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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Windenantrieb sowie ein Verfahren zum Betreiben des Windenantriebs.
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Krane und Baumaschinen umfassen häufig hydraulische Antriebssysteme, die eine Hydraulikpumpe in Kombination mit einem Hydraulikmotor aufweisen. Mittels solcher hydraulischer Antriebssysteme werden beispielsweise an Kranen verschiedene Antriebsfunktionen realisiert. Insbesondere können Hubwindenantriebe, Kettenantriebe und/oder Radantriebe in dieser Weise realisiert sein. Dabei wird bekannterweise die Hydraulikpumpe von einem Antriebsagregat, wie beispielsweise von einem Verbrennungsmotor, angetrieben. Der von der Pumpe erzeugte Hydraulikstrom wird von dem damit gekoppelten Hydraulikmotor in die entsprechende Stellbewegung umgesetzt. Um die entsprechende Stellbewegung zu steuern, kann die Drehzahl des Hydraulikmotors entsprechend geregelt werden, wobei hier das Fördervolumen der Hydraulikpumpe und das Schluckvolumen des Hydraulikmotors verstellt werden können, beispielsweise indem verstellbare Schrägscheibenausführungen dieser Kombinationen verwendet werden, wobei jedoch auch andere Ausführungen möglich sind. Die Vorgabe einer gewünschten Drehzahl des Hydraulikmotors kann dabei über einen Bedienhebel erfolgen, welcher vom Bediener der Maschine betätigt wird.
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Bekannt ist dabei beispielsweise die Fördermenge der Hydraulikpumpe proportional zur Vorgabe durch den Bedienhebel zu verstellen. Wenn der Hydraulikmotor als Verstellmotor ausgeführt ist, dann besitzt der Hydraulikmotor eine hydraulische oder eine sonstige Regelung, welche auf die Verstelleinheit des Hydraulikmotors wirkt. Diese schwenkt die Verstelleinheit des Hydraulikmotors in Richtung größeres Schluckvolumen, sobald ein bestimmter vorgegebener Betriebsdruck (der Regeldruck der Verstelleinheit) erreicht ist.
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Ein Nachteil dieser Variante besteht dabei darin, dass die maximale Leistung des Windenantriebs durch die hydraulischen Komponenten und durch den hydraulischen Regler der Verstelleinheit des Hydraulikmotors gegeben ist und nicht während des Betriebs verändert werden kann. Wenn die Antriebsleistung des Antriebsagregates nicht ausreicht, um die geforderte Leistung aufzubringen, so muss das Antriebsagregat durch zusätzliche Regelfunktionen vor Überlastung geschützt werden.
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In einer weiteren bekannten gattungsgemäßen Vorrichtung wird die Fördermenge der Hydraulikpumpe auch proportional zur Vorgabe durch den Bedienhebel verstellt. Der Hydraulikmotor ist dabei als Verstellmotor ausgeführt, bei dem das gewünscht Schluckvolumen über eine elektrische Ansteuerung vorgegeben werden kann. Die Maschine besitzt eine Messeinrichtung, mit welcher die Last an der Winde bestimmt werden kann. Über die gemessene Last wird nun das benötigte Schluckvolumen des Hydraulikmotors errechnet und über die Ansteuerung wird dieses dem Hydraulikmotor vorgegeben. Typischerweise wird bei dieser Lösung zunächst die Pumpenfördermenge erhöht. Wenn die maximale Pumpenfördermenge erreicht ist, wird der Hydraulikmotor von seinem maximalen Schluckvolumen in Richtung kleineres Schluckvolumen verstellt, bis das errechnete Schluckvolumen bei aktueller Last bei 100% Steuervorgabe erreicht ist. Bei dieser Variante können die Höhe der Ansteuerung aufgrund der gemessenen Last auch aus einer gespeicherten Tabelle gelesen werden. Ein Nachteil besteht allerdings darin, dass die Last an der Winde bekannt sein muss.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Winde bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Windenantrieb mit Hydraulikmotor und Steuerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei in der Ölversorgung des Hydraulikmotors wenigstens ein Drucksensor vorgesehen ist, und wobei der Hydraulikmotor in Abhängigkeit von wenigstens einem darin gemessenen Druck sowie in Abhängigkeit von einem Ansteuersignal gesteuert ist.
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Das Ansteuersignal kann dabei beispielsweise durch eine Bedienperson über einen Bedienhebel in die Steuervorrichtung eingegeben werden. Denkbar ist auch, dass ein automatisches Ansteuersignal bzw. ein Automatiksignal von beispielsweise der Steuervorrichtung generiert und zur Steuerung des Hydraulikmotors berücksichtigt wird. Alternativ oder zusätzlich ist ferner denkbar, dass ein externes Ansteuersignal bzw. eine externe Vorgabe zur Steuerung des Hydraulikmotors herangezogen wird. Auf diese Weise lassen sich vorteilhaft weitere gegebenenfalls für eine verbesserte Steuerung des Windenantriebs relevante Faktoren berücksichtigen.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dabei denkbar, dass der Hydraulikmotor als Verstellmotor ausgeführt ist, bei dem das Schluckvolumen über eine elektrische und/oder eine hydraulische Ansteuerung vorgebbar ist.
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Ferner ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel denkbar, dass die Drehzahl des Hydraulikmotors proportional und/oder progressiv zum Ansteuersignal verstellbar ist.
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In weiteren Ausführungsbeispielen ist denkbar, dass die Vorgabe von der Steuerungsvorrichtung an den Hydraulikmotor die von dem Windenantrieb am Hubseil erbrachte Leistung bzw. Vorgabeleistung ist, und/oder dass die Fördermenge einer Hydraulikpumpe des Windenantriebs proportional und/oder progressiv zur Vorgabe durch das Ansteuersignal verstellbar ist. Vorteilhafterweise kann so je nach Betriebsbedingungen eine Kombination proportionaler und progressiver Steuersignale generiert werden oder es können auch rein proportionale oder progressive Steuersignale zur Steuerung des Hydraulikmotors generiert werden.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass in der Steuerungsvorrichtung hinterlegte Kennlinien entsprechende Steuerwerte an den Hydraulikmotor in Abhängigkeit von der von der Winde bzw. von dem Windenantrieb am Hubseil erbrachten bzw. zu erbringenden Leistung angeben.
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Weiter sind Ausführungsbeispiele denkbar, bei denen 0% bis 100% Steuervorgabe durch das Ansteuersignal 0% bis 100% der Vorgabeleistung entsprechen, wobei insbesondere denkbar ist, dass die Vorgabeleistung durch die maximal zur Verfügung stehende Leistung des Hydraulikmotors unter Berücksichtigung der Wirkungsgerade begrenzt ist.
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In einem nächsten Ausführungsbeispiel ist denkbar, dass die maximal zur Verfügung stehende Leistung beim Anheben einer Last die Leistung des Hydraulikmotors ist, und/oder beim Absenken einer Last die Schleppleistung des Hydraulikmotors ist. Bei der Last kann es sich dabei um eine Last handeln, die von dem Kran oder von der Baumaschine entsprechend mittels des Windenantriebs bzw. mittels der Winde angehoben oder abgesenkt wird.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Betreiben eines Windenantriebs nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- • Generieren eines Ansteuersignals auf Basis der gewünschten Leistung des Hydraulikmotors, insbesondere durch die Eingabe an einem Bedienhebel;
- • Erfassen wenigstens eines Hydraulikdrucks am Hydraulikmotor des Windenantriebs;
- • Erfassen der maximal zur Verfügung stehenden Antriebsleistung des Hydraulikmotors; und
- • Vorgabe eine Leistung von der Steuerungsvorrichtung an den Hydraulikmotor.
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Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung werden anhand der 1 erläutert.
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Die einzelne Figur zeigt dabei die schematische Darstellung zur Leistungsberechnung bzw. Leistungssteuerung des Windenantriebs samt entsprechender Winde.
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Die Fördermenge der Hydraulikpumpe 1 wird proportional zur Vorgabe durch den Bedienhebel bzw. Meisterschalter 2 verstellt. Der Hydraulikmotor 3 ist als Verstellmotor 3 ausgeführt, bei dem das gewünschte Schluckvolumen über eine elektrische oder hydraulische Ansteuerung vorgegeben werden kann. Ziel ist es die Drehzahl des Hydraulikmotors 3 bzw. der Winde 4 je nach optimalem Betrieb proportional und/oder progressiv nach einer definierbaren Kennlinie zur Steuervorgabe zu verstellen. Dabei ist es nicht von Bedeutung, bei welcher Bedienhebelstellung die maximale Pumpenfördermenge erreicht wird.
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Vorgabe an das Antriebssystem bzw. an das Antriebsaggregat oder den Hydraulikmotorantrieb, welche den Motor M, die Hydraulikpumpe 1 und den Hydraulikmotor 3 umfassen können, ist die Leistung, die die Windentrommel 4 bzw. Winde 4 am Hubseil erbringen soff, unabhängig von der Drehrichtung der Winde 4. 0% bis 100% Steuervorgabe am Bedienhebel 2 entsprechen dabei 0% bis 100% der Vorgabeleistung. Der Drehzahlwert, welcher 100% Drehzahl entspricht hängt somit von der aktuellen Last an der Winde 4 ab.
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Die gewünschte Vorgabeleistung wird dabei vorteilhafterweise durch die maximal zur Verfügung stehende Leistung des Antriebsagregates unter Berücksichtigung der Wirkungsgrade begrenzt. Beim Anheben einer Last ist dies die Antriebsleistung des Antriebsagregates, beim Absenken einer Last ist dies die Schleppleistung des Antriebsagregates.
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Die Vorrichtung besitzt keine Messeinrichtung, mit welcher die Last an der Winde 4 bzw. das Gewicht an dem Hubseil direkt bestimmt werden kann. Die Maschine besitzt eine Messeinrichtung, mit welcher der Druck am Hydraulikmotor 3 bzw. an der Ölversorgung des Hydraulikmotors 3 gemessen werden kann. Das gewünschte Schluckvolumen des Hydraulikmotors 3 wird nun mit Hilfe des gemessenen Drucks errechnet. Wobei der Druck am Hydraulikmotor 3 durch das Verstellen des Schluckvolumens des Hydraulikmotors 3 selbst beeinflusst und verändert wird. Des Weiteren kann sich der Druck im Antriebssystem auch durch andere äußere Einflüsse, wie z. B. durch den Wechsel des Seils in eine andere Seillage, verändern.
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Das Verfahren bzw. die Vorrichtung ermöglicht es, die durch den Bedienhebel 2 gewünschte Leistung der Windentrommel 4 und somit des die Winde 4 antreibenden Hydraulikmotors 3 rein mit Hilfe der Messgröße Hydraulikdruck des hydraulischen Antriebssystems und Drehzahl des Antriebsagregates zu steuern. Die daraus resultierende Windendrehzahl bei 100% Steuervorgabe wird dabei bei vorgegebener Leistung durch die Last an der Winde 4 bestimmt, wobei die Verstellung der Drehzahl der Winde 4 je nach Betriebseinsatz proportional oder progressiv nach einer definierbaren Trennlinie zur Meisterschaltervorgabe sein kann.
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Vorteilhafterweise kann sich dabei die Last, die auf die Windentrommel 4 wirkt, durch äußere Einwirkungen verändern, ohne dass dies negative Einflüsse auf die Windenansteuerung hat. Die Windensteuerung funktioniert, ohne dass die Last, die am Seil der Winde 4 wirkt, direkt gemessen wird.
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Als Beispiele für eine Veränderung der Last durch äußere Einflüsse gelten das Wechseln des Seils auf der Windentrommel 4 in eine andere Seillage, das Übernehmen eines Teils des Antriebsmomentes von einem zweiten Antriebssystem, welches auf die selbe Windentrommel 4 wirkt und die Veränderung der Last an der Winde 4.
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Vorteilhafterweise kann sich bei diesem Steuerungsverfahren die Drehzahl des Antriebsagregates und somit die Pumpenfördermenge je nach aktueller Last an der Winde 4 ändern, ohne dass dies für den Bediener merkbare Auswirkungen auf die Leistung der Winde 4 hat. Dies ist insbesondere von Vorteil, um die Drehzahl des Antriebsagregates verringern zu können, um weniger Schleppleistung zu haben und das Gerät somit in einem Betriebszustand zu betreiben, in dem Treibstoff gespart wird und der CO2-Ausstoss verringert wird.
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Die vorliegende Erfindung kann es somit ermöglichen, die durch den Bedienhebel 2 gewünschte Leistung der Windentrommel 4 proportional und/oder progressiv zur Ansteuerung durch den Bedienhebel 2 rein über eine Druckmessung im verstellbaren Hydraulikmotor 3 und über die gemessene Drehzahl des Antriebsagregates, d. h. insbesondere ohne Messung der Last, die an der Winde 4 zieht, auch bei mehrlagigem Betrieb der Winde 4, bei sich verändernder Last an der Winde 4, bei sich veränderndem Druck im Verstellmotor 3 und bei sich verändernder Drehzahl des Antriebsagregates und somit sich verändernder Fördermenge der Ölversorgung zu steuern. Dabei kann sich zum Teil der Druck durch andere zusätzliche Lasteinwirkung auf das Windengetriebe ändern, wie es beispielsweise bei einer Teillastübernahme durch Verstellmotoren eines weiteren Ölmotorantriebes, welche auf dasselbe Windengetriebe wirken, erfolgen kann.
