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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich allgemein auf Systeme und Verfahren zur Steuerung einer Winde.
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 6. Oktober 2014 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/060.296 „PROGRAMMIERBARE STEUERUNGEN FÜR EINE WINDE”, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme in jeder Hinsicht mitumfasst ist.
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Fahrzeuge, wie beispielsweise Motorsportfahrzeuge, auf Baustellen und von Bauunternehmern verwendete gewerbliche LKWs/Nutzfahrzeuge, Abschleppwagen und andere Nutzfahrzeuge sind oft mit Hilfssystemen (z. B. Zubehör) wie z. B. Winden, Pflügen, Scheinwerfern und Kompressoren ausgestattet. Winden können bei der Herstellung so vorprogrammiert werden, dass sie innerhalb bestimmter mechanischer und elektrischer Betriebsgrenzen arbeiten. Zum Beispiel kann der Windenbetrieb auf eine eingestellte Stromgrenze begrenzt werden, die sich auf die Zugkraft der Winde beziehen kann. Deshalb kann die Winde nicht oberhalb einer eingestellten Windenzugkraft oder Versorgungsstrom betrieben werden. Als weiteres Beispiel kann die Drehgeschwindigkeit einer Windentrommel auf der Spannung des Windenseils basieren. Ein voreingestellter Windenbetrieb kann dazu führen, dass sich die Windentrommel bei geringerer Spannung am Windenseil schneller dreht als dies der Fall ist, wenn das Windenseil einer höheren Spannung ausgesetzt ist. Außerdem kann die Windendrehzahl auf einer voreingestellten Motorleistungskurve basieren, die während dem Windenbetrieb nicht verändert werden kann. Nicht einstellbare und voreingestellte Windenbetriebsbereiche und -parameter können bei bestimmten Windenanwendungen zu einer reduzierten Windenleistung führen.
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Somit können die oben genannten Probleme zumindest teilweise durch ein Windensystem mit Steuerung angegangen werden, das den Windenmotorbetrieb anhand einer Lastgrenze automatisch auf die Lastgrenze einstellt, die von der Steuerung in Abhängigkeit von der Betriebsart der Winde auf verschiedene Stufen eingestellt wurde. Auf diese Weise kann die Steuerung den Windenmotorbetrieb anhand einer Lastgrenze einstellen, die auf dem Windenmodus basiert. Dadurch wird der Wirkungsgrad erhöht und der Leistungsabfall an der Winde kann in den verschiedensten Windenmodi reduziert werden.
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Die oben genannten Probleme können in einem weiteren Beispiel zumindest teilweise durch eine Methode zur Steuerung des Windenmotors anhand einer Lastgrenze angegangen werden, wobei die Lastgrenze durch die Windensteuerung automatisch in Abhängigkeit der Betriebsart der Winde auf verschiedene Stufen eingestellt wird. Auf diese Weise kann der Motor der Winde anhand unterschiedlicher Betriebsmodi der Winde eingestellt werden. Die Windenleistung kann deshalb auf spezifische Anwendungen zugeschnitten und die Windenleistung erhöht werden.
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Es sei klargestellt, dass die obige Zusammenfassung dazu dient, einige der in der Detaillierten Beschreibung eingehend beschriebenen Konzepte in vereinfachter Form darzustellen. Es werden keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands bezeichnet, deren Umfang einzig und allein in den Ansprüchen definiert wird, die der Detaillierten Beschreibung folgen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die einen der oben oder in einem Teil dieser Offenbarung genannten Nachteile beheben.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Winde.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuersystems für eine Seilwinde.
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3 zeigt das Flussdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen der Arbeitsweise des Windenmotors.
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4 zeigt das Flussdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen der Zugkraft einer Winde.
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5 zeigt das Flussdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen des Windenbetriebs anhand eines Haken-Näherungssensors an der Winde.
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6 zeigt das Flussdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen des Windenmotors anhand der Motortemperatur.
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7 zeigt das Flussdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen der Arbeitsweise des Windenmotors anhand der Auswahl eines von mehreren durch den Benutzer vorprogrammierten Leistungsprofilen.
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8 zeigt das Flussdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen eines Windenmotors, um ein Windenseil mit konstanter Kraft und/oder Geschwindigkeit zu ziehen.
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Die folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Einstellen der Arbeitsweise von Windenmotoren anhand der beabsichtigten Verwendung der Winde und/oder von Windenbetriebsparametern. Zu einer in 1 beispielhaft gezeigten Winde kann ein Steuermodul mit Anweisungen zum Einstellen des Windenbetriebs gehören. Ferner können ein oder mehrere von der Winde getrennte Hilfssysteme (oder Geräte) elektrisch mit dem Windensteuermodul gekoppelt werden. Beispielsweise kann ein Pflug auf dem gleichen Fahrzeug wie die Winde montiert und mit dem Windensteuermodul elektrisch gekoppelt werden. Als solches kann ein Windensteuermodul den Betrieb der Hilfssysteme durch Senden von Steuersignalen (zum Beispiel Befehlen) an die Hilfssysteme regulieren. In einem in der Funktionszeichnung in 2 gezeigten Beispiel kann der Windenbetrieb und der Hilfssystembetrieb über eine Steuerung geregelt werden, die in Kommunikation mit dem Windensteuermodul steht. Über eine im Flussdiagramm in 7 gezeigten Reihe von Tasten und Anzeigen der Benutzerschnittstelle kann der Benutzer über das Windensteuermodul verschiedene Betriebsmodi wählen, die den Motorbetrieb entsprechend der gewünschten Aktivität der Winde regulieren. Wie in 8 gezeigt, könnte der Benutzer beispielsweise einen konstanten Last-Modus wählen, der die Windenmotor-Spannung und/oder -Strom auf eine konstante Zugkraft einstellt. Wie in den Flussdiagrammen in den 4–6 gezeigt, unterlägen alle optionalen Betriebsmodi den technischen Begrenzungen von bestimmten oberen Schwellenwerten oder voreingestellten Grenzwerten für Motortemperatur, Last und Nähe des Hakens zur Seilführung, um die Winde vor möglichen Schäden zu schützen. Wie im Flussdiagramm in 3 gezeigt, bezieht sich die folgende Beschreibung auf Systeme und Verfahren zur Bereitstellung einer nahtlosen Integration von Sicherheitsmerkmalen und bestimmten Betriebsmodi für eine Winde.
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1 zeigt eine Ausführungsform einer Winde 10, die im in 2 gezeigten Steuersystem verwendet werden und mit Hilfe der weiter unten beschriebenen Verfahren geregelt werden kann. Als solches können die unten mit Blick auf die 3–8 beschriebenen Verfahren dazu verwendet werden, die Arbeitsweise eines Windenmotors in der in 1 gezeigten Ausführungsform oder eine andere Art von Winde oder Hebesystem zu regulieren. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorderseite einer ersten Ausführungsart einer Winde 10. Die Winde 10 umfasst eine Motoranordnung 12, die mit dem Untersetzungsgetriebe 14 antreibend verbunden ist. Die Motoranordnung 12 umfasst zum Betrieb der Winde 10 einen Motor. Wie weiter unten beschrieben ist, kann der Motor über die Batterie des Fahrzeugs betrieben werden, an das die Winde 10 installiert ist. Zum Beispiel kann die Winde 10 an die Stirnseite des Fahrzeugs montiert werden. Der Motor liefert eine Leistung an das Untersetzungsgetriebe 14 und das Untersetzungsgetriebe 14 (beispielsweise die Übertragung an die Winde 10) liefert ein Antriebsmoment an die drehbare Trommel 16. Zum Untersetzungsgetriebe 14 kann eine ferngesteuerte Kupplung im Inneren des Abschlussgehäuses gehören. Wie in 1 gezeigt, ist die drehbare Trommel 16 ein Zylinder. Das Kabel 18 (z. B. ein Seil) mit dem Haken 28 an seinem Ende kann von der drehbaren Trommel 16 aufgewickelt oder abgewickelt werden, um verschiedene Zugarbeiten auszuführen. Das Kabel 18 kann beispielsweise über die Drehrichtung der Trommel von der Winde 10 (beispielsweise von der Trommel) abgewickelt oder (beispielsweise auf die Trommel) aufgewickelt werden. Die Seilführung 30 führt das Kabel 18 und wirkt als sicherer Haltepunkt für den Haken 28, wenn er eingezogen wird. In einem Beispiel kann die Seilführung 30 an der Stirnseite vor Winde befestigt werden. Genauer gesagt kann die Seilführung 30 vor der Trommel 16 angeordnet sein und den Haken 28 daran hindern, vollständig in die Winde 10 und auf die Trommel 16 gezogen zu werden. In einem anderen Beispiel kann die Seilführung 30 vor der Winde 10 und der Trommel 16 an der vordersten Position des Fahrzeugs (beispielsweise an der Stirnseite des Fahrzeugs) angebracht werden. Die Seilführung 30 kann eine rechteckige Platte mit einem Schlitz sein, der breit genug ist, um das Kabel 18 durchzulassen. Allerdings kann der Schlitz (beispielsweise eine Öffnung) auch klein genug sein, um den Haken 28 nicht durch die Öffnung rutschen zu lassen.
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Die Verbindungsplatte 20 kann so angeordnet werden, dass sie den ersten Trommelträger 22 der Motoranordnung 12 und den zweiten Trommelträger 24 des Untersetzungsgetriebes 14 miteinander verbindet. Die Steuereinheit 26 kann an der Verbindungsplatte 20 lösbar montiert werden. Die Steuereinheit 26 bietet die elektrischen Verbindungen und die Komponenten für die Montage in einem Gehäuse. In einem Beispiel ist die Steuereinheit 26 an die Verbindungsplatte 20 montiert. In einem anderen Beispiel wird die Steuereinheit 26 mittels einem Distanz-Montagesatz mit einem kleinen Abstand zur Winde 10 montiert. Der erste Trommelträger 22 und der zweite Trommelträger 24 bilden eine tragende Stützstruktur, um die drehbare Trommel 16 drehbar zu halten.
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In einem Beispiel wird die in 1 gezeigte Winde 10 auf einem Fahrzeug wie einem Lastwagen oder einem anderen gewerblichen Fahrzeug installiert.
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In 2 zeigt die Funktionszeichnung 200 ein Schaubild der (in 1 gezeigten) Winde 10 samt Steuersystem für das Zubehör. Das System enthält die Winde 10, die mit dem Benutzereingabeteil 204 elektrisch verbunden ist. In 2 stellen die durchgezogenen Linien zwischen den Systemkomponenten physikalische elektrische Verbindungen zwischen den Bauteilen dar. In manchen Beispielen können eine oder mehrere dieser elektrischen Verbindungen drahtlose Zweiwegeverbindungen zwischen den verbundenen Bauteilen sein. Genauer gesagt gehören zu den Bauteilen der Winde 10 (beispielhaft die in 1 gezeigten Bauteilen der Winde 10) auch das Windensteuermodul 216 und ein oder mehrere Zusätze, die mit dem Fahrzeug verbunden sind, an dem die Winde montiert ist. Beispielsweise kann sich das Windensteuermodul 216 innerhalb der (in 1 gezeigten) Steuereinheit 26 befinden, die sich wiederum nahe an oder entfernter von der Winde 10 befinden kann. Das Benutzereingabeteil 204 kann im inneren des Fahrzeugs, beispielsweise am Armaturenbrett, Lenker, Überrollbügel oder an einer anderen Fahrzeugstelle angebracht sein und Steuersignale an das Windensteuermodul 216 senden und Rückkopplungssignale vom Windensteuermodul 216 empfangen. In einem anderen Beispiel kann das Benutzereingabeteil 204 eine drahtlose Fernbedienung oder eine andere Art von drahtloser Benutzerschnittstelle sein. Es sollte auch beachtet werden, dass das Windensteuermodul 216 drahtlos oder über eine drahtgebundene elektrische Verbindung mit der Steuerung des Fahrzeugs kommunizieren kann, in dem es installiert ist.
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Der Windenteil (z. B. Winde) 10 umfasst einen Windenmotor 226, der in der Motoranordnung 12 der Winde 10 positioniert ist. Der Windenmotor-Thermofühler 206 kann mit dem Motor gekoppelt werden und die Temperatur der Winde (z. B. die Motortemperatur) messen. Die Winde 10 kann auch mit einem Strom- und/oder Spannungssensor 208, einem mit der Seilführung 30 und/oder dem Haken 28 gekoppelten Haken-Näherungssensor (beispielsweise einem Seilführungssensor) 210 zum Messen des Abstands zwischen dem Haken und der Seilführung oder einem Winkellagesensor (z. B. Schichtfühler) 212 ausgerüstet sein, der über die Trommel 16 und/oder den Freilauf-Kupplungsstellglied 214 mit der Winde verbunden werden kann. Wird die Kupplung der Winde 10 vom Windengetriebe (z. B. Untersetzungsgetriebe 14) ausgekuppelt, kann sich die Trommel frei und ohne Einfluss durch das Untersetzungsgetriebe und den Motor drehen. Als solches befindet sich die Trommel im Freilauf. In einem Beispiel ist das Kupplungsstellglied 214 ein elektrisches Gerät, beispielsweise eine elektrische Magnetspule, zum Verschieben des Windengetriebes in den ausgekuppelten Zustand, damit sich die Trommel im Freilauf befindet sowie das Getriebe wieder in die Trommel für den normalen Windeneinzug und -auszug (z. B. für Seilzugarbeiten) eingekuppelt werden kann. Zusätzlich können zur Winde 10 ein oder mehrere am Fahrzeug angekoppelte Zubehörteile gehören. 2 zeigt das erste Zubehörteil (z. B. das erste Hilfssystem) 236.
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Wie oben beschrieben ist das Windensteuermodul 216 in der Steuereinheit 26 (in den 1–2 gezeigt) der Winde 10 untergebracht. Zur Steuereinheit 26 der Winde 10 gehört auch die Windenmotorsteuerung 224. Sowohl die Windenmotorsteuerung 224 als auch das Windensteuermodul 216 sind mit der Fahrzeugbatterie 228 verbunden. Das Windensteuermodul 216 liefert Steuersignale an die Windenmotorsteuerung 224, das den Strom von der Fahrzeugbatterie 228 bezieht und an den Windenmotor 226 liefern kann. Wie oben beschrieben, steuert das Windensteuermodul 216 auch das Kupplungsstellglied 214. Zusätzlich kann ein Zubehörteil, wie das erste Zubehörteil 228, über eine elektrische Kopplung mit einem Nebeneingang oder einer anderen Art der elektrischen Verbindung auch mit dem Steuermodul 216 an den Steuereingängen 222 des Steuermoduls 216 verbunden werden. Die Steuereingänge 222 können weiterhin über einen Winden-Schützsteuereingang verfügen, der mit der Windensteuerung 224 kommuniziert. Zusätzlich können die Steuereingänge 222 über einen Winden-Kupplungsstellgliedeingang verfügen, der mit dem Kupplungsstellglied 214 kommuniziert.
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Das Windensteuermodul 216 enthält ferner einen Mikrocontroller (MCU) 218 mit programmierbaren Daten zum Betrieb der Windenkomponenten und einer Vielzahl von an das Windensteuermodul 216 angekoppelten Zubehörteilen. Zum Beispiel kann das Windensteuermodul über den Mikrocontroller 218 Steuersignale an das erste Zubehörteil 236 senden und das erste Zubehörteil 236 kann Rückkopplungssignale an den Mikrocontroller 218 des Windensteuermoduls 216 senden. Ferner kann das Windensteuermodul 216 über die entsprechenden Steuereingänge eine elektrische Verbindung zwischen der Fahrzeugbatterie 228 und dem ersten Zubehörteil 236 herstellen.
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Die Winde 10 kann auch mit dem Fahrzeug-Controller-Area-Network(CAN)-Bus 252 kommunizieren, um die Kommunikation zwischen dem Windensteuermodul 216 und der Fahrzeugsteuerung 290 herzustellen. Der CAN-Bus 252 kann Informationen entsprechend einer festgelegten Frequenz austauschen. Insbesondere kann das Windensteuermodul 216 über ein mit der MCU 218 elektrisch gekoppeltes CAN-Modul 221 zur elektronischen Kommunikation zwischen dem Windensteuermodul 216 und dem CAN-Bus 252 verfügen. Das CAN-Modul 221 kann vom Mikrocontroller 218 empfangene Signale in einen CAN-Datenstrom umwandeln, der dann über den CAN-Bus 252 an die Steuerung 290 übertragen werden kann. Ebenso kann das CAN-Modul einen von der Steuerung 290 empfangenen CAN-Datenstrom in ein vom Mikrocontroller 218 interpretierbares elektrisches Signal umwandeln und weiterleiten. Der CAN-Bus 252 kann daher die elektronische Kommunikation zwischen der Fahrzeugsteuerung 290 und dem CAN-Modul 221 herstellen.
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Durch Verbinden des Windensteuermoduls 216 mit dem CAN-Bus 252 kann der Betrieb der Winde 10 anhand einem Fahrzeugmodell, an das die Winde 10 angekoppelt ist und/oder anhand von Fahrzeugbetriebsparametern eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Windentragzahl anhand des Fahrzeugmodells, an das die Winde 10 angekoppelt ist, eingestellt werden. Das Einstellen der Windentragzahl anhand des Fahrzeugmodells kann die Genauigkeit der geschätzten Windentragzahl erhöhen. Auf diese Weise kann die Leistung der Winde 10 bei gleichzeitigem Abbau des Leistungsabfalls an der Winde 10 erhöht werden. Ferner kann der Betrieb der Winde 10 anhand von einem oder mehreren Fahrzeugbetriebsparametern wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeugneigung, Lenkwinkel, Motortemperatur, Bremsdruck, Motorlast, Ladezustand der Batterie 228 und Strom- und/oder Spannungsausgang von der Batterie 228, usw. eingestellt werden. Insbesondere können Windendrehzahlgrenze, Lastgrenze und Temperaturgrenze anhand von Fahrzeugbetriebsparametern einzeln oder zusammen eingestellt werden. Durch das Einstellen des Windenbetriebs anhand der Betriebsbedingungen des Fahrzeugs kann die Windenleistung unter verschiedenen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs erhöht und der Leistungsabfall an der Winde 10 reduziert werden.
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Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Fahrzeugbetrieb anhand der gegenwärtigen Windenbetriebsbedingungen eingestellt werden. Beispielsweise kann die Leerlaufgeschwindigkeit des Fahrzeugs erhöht werden, wenn die Winde 10 eingeschaltet wird und/oder die Windenlast einen bestimmten Schwellenwert übersteigt. Ferner können Fahrzeugzubehörteile ein- oder ausgeschaltet werden, wenn sich Windendrehzahl, Last, Motortemperatur, Strom- und/oder Spannungsverbrauch, Ladezustand der Batterie 228, Strom- und/oder Spannungsausgang der Batterie 228, etc. ändern. Indem der Fahrzeugbetrieb und/oder der den Fahrzeugzubehörteilen zugeführte Strom anhand der gegenwärtigen Windenbetriebsbedingungen eingestellt wird, kann die Windenleistung erhöht und die Menge der von der Batterie 228 abgeleiteten elektrischen Energie reduziert werden. Anders ausgedrückt kann die Energieeffizienz von Winde und Fahrzeug durch Ankoppeln der Winde 10 an den CAN-Bus 252 erhöht werden.
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Die Winde 10 kann zusätzlich oder alternativ dazu elektrisch mit einem Teil oder allen Fahrzeugsignalleitungen 240 verbunden werden. Insbesondere kann der Mikrocontroller 218 des Windensteuermoduls 216 elektrisch mit allen oder einem Teil der Fahrzeugsignalleitungen 240 verbunden werden. Durch Verbinden der Winde 10 mit den Fahrzeugsignalleitungen 240 kann der Windenbetrieb anhand der Fahrzeugbetriebsparameter eingestellt werden. Beispielsweise kann der Mikrocontroller 218 elektrisch mit einem Blinkerkreis der Fahrzeugsignalleitungen 240 verbunden werden. Auf diese Weise wird die Winde 10 nur dann eingeschaltet, wenn die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet ist. In einem anderen Beispiel kann die Windenlastgrenze über einen Schalter am Armaturenbrett eingestellt werden. So kann ein Fahrzeugführer die Windenlastgrenze durch Betätigen eines Schalters am Armaturenbrett des Fahrzeugs einstellen. Das Stromüberwachungsmodul 220 des Windensteuermoduls 216 kann den Strom von der Fahrzeugbatterie 228 an den Windenmotor 226 und das erste Zubehörteil 236 verteilen. Weiterhin kann das Windensteuermodul 216 die Winde 10 mit Zusatzgeräten (z. B. das erste Zubehörteil 236) entsprechend den vom Benutzereingabeteil 204 empfangen Eingabebefehlen elektrisch versorgen. Die Steuerungsprogrammierung für den Betrieb des Stromüberwachungsmoduls 220 befindet sich im Mikrocontroller 218 des Windensteuermoduls 216.
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In einer Ausführungsform kann die Kommunikation zwischen dem Windensteuermodul 216 und dem Benutzereingabeteil 204 durch eine Drahtverbindung von der Winde zum Fahrzeug erfolgen und in einer anderen Ausführungsform kann diese Verbindung auch drahtlos ausgeführt werden.
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Das Benutzereingabeteil 204 umfasst auch einen Mikrocontroller (MCU) 230 zum Erzeugen von Steuersignalen, die an die Winde 10 gesendet werden. Der Mikrocontroller 230 kann programmierbare Daten zur Verarbeitung von Eingaben enthalten (die beispielsweise in einem Speicher des Mikrocontrollers 230 gespeichert sind), die von einer oder mehreren Anzeigen 232 und Eingabetasten 234 am Benutzereingabeteil 204 empfangen wurden. Der Mikrocontroller 230 kann dann Signale entsprechend den empfangenen Eingaben an den Mikrocontroller 218 im Windensteuermodul 216 senden, das den Betrieb der Winde und/oder des Zubehörs wiederum entsprechend anpassen kann. Zusätzlich enthält das Benutzereingabeteil 204 das Stromüberwachungsmodul 238, die elektrisch mit der Fahrzeugbatterie 228 verbunden sein kann. Allerdings kann in einem anderen Beispiel das Benutzereingabeteil 204 über eine eigene dedizierte Batterie 235 verfügen und mit dem Stromüberwachungsmodul 238 verbunden werden kann, um elektrische Energie an das Benutzereingabeteil 204 zu übertragen. Somit kann das Stromüberwachungsmodul 238 in einigen Beispielen nicht mit der Fahrzeugbatterie 228 verbunden sein und die elektrische Energie nur von der Batterie 235 beziehen. In diesen Beispielen kann das Benutzereingabeteil 204 mit dem Windensteuermodul 216 drahtlos verbunden Sein. In 3 zeigt die Funktionszeichnung eine Übersicht über das Verfahren 300 zum Betrieb einer Winde (z. B. die in den 1–2 gezeigte Winde 10). Die Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 300 können im Speicher eines Windensteuermoduls gespeichert werden (z. B. das in 2 gezeigte Windensteuermodul 216). Als solches kann das Windensteuermodul das Verfahren 300 ausführen. Wie oben angesprochen kann das Windensteuermodul Steuersignale von einer Benutzerschnittstelle erhalten, wie etwa einer drahtgebundenen oder drahtlosen Benutzerschnittstelle mit einer oder mehreren Anzeigen und einer Reihe von Eingabetasten. In einem Beispiel kann die Benutzerschnittstelle der Winde eine drahtlos mit dem Windensteuermodul verbundene fernbediente Benutzerschnittstelle sein. In einem anderen Beispiel kann die Benutzeroberfläche der Winde mit dem Fahrzeug verbunden sein, an dem die Winde installiert ist.
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Verfahren 300 beginnt bei Schritt 302 durch Einschalten der Winde nach Empfang eines Einschaltsignals von einem manuellen Schalter an der Winde oder verschiedenen Eingabetasten der Benutzeroberfläche der Winde (beispielsweise die in 2 gezeigten Eingabetasten) durch das Windensteuermodul. Das Verfahren 300 geht weiter zu Schritt 304, an dem das Windensteuermodul eine Modus-Eingabe vom Benutzer empfängt. Zum Beispiel kann ein Benutzer über die Benutzerschnittstelle die gewünschte Windenbetriebsart aus einer Reihe von Betriebsarten auswählen. Das Steuermodul kann dann von der Benutzerschnittstelle ein Signal erhalten, welche Betriebsart gewählt wurde. In einer Ausführungsform muss ein Modus gewählt werden, damit die Winde betrieben werden kann. In dieser Ausführungsform kann ein Standard-Modus gewählt werden, der den Windenbetrieb anhand einer Standard-Leistungskurve des Windenmotors einstellt. Zum Beispiel kann das Windensteuermodul den Windenmotorbetrieb anhand von Windenbetriebsparametern innerhalb von verschiedenen Standardbereichen für Spannung und Strom am Motor einstellen. In einem Beispiel kann der Standardbetriebsmodus ein Windenmodus sein. In einer anderen Ausführungsform kann das Windensteuermodul automatisch in den Standardbetriebsmodus schalten, wenn keine Modus-Eingabe empfangen wird.
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Sobald eine Modus-Eingabe bei Schritt 304 empfangen wird (oder die Standard-Betriebsart automatisch angewählt wird), geht das Verfahren 300 zu Schritt 306, wo der dem Windenmotor zugeführte Strom und/oder Spannung von den weiter unten in den 7 und 8 beschriebenen Verfahren auf ein vom Windensteuermodul voreingestelltes Niveaus eingestellt werden, um die vom ausgewählten Modus festgelegte Zugkraft und/oder Geschwindigkeit zu liefern. Zum Beispiel kann das Windensteuermodul bei 306 den Motorbetrieb anhand der Schwellenwerte für Motorstrom und/oder Motorspannung oder anhand der Betriebsbereiche für die jeweils gewählte Betriebsart einstellen. Unmittelbar danach können die Schritte 308, 310 und 312 gleichzeitig ausgeführt werden. Das Steuermodul kann messen: die Last auf der Winde (z. B. Windenseilspannung oder Zugkraft) bei Schritt 312, die Temperatur des Windenmotors bei Schritt 308 und den Abstand des Windenhakens (z. B. den in 1 gezeigten Haken 28) zur Seilführung der Winde (z. B. die in 1 gezeigte Seilführung) bei Schritt 310, hier auch als Nähe des Hakens zur Seilführung bezeichnet. Diese Parameter werden unter Verwendung der von einer Vielzahl von Sensoren erfassten Daten gemessen, die in den in den 4–6 gezeigten Verfahren genauer beschrieben werden. Zum Beispiel kann die Temperatur des Motors bei 308 durch einen Motor-Temperatursensor gemessen werden (z. B. durch den in 2 gezeigten Windenmotor-Thermofühler 206), die Nähe des Hakens bei 310 kann durch einen Haken-Näherungssensor gemessen werden (z. B. durch den in 2 gezeigten Näherungssensor 210) und die Windenlast und/oder Seilspannung kann zumindest teilweise anhand eines Windenmotor-Strom- und Spannungssensors gemessen werden (beispielsweise durch den in 2 gezeigten Strom- und Spannungssensor 208).
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Bei Schritt 314 bestimmt das Windensteuermodul, ob die bei Schritt 308 gemessene Windenmotortemperatur größer als eine Schwellentemperatur ist. Ist die Motortemperatur höher als die Schwellentemperatur, geht das Verfahren 300 zu 322 und stellt die dem Windenmotor anhand der Motortemperatur zugeführte Strommenge und/oder Spannung ein. Das Verfahren bei 322 wird weiter unten in 6 genauer beschrieben.
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Bei Schritt 316 bestimmt das Windensteuermodul, ob sich der Haken innerhalb einer Schwellendistanz zur Seilführung befindet. Befindet sich der Haken innerhalb dem Schwellenabstand zur Seilführung, dann geht das Verfahren 300 zu 324, wo das Windensteuermodul die dem Windenmotor zugeführte Strommenge und/oder Spannung anhand dem Abstand zwischen Haken und Seilführung einstellt. Das Verfahren bei 324 wird weiter unten in 6 genauer beschrieben.
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Bei Schritt 318 bestimmt das Windensteuermodul, ob die Last auf der Winde größer als eine Schwellenlast ist. In einem Beispiel kann die Schwellenlast eine voreingestellte obere Lastschwelle sein, oberhalb derer das Windenseil reißen kann. Ist die Windenlast größer als die Schwellenlast, geht das Verfahren 300 zu 326 und stellt die dem Windenmotor zugeführte Strommenge und/oder Spannung anhand der Lastschwelle ein (hierin auch als Lastgrenze bezeichnet). Das Verfahren bei 326 wird weiter unten mit Bezug auf 4 genauer beschrieben. Wird für die in den Schritten 308, 310 und 312 gemessenen Parameter in den Schritten 314, 316 und 318 festgelegt, dass sie die jeweiligen Schwellenwerte nicht überschreiten, geht das Verfahren 300 zu Schritt 320, wo dem Windenmotor weiterhin die Strommenge und/oder Spannung entsprechend der in Schritt 304 erhaltenen Modus-Eingabe zugeführt wird. Diese vorgenannten Schritte zur Überwachung von Motortemperatur, Nähe des Hakens zur Seilführung und Lastmenge können während des gesamten Windenbetriebs durchgeführt werden. Wird zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Windenbetriebs für die in den Schritten 308, 310 und 312 gemessenen Parameter in den Schritten 314, 316 und 318 festgestellt, dass sie die entsprechenden Schwellenwerte überschreiten, kann das Verfahren 300 den Motorbetrieb sofort anhand der gemessenen Parameter regulieren. Stellt das Windensteuermodul beispielsweise zu einem beliebigen Zeitpunkt in Schritt 314 fest, dass die in Schritt 308 gemessene Motortemperatur die Schwellentemperatur überschreitet, geht das Verfahren 300 direkt zu Schritt 322 und regelt den Windenmotorbetrieb anhand der Schwellentemperatur. Die Winde mag deshalb in den Schritten 322, 324 und 326 nicht mehr in dem ursprünglich vom Benutzer gewählten Modus, sondern aufgrund der in 4–6 beschriebenen Verfahren mit einer reduzierten Leistungseinstellung arbeiten. Der für die in Schritt 304 empfangene Betriebsart erforderliche Motorstrom und/oder benötigte Spannung können dem Windenmotor solange zugeführt werden, solange weder Motortemperatur, Lastmenge noch Abstand des Hakens zur Seilführung ihre jeweiligen Schwellenwerte überschreiten (bzw. unterschreiten, wie im Falle der Hakennähe).
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Es ist wichtig zu beachten, dass die Schwellenwerte bei den Schritten 322, 324 oder 326 gleichzeitig oder nacheinander erreicht werden können, d. h. dass jederzeit für mehr als einen in den Schritten 308, 310 und 312 gemessenen Parametern bestimmt werden kann, dass sie innerhalb oder oberhalb ihrer jeweiligen Schwellenwerte liegen. In diesem Fall können die Schritte 322, 324 und 326 einer bestimmten Priorität folgen, je nachdem, welcher Schritt die gravierendsten vorbeugenden Maßnahmen verlangt, sobald der jeweilige Grenzwert erreicht wird. Zum Beispiel kann bei Schritt 322 die dem Motor zugeführte Strommenge und/oder Spannung auf einen niedrigeren Pegel reduziert werden, wenn die Motortemperatur seine obere Grenze erreicht. Das Gleiche geschieht bei den Schritten 324 und 326, wenn sich der Haken innerhalb der Schwellendistanz zur Seilführung und die Last sich innerhalb eines Schwellenwerts zur oberen Schwelle befinden. Obwohl bei jedem der Schritte 322, 324 und 326 die dem Windenmotor zugeführte Strommenge und/oder Spannung reduziert wird, kann die Größe dieser Reduktion bei jedem Schritt anders ausfallen. Zum Beispiel kann bei Schritt 322 die Reduzierung der dem Windenmotor zugeführten Strommenge und/oder Spannung größer ausfallen als bei den Schritten 324 oder 326, damit der Motor nicht überhitzt. Insbesondere kann zu Schritt 322 gehören, dass die dem Windenmotor zugeführte Strommenge und/oder Spannung auf eine erste Stufe gesenkt wird. Schritt 326 kann die dem Windenmotor zugeführte Strommenge und/oder Spannung auf eine zweite Stufe senken, damit das Seil nicht reißt. Allerdings kann die zweite Stufe höher sein als die erste Stufe. Schritt 324 kann die dem Windenmotor zugeführte Strommenge und/oder Spannung auf eine dritte Stufe senken, wobei die dritte Stufe größer ist als die zweite Stufe. Die Prioritäten innerhalb der Schritte 322, 324 und 326 können dann danach bestimmt werden, mit welchem Schritt die dem Motor zugeführte Strommenge und/oder Spannung am meisten gesenkt wird. Somit hat Schritt 322 Vorrang vor den Schritten 324 und 326, und Schritt 326 hat Vorrang vor Schritt 324. Treten die Schritte 322, 324 oder 326 gleichzeitig auf, bestimmt Methode 300 den Schritt mit der höchsten Priorität und wird die in diesem Schritt beschriebenen Aktionen ausführen. Mit anderen Worten kann das Windensteuermodul die maximale Senkung von Motorspannung und/oder Motorstrom bei jedem der Schritte 314, 316 und 318 bestimmen und dann den Motor anhand des größten Absenkwertes einstellen.
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4 zeigt das Verfahren 400, bei dem die Windenzugkraft durch Einstellen des Windenmotors anhand einer voreingestellten Lastgrenze verändert wird, die für eine Teilmenge von Winden kalibriert wurde. Die Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 400 können im Speicher des Windensteuermoduls gespeichert werden (z. B. das in 2 gezeigte Windensteuermodul 216). Als solches kann das Windensteuermodul 216 das Verfahren 400 ausführen. Das Verfahren 400 kann ab dem oben in 3 beschriebenen Schritt 312 fortfahren.
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Das Verfahren 400 beginnt bei 402 durch Schätzen und/oder Messen von Motorspannung, aufgenommenem Motorstrom, Windentrommeldrehzahl und/oder Seilspannung der Winde. In einem Beispiel können Motorstrom und Motorspannung durch einen Strom- und Spannungssensor (beispielsweise Strom- und Spannungssensor 208) gemessen werden, der mit dem Windensteuermodul elektrisch verbunden ist. Der Motorstrom kann der Zugkraft des Windenmotors entsprechen, wodurch die Windenlast anhand des Motorstroms bestimmt werden kann. Die Begrenzung der Belastung der Winde unter einem oberen Schwellenwert (oder Lastgrenze) kann das Risiko senken, dass das um die Windentrommel gewickelte Seil reißt (z. B. das in 1 gezeigte Kabel 18). Sobald der Strom und/oder die Spannung gemessen wurden, geht das Verfahren 400 zu Schritt 404 und bestimmt, ob sich der gemessene Strom innerhalb des Schwellenwerts einer oberen voreingestellten Lastgrenze befindet. Befindet sich der gemessene Strom innerhalb des Schwellenwerts einer oberen voreingestellten Lastgrenze (die einem oberen Schwellenstrom entsprechen kann), geht das Verfahren 400 zu Schritt 408, um die dem Windenmotor zugeführte Strommenge auf ein Niveau unterhalb der Lastgrenze zu reduzieren. Andernfalls geht das Verfahren 400 zu Schritt 406 und führt dem Windenmotor 226 weiterhin den benötigten Strom zu (z. B. soweit nach der gewählten Windenbetriebsart erforderlich).
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In einem Beispiel kann die Windenlastgrenze ein vorbestimmter und fester Wert sein, der auf Kalibrierungstests unter einer Teilmenge von Winden (beispielsweise Winden von ähnlicher Größe oder Art) basiert. Somit kann die Belastungsgrenze an eine bestimmte Art von Winden und nicht generell für alle Arten von Winden angepasst werden. In einem anderen Beispiel kann eine Lastgrenzenbeziehung vorbestimmt und im Speicher des Windensteuermoduls vorprogrammiert werden. Die Lastgrenze kann dann während des Windenbetriebs anhand der Betriebsbedingungen der Winde und/oder des Fahrzeugs eingestellt werden. Beispielsweise kann die Lastgrenze abnehmen, wenn die Batteriespannung des Fahrzeugs abnimmt. In einem weiteren Beispiel kann die Lastgrenze durch den Benutzer über eine Benutzerschnittstelle durch eine Lastbegrenzungseingabe oder anhand einer (weiter unten unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen) Auswahl der Betriebsart eingestellt werden. In einem weiteren Beispiel kann die Lastgrenze durch einen Fahrzeug-CAN-Bus (z. B. den in 2 gezeigten CAN-Bus 252) und/oder durch Fahrzeugsignalleitungen (z. B. die in 2 gezeigten Fahrzeugsignalleitungen 240) gesetzt werden.
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5 zeigt das Verfahren 500 zum Einstellen des Windenmotors, wenn der Haken eingezogen wird (z. B. beim Einziehen der Winde) und eine Schwellendistanz zur Seilführung erreicht wird. Das Verfahren 500 fährt ab Schritt 310 in 3 fort.
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Verfahren 500 beginnt bei Schritt 502 mit der Bestimmung der Entfernung des Hakens von der Seilführung anhand dem Ergebnis eines Haken-Näherungssensors. In einem Beispiel können zum Haken-Näherungssensor ein an der Seilführung (z. B. die in 1 gezeigte Seilführung 30) angebrachter Magnetsensor und ein am Haken (z. B. der in 1 gezeigte Haken 28) befestigter Magnet gehören. Bei 504 bestimmt das Windensteuermodul, ob sich der Haken innerhalb einer Schwellendistanz zur Seilführung befindet. In einem Beispiel kann die Schwellendistanz durch einen Fahrzeug-CAN-Bus (z. B. den in 2 gezeigten CAN-Bus 252) und/oder durch Fahrzeugsignalleitungen (z. B. die in 2 gezeigten Fahrzeugsignalleitungen 240) gesetzt werden. Befindet sich der Haken nicht innerhalb der Schwellendistanz zur Seilführung, dann geht das Verfahren 500 zu Schritt 506 und fährt fort, das Seil (z. B. das in 1 gezeigte Kabel 18) und den Haken mit der ersten Geschwindigkeit aufzuwickeln. Die erste Geschwindigkeit kann eine voreingestellte Drehgeschwindigkeit der Trommel (entsprechend einer voreingestellten Motordrehzahl) sein. In diesem Fall kehrt das Verfahren 500 zu Schritt 502 zurück und fährt fort, den Abstand des Hakens zur Seilführung zu messen, bis der Haken die Schwellendistanz erreicht. Wurde die Schwellendistanz zwischen Haken und Seilführung erreicht, geht das Verfahren 500 zu Schritt 508, wo das Windensteuermodul die Geschwindigkeit der Windentrommel auf eine zweite Geschwindigkeit reduziert. Die zweite Geschwindigkeit ist langsamer als die erste Geschwindigkeit. Die Windentrommeldrehzahl kann von der ersten Geschwindigkeit auf die zweite Geschwindigkeit dadurch verringert werden, indem die dem Windenmotor zugeführte Spannung verringert wird. Da die Spannung der Motordrehzahl entspricht, reduziert eine kleinere Spannung auch die Geschwindigkeit des Windenmotors und damit auch der Trommel.
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Das Verfahren 500 geht dann zu Schritt 510, wo durch das Messen des Stroms mit einem Stromsensor die Seilspannung auch unter Verwendung einer bekannten und oben erläuterten Beziehung zwischen Strom und Zugkraft geschätzt wird. Sobald der Strom gemessen und die effektive Seilspannung bestimmt wurde, geht Verfahren 500 zu Schritt 512 und bestimmt, ob die Seilspannung einen Schwellenwert erreicht hat. Liegt die Seilspannung nicht über dem Schwellenwert, geht das Verfahren 500 zu Schritt 514, wo Kabel und Haken weiterhin mit der reduzierten zweiten Geschwindigkeit auf die Trommel aufgewickelt werden. Sobald bestimmt wurde, dass das Seil den Seilspannungsschwellenwert erreicht hat, geht das Verfahren 500 zu Schritt 516, wo der Windenmotor abgeschaltet wird.
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6 zeigt das Verfahren 600 zum Einstellen des Windenmotors anhand der Windenmotortemperatur. Das Verfahren 600 kann bei Schritt 308 in 3 fortfahren.
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Das Verfahren 600 beginnt bei Schritt 602, wo die Temperatur des Motors mit einem Wärmesensor (z. B. den in 2 gezeigten Windenmotor-Thermofühler 206) gemessen wird und geht dann zu Schritt 604 und bestimmt, ob die gemessene Motortemperatur eine erste Schwellentemperatur überschreitet. In einem Beispiel kann die erste Schwellentemperatur durch einen Fahrzeug-CAN-Bus (z. B. den in 2 gezeigten CAN-Bus 252) und/oder durch Fahrzeugsignalleitungen (z. B. die in 2 gezeigten Fahrzeugsignalleitungen 240) gesetzt werden. Ist die Motortemperatur nicht höher als die erste Schwellentemperatur, geht das Verfahren 600 zu Schritt 606 und führt dem Windenmotor weiterhin Strom/Spannung entsprechend den Anforderungen laut Benutzereingaben zu. Überschreitet die gemessene Motortemperatur jedoch die erste Schwellentemperatur, geht das Verfahren 600 zu Schritt 608, wo die dem Windenmotor zugeführte Strommenge und/oder Spannung auf einen niedrigeren Pegel reduziert wird. Anstatt vollständig abzuschalten fährt der Windenmotor in Schritt 608 mit einer reduzierten Leistungseinstellung fort. Bei Schritt 608 stellt das Steuermodul die Motorspannung und/oder die Stromzufuhr anhand der Motortemperatur ein und die Motorspannung und/oder die Stromzufuhr nehmen mit zunehmender Motortemperatur ab.
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Das Verfahren 600 geht dann zu Schritt 610 und bestimmt, ob die gemessene Motortemperatur eine zweite Schwellentemperatur erreicht hat, wobei der zweite Schwellwert höher ist als der erste Schwellenwert. In einem Beispiel kann die zweite Schwellentemperatur durch den Fahrzeug-CAN-Bus und/oder die Fahrzeugsignalleitungen eingestellt werden. Ist die Motortemperatur nicht höher als die zweite Schwellentemperatur, kehrt das Verfahren 600 zu Schritt 608 zurück und führt dem Windenmotor anhand der Motortemperatur weiterhin Strom und Spannung auf einem niedrigeren voreingestellten Niveau zu. Hat die Motortemperatur die zweite Schwellentemperatur erreicht (oder überschritten), geht Verfahren 600 zu Schritt 612 und schaltet den Motor ab und deaktiviert die Winde.
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7 zeigt das Verfahren 700 zum Einstellen des Windenmotors anhand der gewählten Betriebsart der Winde. Beispielsweise kann der Benutzer unter einem von mehreren vorprogrammierten Leistungsprofilen oder Betriebsarten der Winde auswählen. Zu jeder Betriebsart kann ein Satz von individuellen Betriebsbereichen der Winde hinsichtlich Strom, Spannung, Last und Trommeldrehzahl gehören. Betriebsparameter für jede Betriebsart der Winde und Anweisungen für den Betrieb der Winde unter jeder Betriebsart können im Speicher des Windensteuermoduls gespeichert werden. Das Verfahren 700 kann bei Schritt 302 in 3 fortfahren.
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Das Verfahren 700 beginnt bei Schritt 702, wo das Windensteuermodul eine Betriebsmodus-Eingabe über einen Betriebsarten-Wahlschalter erhält. In einem Beispiel kann der Betriebsarten-Wahlschalter in die Eingabetasten der Benutzeroberfläche der Winde eingebaut sein. In einem anderen Beispiel kann der Betriebsarten-Wahlschalter über eine Benutzeroberfläche dargestellt und dann über eine einzige Eingangstaste angewählt werden. Sobald die Auswahl der Betriebsart vom Windensteuermodul empfangen wurde, geht das Verfahren 700 zu Schritt 704, wo die Windensteuermodule die dem Windenmotor zugeführte Strommenge und/oder Spannung anhand der eingegebenen Auswahl einstellen. Zum Beispiel kann das Windensteuermodul den Motorbetrieb anhand der Motorbetriebsbereiche und/oder Schwellenwerte der einzelnen Betriebsarten einstellen.
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Einstellungen des Motorbetriebs anhand beispielhafter Betriebsarten, die für die Winde konfiguriert werden können, werden bei den Schritten 706, 708, 710, 712 und 714 gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Winde zusätzliche oder alternative Betriebsarten zu den nachstehend beschriebenen Betriebsarten haben kann. Wird bei Schritt 706 ein Fahrzeug-Recovery-Modus gewählt, kann die Motorspannungsgrenze (z. B. ein oberer Schwellenwert) des Windenmotors auf eine Recovery-Modus-Spannungsgrenze (z. B. ein oberer Schwellenwert) eingestellt werden. In einigen Beispielen kann die Recovery-Modus-Spannungsgrenze des Windenmotors größer sein als die Standard-Motorspannungsgrenze. Somit kann das Verfahren bei Schritt 706 die Erhöhung der Motorspannungsgrenze des Windenmotors beinhalten, so dass die dem Windenmotor zugeführte Spannung im Wesentlichen unbeschränkt ist. Auf diese Weise kann die Erhöhung der Spannungsgrenze des Windenmotor zu der maximalen Windenmotorgeschwindigkeit führen, damit sich das Fahrzeug so schnell wie möglich wieder erholt. In einigen Beispielen gehört das Setzen einer Motorspannungsgrenze für den Windenmotor nicht zum Verfahren bei Schritt 706, wenn der Fahrzeug-Recovery-Modus gewählt wurde. Wird die Motorspannungsgrenze erhöht oder entfernt, kann es zu einem entsprechenden Anstieg in der dem Windenmotor zugeführten Spannung kommen. Daher kann bei Schritt 706 des Verfahrens zusätzlich oder alternativ die Erhöhung der dem Windenmotor gelieferten Spannung gehören. In einigen Beispielen kann die dem Windenmotor zugeführte Spannung auf einen voreingestellten Fahrzeug-Recovery-Spannungspegel eingestellt werden. In einem Beispiel kann der voreingestellte Fahrzeug-Recovery-Spannungspegel höher sein als der Standard-Windenbetriebsspannungspegel.
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Das Verfahren kann bei Schritt 706 zusätzlich das Einstellen einer Motorstromgrenze für den Windenmotor auf eine Fahrzeug-Recovery-Modus-Stromgrenze beinhalten. In einigen Beispielen kann die Fahrzeug-Recovery-Modus-Stromgrenze gleiche der Standard-Motorstromgrenze sein, die auf der Lastgrenze der Winde beruhen kann, die oben unter Bezugnahme auf 4 beschrieben wurde und/oder einer Seilspannung (beispielsweise das in 1 gezeigte Kabel 18), die oben unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wurde. Die Standard-Motorstromgrenze kann deshalb ein Stromniveau oberhalb dessen sein, wo es zu einem Leistungsabfall der Winde und/oder einem Seilriss kommen kann.
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In anderen Beispielen kann die Fahrzeug-Recovery-Modus-Stromgrenze allerdings kleiner sein als die Standard-Motorstromgrenze. Als solche kann das Verfahren bei Schritt 706 in den Beispielen, in denen die Fahrzeug-Recovery-Modus-Stromgrenze kleiner ist als die Standard-Motorstromgrenze, ein Absenken der Strombegrenzung vom Standardmotorstrom auf die Fahrzeug-Recovery-Modus-Stromgrenze beinhalten. Wird die Strombegrenzung gesenkt, kann es zu einer entsprechenden Verringerung des dem Windenmotor zugeführten Stroms kommen. Deshalb kann das Verfahren bei Schritt 706 zusätzlich die Verringerung des dem Windenmotor zugeführten Stroms auf einen voreingestellten Fahrzeug-Recovery-Strompegel beinhalten, wenn der Fahrzeug-Recovery-Strompegel niedriger ist als der Strompegel beim normalen Windenbetrieb.
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In einem anderen Beispiel kann das Verfahren bei Schritt 706 alternativ das Entfernen der Strombegrenzung für den Windenmotor beinhalten, so dass die Stromzufuhr an den Windenmotor im Fahrzeug-Recovery-Modus nicht beschränkt wird.
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Wird der Schneepflug-Modus gewählt, kann das Windensteuermodul bei Schritt 708 die Windenmotorgeschwindigkeit auf die erste Stufe reduzieren, damit der Benutzer die Höhe des Schneepflugs, der als das in 2 gezeigte erste Zubehörteil 236 konfiguriert werden kann, genauer kontrollieren kann. Um dies zu erreichen, kann die dem Windenmotor zugeführte Spannung auf eine voreingestellte erste Stufe reduziert werden, die niedriger als die Standard-Windenbetriebsspannung sein kann. Unterdessen kann die Windenzugkraft so eingestellt werden, dass sie etwas über der Kraft liegt, die zum Heben des Schneepflugs notwendig ist. Die für eine solche Kraft erforderliche Strommenge kann anhand von Tests und der Kalibrierung einer Teilmenge von Winden im Voraus bestimmt werden.
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Wird bei Schritt 710 ein individueller Last-Modus ausgewählt, regelt das Windensteuermodul den Motorbetrieb entsprechend der Lasteingabe des Benutzers. Beispielsweise kann der Benutzer jeden gewünschten Ladebetrag über die Eingabetasten der Winden-Benutzeroberfläche eingeben. Das Steuermodul kann dann die dem Windenmotor zugeführte Strommenge und/oder Spannung so einstellen, dass die für den eingegebenen Ladebetrag erforderliche Kraft zur Verfügung steht. Die für die gewünschte Zugkraft notwendige Strommenge kann vom Windensteuermodul 216 unter Verwendung der bekannten Beziehung zwischen Motorstrom und Zugkraft geschätzt werden. Es ist wichtig zu beachten, dass der Benutzer keinen Ladebetrag eingeben kann, der über der im Verfahren 400 unter 4 beschriebenen oberen voreingestellten Belastungsgrenze liegt.
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Wird der Konstante-Last-Modus gewählt, kann das Windensteuermodul bei Schritt 712 die dem Windenmotor zugeführte Strommenge und/oder Spannung anhand dem in 8 beschriebenen Verfahren 800 einstellen. Dieses beruht auf einer Rückkopplung von einem Sensor, wie dem Strom- und/oder Spannungssensor, damit die Windenzugkraft im Wesentlichen konstant bleibt.
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Wird der Konstante-Geschwindigkeit-Modus gewählt, kann das Windensteuermodul bei Schritt 714 die dem Windenmotor zugeführte Strommenge und/oder Spannung anhand dem in 8 beschriebenen Verfahren 800 einstellen. Dieses beruht auf einer Rückkopplung von einem Sensor, wie dem Winkellagensensor, damit die Windenmotorgeschwindigkeit im Wesentlichen konstant bleibt.
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8 zeigt das Verfahren 800 zum Anpassen der Strommenge und/oder Spannung am Windenmotor, damit die Geschwindigkeit und/oder Zugkraft am Seil (beispielsweise dem in 1 gezeigten Kabel 18) konstant bleibt. Das Verfahren 800 kann ab Schritt 712 oder 714 in 8 fortfahren, nachdem der Benutzer den Konstante-Last-Modus oder den Konstante-Geschwindigkeit-Modus gewählt hat. Das Verfahren 800 umfasst die Bestimmung der Seilgeschwindigkeit und der auf das Seil ausgeübten Zugkraft anhand der geschätzten Seillänge, die um die Windentrommel gewickelt ist.
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Das Verfahren 800 beginnt bei Schritt 802 mit dem Empfang einer gewünschten konstanten Motordrehzahl oder Zugkraft durch eine Benutzereingabe über die Eingabetasten 234. In einem Beispiel kann die gewünschte konstante Motordrehzahl oder Zugkraft zusätzlich durch einen vom Benutzer eingegebenen Betriebsmodus empfangen werden, wenn der ausgewählte Betriebsmodus auch eine voreingestellte konstante Motordrehzahl und/oder Zugkraft beinhaltet. Sobald diese Information vom Windensteuermodul empfangen wurde, geht das Verfahren 800 zu Schritt 804, wo das Windensteuermodul den Abstand zwischen der Windentrommeldrehachse (zum Beispiel die Mittelachse der Trommel) und der äußersten Seilschicht auf der Seiltrommel bestimmt. Die Verwendung eines Winkellagesensors, der entweder auf der Windentrommel oder auf der Windenmotorwelle angeordnet sein könnte, ist eine Möglichkeit, diese Distanz zu bestimmen. Mittels Zählen der Umdrehungen der Windentrommel und Kenntnis der Seilstärke und des Windentrommelradius kann das Windensteuermodul den Abstand der Trommelachse zur äußersten Seilschicht schätzen. In einem Beispiel kann dieser Abstand durch Multiplizieren der Seilstärke mit der Anzahl der durch den Winkellagesensor gemessenen Trommelumdrehungen und nachfolgender Addition des bekannten Windentrommelradius berechnet werden. Diese Berechnung kann durch einen im Windensteuermodul vorprogrammierten Algorithmus erfolgen. Nachdem dieser Abstand bestimmt wurde, geht das Verfahren 800 zu Schritt 806, wo die dem Windenmotor zugeführte Spannung und/oder Strom anhand dem in Schritt 804 bestimmten Abstand der Windentrommelachse zur äußersten Seilschicht bestimmt wird. In anderen Ausführungsformen können andere Sensoren verwendet werden, um die Distanz zwischen der Trommelachse und der äußersten, um die Windentrommel gewickelten Seilschicht zu bestimmen. Als nächstes folgt eine Erläuterung darüber, wie der Strom und/oder die Spannung eingestellt werden können.
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Damit das Seil mit einer konstanten Geschwindigkeit eingezogen oder abgewickelt werden kann, müssen Motordrehzahl und daher auch die Windentrommeldrehzahl mit Hilfe einer Spannungsregelung eingestellt werden, weil die Spannung der Motordrehzahl direkt entspricht. Würde es sich bei der Position, an der das Seil eingezogen oder abgewickelt wird, um eine feste Position handeln, würde sich das Seil immer mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegen, vorausgesetzt die Windentrommel dreht sich mit einer konstanten Geschwindigkeit. Das Windenseil wird stattdessen um die Trommel gewickelt, wodurch sich die um die Trommel gewickelte Seilmenge ändert. Wird beispielsweise das gesamte Seil um die Winde gewickelt, ist die äußerste Seilschicht weiter von der Trommelmittelachse entfernt als die innerste Seilschicht. Wird der Windenmotor eingeschaltet, um das Seil abzuwickeln, muss die äußerste Seilschicht bei jeder Umdrehung der Trommel einen größeren Weg zurücklegen als die innerste Schicht. Deshalb hat die äußerste Seilschicht auch eine größere Geschwindigkeit als die innerste Seilschicht. Mit anderen Worten bedeutet eine konstante Drehzahl der Windentrommel keine konstante lineare Geschwindigkeit des Seils, weil sich der effektive Drehradius mit der Seilmenge ändert, die um die Trommel gewickelt wurde. Wollte man das Seil im obigen Beispiel mit einer konstanten Geschwindigkeit von der Trommel abwickeln, müsste die Drehgeschwindigkeit der Trommel bei einer bestimmten Geschwindigkeit beginnen und schrittweise erhöht werden, während das Kabel abgewickelt wird. Ein Verhältnis kann im Windensteuermodul vorprogrammiert werden, um die erforderliche Spannung abzuschätzen, die für die Einstellung der Drehgeschwindigkeit der Trommel erforderlich ist, damit die lineare Geschwindigkeit des Seils im Wesentlichen konstant gehalten wird. Für dieses Verhältnis kann man die Rückkopplung eines Winkellagesensors über die um die Trommel gewickelte Seilmenge verwenden, um so den effektiven Drehradius der Trommel und damit die lineare Geschwindigkeit des abgewickelten Seils abzuschätzen.
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Ein ähnliches Verfahren kann verwendet werden, um eine konstante Zugkraft bereitzustellen. Das Drehmoment und damit die auf den abgewickelten Teil des Seils durch die Windentrommel ausgeübte Zugkraft ist eine Funktion des Abstandes von der Trommelachse zur äußersten, auf die Trommel gewickelten Seilschicht. Je größer dieser Abstand, umso größer ist das Drehmoment. Wird das Seil beispielsweise auf die Trommel gezogen und die dem Windenmotor zugeführte Strommenge bleibt konstant, erhöht sich die auf den abgewickelten Teil des Seils ausgeübte Zugkraft kontinuierlich, während das Seil eingezogen wird, weil sich der Abstand zwischen der Trommeldrehachse und der äußersten Seilschicht vergrößert, je mehr Seil um die Trommel gewickelt wird. Somit kann ein Verhältnis im Windensteuermodul vorprogrammiert werden, um die auf das Seil wirkende effektive Zugkraft anhand der, durch Rückmeldung von einem Winkellagesensor bestimmten Distanz zwischen Trommeldrehachse und äußerster Seilschicht zu bestimmen. Das Windensteuermodul kann dann bestimmen, wie der dem Windenmotor zugeführte Strom geregelt werden soll, damit anhand der Änderung des Drehmoments eine konstante Zugkraft auf das Seil ausgeübt wird, während das Seil auf- oder abgewickelt wird.
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Auf diese Weise kann der Windenbetrieb auf die spezifischen Bedürfnisse einer Vielzahl von Windenanwendungen angepasst werden, während gleichzeitig eine Reihe von Sicherheitsmaßnahmen eingeführt werden, die nicht nur den Benutzer, sondern auch die Winde und ihre Teile vor Beschädigungen schützen. Eine nicht regulierbare Winde kann bei Anwendungen schlechte Leistungen bringen, bei denen Geschwindigkeiten und Zugkräfte verlangt werden, für die eine Winde nicht ausgelegt wurde. Die vorliegende Erfindung kann jedoch für eine Reihe von Anwendungen höhere Leistungen bringen. Beim Anheben eines Schneepflugs heben beispielsweise herkömmliche Winden den Schneepflug zu schnell an, so dass der Benutzer nicht besonders viel Kontrolle über den Schneepflug ausüben kann, weil die dem Windenmotor zugeführte Spannung nicht einstellbar ist. Arbeitet man stattdessen wie oben beschrieben im Schneepflug-Modus und nicht im Standard-Windenmodus, kann die dem Windenmotor zugeführte Spannung auf ein Niveau reduziert werden, das eine genauere Kontrolle des Schneepflugs erlauben würde. Die Benutzer könnten nicht nur aus einer Reihe von Betriebsarten mit für diese Tätigkeiten geeigneten voreingestellten Leistungseinstellungen wählen, Benutzer wären auch in der Lage, kundenspezifische Modi zu erzeugen, bei denen sie bestimmte Lastmengen eingeben könnten, so dass die Windenleistung für jede Lastmenge weiter optimiert werden könnte. Darüber hinaus würden die Modi Konstante-Geschwindigkeit und Konstante-Last Vorteile für den Benutzer bieten, wenn er etwas ziehen möchte, zum Beispiel einen Zaun, und diesen dehnen aber nicht brechen will. Die vorliegende Erfindung bietet nicht nur eine einstellbare Winde sondern auch eine sicherere und für Beschädigungen weniger anfällige Winde. Mehrere voreingestellte Sicherheitsschwellenwerte (z. B. Last, Temperatur und Hakennähe) können für die Winde eingerichtet werden, so dass das Windensteuermodul automatisch Vorkehrungen treffen könnte, wenn diese Sicherheitsschwellen im Betrieb erreicht werden. Erreicht die Motortemperatur beispielsweise einen bestimmten Schwellenwert, kann die dem Motor zugeführte Leistung verringert werden, damit der Motor nicht überhitzt und beschädigt wird, während der Benutzer die Winde nach wie vor mit einer reduzierten Leistungseinstellung bedienen kann. Erreicht die Motortemperatur noch höhere Schwellenwerte, wird der Motor abgeschaltet, um Schäden am Motor gering zu halten. Das Einstellen des Windenmotorbetriebs anhand von Schwellenbetriebsbereichen in Verbindung mit ausgewählten Einstellungen für bestimmte Betriebsmodi erzielt die Erfindung eine technische Wirkung und die Lebensdauer der Winde kann erhöht werden. Als Ergebnis kann die Winde auch für die verschiedensten Aktivitäten optimiert und mit Mechanismen ausgestattet werden, mit denen Sicherheit und Langlebigkeit erhöht werden.
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Als eine Ausführungsform besteht ein Windensystem aus einer Steuerung, die den Windenmotorbetrieb anhand einer Lastgrenze automatisch auf die Lastgrenze einstellt, die von der Steuerung in Abhängigkeit von der Betriebsart der Winde auf verschiedene Stufen eingestellt wurde. Zum Beispiel kann die Steuerung computerlesbare Instruktionen in einem nicht-flüchtigen Speicher des Systems speichern, um den Windenmotorbetrieb wie oben und weiter unten erläutert zu regeln. Beispielsweise basiert der Modus auf einem vom Bediener ausgewählten Modus, der aus einer begrenzten Anzahl von verfügbaren Modi ausgewählt wurde. Zum Beispiel können die verfügbaren Betriebsarten einen Windenmodus und einen Schneepflug-Modus umfassen. In einem weiteren Beispiel können die verfügbaren Betriebsarten einen Windenmodus, einen Schneepflug-Modus, einen Konstante-Last-Modus und einen Konstante-Geschwindigkeit-Modus umfassen. Die Belastungsgrenze kann einer oberen Schwellenstromversorgung des Motors entsprechen, und die Steuerung kann außerdem so eingestellt werden, dass eine oder mehrere Stromversorgungen oder Spannungsversorgungen des Motors auf einen Wert unterhalb der Belastungsgrenze geregelt werden.
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In einem Beispiel wird der Modus von der Steuerung über eine Benutzerschnittstelle der Winde durch eine vom Benutzer ausgewählte Betriebsart empfangen. Die Auswahl der Betriebsart umfasst eine oder mehrere voreingestellte Motorbetriebsspannungsbereiche oder Motorstrombetriebsbereiche. Der Motorbetriebsspannungsbereich entspricht einem Motordrehzahlbereich und der Motorstrombetriebsbereich entspricht einem Motor-Zugkraftbereich. In einem anderen Beispiel umfasst die Betriebsarten-Auswahl einen der Fahrzeug-Recovery-Modi, einschließlich einem im Vergleich zum Motorspannungsgrenzwert im normalen Windenbetrieb erhöhten Motorspannungsgrenzwert, einen Pflug-Modus mit Befehlen, den Motor mit der ersten Geschwindigkeit zu betrieben und den Motor auf eine Schwellenzugkraft einzustellen, wenn die erste Geschwindigkeit niedriger ist als die Standard-Windenbetriebsmotordrehzahl, einen benutzerdefinierten Modus mit Befehlen, den Motor so zu steuern, dass er eine an der Lastgrenze ausgerichtete Zugkraft liefert, ein konstanter Last-Modus mit Befehlen, die Spannungs- und Stromversorgung des Motors so zu steuern, dass eine vom Benutzer eingegebene konstante Lastaufnahme erreicht wird und einen Konstante-Geschwindigkeit-Modus mit Befehlen, die Spannungs- und Stromversorgung des Motors so zu steuern, dass eine vom Benutzer eingegebene konstante Geschwindigkeit erreicht wird.
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In einem weiteren Beispiel ist die Steuereinheit angepasst, eine oder mehrere Spannungs- und Stromversorgungen für den Motor anhand des Abstandes zwischen der Rotationsachse der Trommel und der äußersten Seillage zu regeln, die auf die Trommel gewickelt wird, wenn die Winde entweder im Konstante-Geschwindigkeit-Modus oder Konstante-Last-Modus betrieben wird. In einem weiteren Beispiel ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, den Betrieb des Motors anhand der Entfernung eines am Ende eines Seils angebrachten Hakens zur Seilführung der Winde zu regeln. Der Abstand des Hakens zu Seilführung der Winde basiert auf dem Ergebnis eines auf dem Haken und der Windenseilführung angebrachten Haken-Näherungssensors. Dabei gehört zur Regelung des Motorbetriebs anhand der Entfernung des Hakens das Regulieren einer oder mehrerer Strom- bzw. Spannungsversorgungen des Motors, um damit die Drehzahl der Trommel von einer ersten Geschwindigkeit zu einer zweiten Geschwindigkeit zu verringern, sobald sich der Haken innerhalb eines Schwellenabstandes zur Windenseilführung befindet, wobei die zweite Drehzahl niedriger ist als die erste Geschwindigkeit. In einem weiteren Beispiel ist die Steuereinheit ausgelegt, den Motor abzuschalten, wenn die Seilspannung an oder über einem Schwellenwert liegt, wobei die Seilspannung von der Stromzufuhr zum Motor abhängt. In einem weiteren Beispiel ist die Steuerung folgendermaßen ausgelegt: erhöht sich die Temperatur eines Motors über einen ersten Schwellenwert, wird der Motor mit einer reduzierten Leistungseinstellung betrieben und eine oder mehrere Spannungs- und Stromversorgungen des Motors werden anhand der Temperatur des Motors geregelt. In einem weiteren Beispiel ist die Steuerung folgendermaßen ausgelegt: verringere eine oder mehrere Spannungs- und Stromversorgungen des Motors, wenn die Temperatur des Motors weiter über den ersten Schwellenwert steigt; und schalte den Motor ab und deaktiviere die Winde, wenn die Temperatur des Motors über einen zweiten Schwellenwert steigt, wobei der zweite Schwellenwert größer ist als der erste Schwellenwert.
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Als eine weitere Ausführungsform umfasst ein Verfahren für eine Winde das Regeln eines Windenmotors anhand einer voreingestellten Windengrenzlast; das Empfangen einer Benutzereingabe und einer zweiten Lastgrenze über eine Benutzerschnittstelle der Winde; Regeln eines Windenmotors anhand einer Benutzereingabe und einer zweiten Lastgrenze, aber nicht anhand der voreingestellten Lastgrenze, wenn die zweite Lastgrenze von der voreingestellten Lastgrenze abweicht; und weiterhin das Regeln eines Motors anhand eines oder mehrerer erster Abstände eines Windenhakens von einer Windenseilführung, einer Motortemperatur und einem zweiten Abstand von der Mittelachse einer Windentrommel zur äußersten Seilschicht einer Winde. Beispielsweise ist die voreingestellte Lastgrenze eine oder mehrere Schwellenwerte für die Versorgung eines Motors mit Strom oder Spannung und die voreingestellte Lastgrenze ist eine kalibrierte Belastungsgrenze für eine Teilmenge von Winden.
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In einem anderen Beispiel umfasst das Verfahren die Reduzierung der dem Motor zugeführten Strommenge und/oder Spannung von einer ersten Stufe auf eine zweite Stufe, wenn die Temperatur des Motors größer ist als eine erste Schwellentemperatur, wobei die zweite Stufe mit zunehmender Motortemperatur abnimmt. Das Verfahren kann ferner das Abschalten des Motors beinhalten, wenn die Temperatur des Motors größer als eine zweite Schwellentemperatur ist, wobei die zweite Schwellentemperatur größer ist als die erste Schwellentemperatur. In einem weiteren Beispiel ist ein Haken an einem Ende eines Windenseils angeordnet, das Seil ist um die Trommel der Winde aufgewickelt und das Verfahren kann ferner das Verringern der Drehzahl des Motors von einer ersten Geschwindigkeit auf eine zweite Geschwindigkeit beinhalten, wenn der erste Abstand kleiner ist als eine erste Schwellendistanz. In einem anderen Beispiel umfasst das Verfahren das Deaktivieren der Stromzufuhr zum Motor, wenn das Seil auf einen Schwellenwert gespannt ist und das Regeln einer oder mehrerer Motorspannungen oder Motorströme anhand des zweiten Abstands, damit eine konstante Soll-Motordrehzahl oder Soll-Last aufrechterhalten wird. Beispielsweise ist eine konstante Soll-Motordrehzahl oder Soll-Last eine manuell durch einen Benutzer an einer Benutzerschnittstelle der Winde eingegebene konstante Motordrehzahl oder Last oder eine konstante Motordrehzahl oder Last, die einem durch den Benutzer an der Benutzerschnittstelle ausgewählten Betriebsmodus entspricht.
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Als weitere Ausführungsform umfasst eine Winde eine Trommel mit einem um die Außenfläche der Trommel gewickelten Seil; einem Motor, der eine Trommel um eine Mittelachse antreibt; und einer Steuereinheit, die so ausgelegt ist, dass sie eine oder mehrere Geschwindigkeiten und Zugkräfte des Motors anhand einer Motortemperatur und einer Benutzereingabe an einer Benutzerschnittstelle der Winde regeln kann, wobei eine Benutzereingabe auch Motorbetriebsparameter umfasst. In einem Beispiel umfasst die Winde ferner einen an einem Ende des Seils angebrachten Haken und eine vor der Trommel positionierte Seilführung und die Steuereinheit ist weiterhin so ausgelegt, dass sie eine oder mehrere Geschwindigkeiten und Zugkräfte des Motors anhand einem ersten Abstand des Hakens zur Seilführung und einem zweiten Abstand von einer Mittelachse zu einer äußeren, um die Trommel gewickelten Seilschicht regeln kann. In einem anderen Beispiel umfassen die Motorbetriebsparameter eine oder mehrere Grenzlasten, einen oberen Schwellenwert für die Motorspannung, einen oberen Schwellwert für den Motorstrom oder die Motordrehzahl.
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Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Verfahren beispielhafter Natur sind und diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn betrachtet werden dürfen, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hier offenbarten Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
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Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neuartig und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können auf „ein” Element oder „ein erstes” Element oder eine Entsprechung desselben verweisen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Aufnahme von einem oder mehreren dieser Elemente umfassen und zwei oder mehrere solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Forderungen, die im Rahmen der ursprünglichen Ansprüche auch breiter, enger, gleich oder verschieden sein können, sind ebenfalls im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten.
