übertragen. Der Seilführungsantrieb 7 weist eine Spindel 17 mit einem Schiffchen 16 als Führungsmittel 6 und einem endseitigen, nicht dargestellten Zahnrad auf, das mit dem als eine Zahnradbaugruppe 18 ausgebildeten Kopplungsglied 8 die Spindel 17 drehphasenfest mit dem Trommelzylinder 2 verbindet. Die Bewegung des auf der Spindel 17 angeordneten Führungsmittels 6 erfolgt damit „synchron” zur Trommeldrehzahl. Dazu übersetzt die Zahnradbaugruppe 18 die durch den Trommelantrieb 4 auf den Seilführungsantrieb 7 ausgeübte Drehbewegung. Sie stellt dadurch eine Axialbewegung des Schiffchens 16 sicher, die der Gewindesteigung der Spindel 17, und dem Trommeldurchmesser angepasst ist. Die Übersetzung ist so gewählt, dass das Schiffchen 16 stets radial über dem Abschnitt des Trommelzylinders 2 positioniert ist, der der Sollspur des Seils 3 entspricht. Dadurch erfolgt eine dichte Wicklung mit fester Anzahl der Umschlingungen je Seillage.The rotation of the drum cylinder 2 is via a coupling element 8th on a cable guide drive 7 a rope guide 5 transfer. The cable guide drive 7 has a spindle 17 with a boat 16 as a guide 6 and an end-side gear, not shown, with the as a gear assembly 18 trained coupling member 8th the spindle 17 rotationally fixed with the drum cylinder 2 combines. The movement of the on the spindle 17 arranged guide means 6 thus takes place "synchronously" to the drum speed. To do this translates the gear assembly 18 through the drum drive 4 on the cable guide drive 7 applied rotational movement. It thereby provides an axial movement of the shuttle 16 sure, the thread pitch of the spindle 17 , and the drum diameter is adjusted. The translation is chosen so that the boat 16 always radially over the section of the drum cylinder 2 is positioned, that of the target track of the rope 3 equivalent. This results in a tight winding with a fixed number of wraps per rope layer.

Die Spindel 17 weist in einem Mittenbereich 11 über die Trommelbreite einen konstanten Gewindegang auf. Lediglich an den Spindelenden 13 und 15 nimmt die Spindelsteigung derart ab, dass das Schiffchen 16 für zwei Umdrehungen des Trommelzylinders 2 in der jeweiligen Endposition verbleibt oder der Vorschub zumindest soweit verringert ist, dass auch am Trommelrand eine komplette Füllung der Seillage sichergestellt ist. Das Wickelbild wird dadurch verbessert.The spindle 17 points in a middle area 11 over the drum width on a constant thread. Only at the spindle ends 13 and 15 takes the spindle pitch from such that the shuttle 16 for two turns of the drum cylinder 2 remains in the respective end position or the feed is at least reduced so much that even at the edge of the drum a complete filling of the rope layer is ensured. The winding pattern is thereby improved.

Zur weiteren Verbesserung der Seilzuführung sind am Schiffchen 16 zwei Stützrollen 19, 21 angeordnet. Die Stützrollen 19, 21 führen das Seil 3, bewirken eine gleichmäßige Abstützung und können somit Einlaufspuren verhindern oder zumindest verringern.To further improve the rope feed are on the boat 16 two support rollers 19 . 21 arranged. The support rollers 19 . 21 lead the rope 3 , provide a uniform support and thus can prevent or at least reduce run-in traces.

Zur Ermittlung der Seillänge dient ein als Resolver ausgebildeter Winkellagegeber 14. Der Winkellagegeber 14 ist am Trommelantrieb 4 angeordnet und erfasst die Drehwinkelstellung des Rotors in einem periodischen Bereich von 0° bis 360°, und auch die Anzahl der erfolgten Umdrehungen. Die Seillage, die gerade abgewickelt wird, wird durch die Spindelsensoren 9, 10 erfasst und in einer nicht dargestellten elektronsichen Baueinheit gespeichert. Die Länge des abgerollten Seils 3 kann dann nicht nur auf einfache Weise und ohne das Seilspill ermittelt werden. Die Längenermittlung ist auch gegenüber unvorhergesehenen Ereignissen besonders fehlerunanfällig, da der Resolver die Absolutposition des Rotors erfasst und nicht wie Inkrementalgeber einer Referenzierung bedarf. Ferner kann eine kontinuierliche Ermittlung der Seillänge erfolgen. Der Resolver wird gleichzeitig zur Pulsweitenmodulationsansteuerung genutzt.To determine the rope length is designed as a resolver angular position encoder 14 , The angular position encoder 14 is on the drum drive 4 arranged and detects the rotational position of the rotor in a periodic range from 0 ° to 360 °, and also the number of turns made. The rope layer that is being unwound is through the spindle sensors 9 . 10 recorded and stored in an electronic unit, not shown. The length of the unrolled rope 3 can then be determined not only in a simple way and without the rope capstan. The length determination is particularly error-prone to unforeseen events, since the resolver detects the absolute position of the rotor and does not require referencing like incremental encoders. Furthermore, a continuous determination of the rope length can take place. The resolver is used simultaneously for pulse width modulation control.

Die Spindelsensoren 9 und 10 sind an den Endpunkten der Spindel 17 angeordnet und erfassen das Umschalten der Laufrichtung des Schiffchens 16. Ein weiterer Sensor, der vorliegend auch als Schalter fungiert, stellt redundant zur rechnerischen Seillängenerfassung als Mittel 20 zur Seilendeerkennung sicher, dass in jedem Fall eine vorgegebene Mindestanzahl an Umschlingungen auf dem Trommelzylinder 2 verbleibt.The spindle sensors 9 and 10 are at the endpoints of the spindle 17 arranged and detect the switching of the direction of the shuttle 16 , Another sensor, which in the present case also acts as a switch, provides redundant calculation of the rope length as a means 20 for rope end detection sure that in any case a predetermined minimum number of wraps on the drum cylinder 2 remains.

Claims

Cable drum ( 1 ) for a capstan, comprising - a drum cylinder ( 2 ) for rolling up a rope ( 3 ), - an electronically controlled, electric drum drive ( 4 ) for rotating the drum cylinder ( 2 ), - a cable guide ( 5 ), which is a guiding means ( 6 ) for axially directed feeding of the rope ( 3 ) on the drum cylinder ( 2 ), - a cable guide drive ( 7 ) for the axial displacement of a direction reversible guide means ( 6 ), - a spindle ( 17 ), with a boat ( 16 ) as the sliding guide means ( 6 ) the cable guide drive ( 7 ), wherein the spindle ( 17 ) has a spindle pitch which in a central region ( 11 ) is constant and at the spindle ends ( 13 . 15 ), and - a coupling member ( 8th ), the cable guide drive ( 7 ) to the drum cylinder ( 2 ) or to the drum drive ( 4 ) rotationally fixed coupled, characterized in that the drum drive ( 4 ) is acted upon by a control electronics so that the cable pull force is constant over the changing winding thickness.

Cable drum according to claim 1, characterized in that the coupling member ( 8th ) as a gear group ( 18 ) or formed as a belt drive.

Cable drum according to claim 1 or 2, characterized in that the cable drum ( 1 ) a sensor for detecting the direction reversal of the guide means ( 6 ) having.

Cable drum according to one of the preceding claims, characterized in that the drum drive ( 4 ) as a brushless DC motor with an angular position sensor ( 14 ) is trained.

Cable drum according to one of the preceding claims, characterized in that the drum drive ( 2 ) is formed as a torque motor or as an assembly of a motor and a transmission.

Cable drum according to one of the preceding claims, characterized in that the drum drive ( 4 ) in the drum cylinder ( 2 ) is integrated.

Cable drum according to one of the preceding claims, characterized in that the cable drum ( 1 ) Medium ( 20 ) for cable end detection.

Cable drum according to one of the preceding claims, characterized in that the cable drum ( 1 ) an angular position sensor ( 14 ) or a controllable drum drive ( 4 ) and for Seillängenermittlung from the phase signal of the angular position sensor ( 14 ) or is connected from the control with an evaluation.

Use of a cable drum according to one of the preceding claims in an outboard winch or an inboard winch of a helicopter.