DE102022205361A1 - Cable winch with pressure-dependent adjustment of at least one hydraulic motor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betrieb einer hydraulischen Seilwinde, wobei die Seilwinde eine drehbare Seiltrommel umfasst, welche mit wenigstens einem Hydromotor in Drehantriebsverbindung steht, wobei der wenigstens eine Hydromotor mittels wenigstens einer Hauptpumpe mit Druckfluid versorgbar ist, wobei wenigstens ein Anforderungs-Signal (45; 46) vorgesehen ist, welches von einem Bediener der Seilwinde fortlaufend veränderbar ist, wobei der wenigstens eine Hydromotor ein stetig verstellbares Verdrängungsvolumen hat, wobei ein Stell-Signal (14) vorgesehen ist, mittels dem das Verdrängungsvolumen des wenigstens einen Hydromotors verstellbar ist, wobei die Seilwinde wenigstens einen ersten Drucksensor (36; 37) umfasst, mit welchem ein lastseitiger Druck am wenigstens einen Hydromotor messbar ist, wobei ein Druck-Signal (62) abhängig vom Messwert des wenigstens einen ersten Drucksensors (36; 37) ist.Erfindungsgemäß wird das Stell-Signal (14) unter Berücksichtigung des wenigstens einen Anforderungs-Signals (45; 46) in mehreren Berechnungsschritten (50; 71; 73; 75; 76) berechnet, wobei in einem ersten Berechnungsschritt (50) der genannten Berechnungsschritte (50; 71; 73; 75; 76) ein zugeordnetes ausgehendes Signal (52) durch betragsmäßige Begrenzung eines zugeordneten eingehenden Signals (51) auf einen aktuellen Grenzwert (55) berechnet wird, wobei der aktuelle Grenzwert (55) abhängig vom Druck-Signal (62) ist.The invention relates to a method for operating a hydraulic cable winch, with the cable winch comprising a rotatable cable drum which is in rotary drive connection with at least one hydraulic motor, with the at least one hydraulic motor being able to be supplied with pressurized fluid by means of at least one main pump, with at least one request signal (45; 46) is provided, which can be continuously changed by an operator of the cable winch, with the at least one hydraulic motor having a continuously adjustable displacement volume, with an actuating signal (14) being provided, by means of which the displacement volume of the at least one hydraulic motor can be adjusted, with the Cable winch comprises at least one first pressure sensor (36; 37), with which a load-side pressure can be measured on at least one hydraulic motor, with a pressure signal (62) being dependent on the measured value of the at least one first pressure sensor (36; 37). According to the invention, this Control signal (14) taking into account the at least ei a request signal (45; 46) in a plurality of calculation steps (50; 71; 73; 75; 76), wherein in a first calculation step (50) of said calculation steps (50; 71; 73; 75; 76) an associated outgoing signal (52) is limited by amount an associated incoming signal (51) is calculated for a current limit value (55), the current limit value (55) depending on the pressure signal (62).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Seilwinde gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a method for operating a cable winch according to the preamble of claim 1.
Aus der
Dabei ergibt sich das Problem, das es zu Schwingungen kommen kann, wenn der Bediener einen Bedienhebel sehr schnell bzw. ruckartig von Null in Richtung einer maximalen Absenkgeschwindigkeit bewegt. Durch Verstellung des Verdrängungsvolumens des Hydromotors kann die Seiltrommel so stark beschleunigt werden, dass das Seil lastfrei wird, selbst wenn die Last sehr schwer ist. Wenn die Last beim späteren Abbremsen ins Seil fällt, kommt es zu den genannten Schwingungen. Weiter können Schwingungen angerecht werden, wenn der Hydromotor an seinen mechanischen Endanschlag für das minimale Verdrängungsvolumen anschlägt, insbesondere wenn dies mit hoher Geschwindigkeit geschieht. Auch dies ist eine mögliche Folge des genannten ruckartigen Verstellens des Bedienhebels der Seilwinde.This results in the problem that vibrations can occur if the operator moves an operating lever very quickly or jerkily from zero in the direction of a maximum lowering speed. By adjusting the displacement volume of the hydraulic motor, the rope drum can be accelerated so much that the rope becomes load-free, even if the load is very heavy. If the load falls into the rope when braking later, the vibrations mentioned will occur. Furthermore, vibrations can be accommodated when the hydraulic motor hits its mechanical end stop for the minimum displacement volume, especially when this happens at high speed. This is also a possible consequence of the aforementioned jerky adjustment of the control lever of the cable winch.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass derartige Schwingungen vermieden werden.An advantage of the invention is that such vibrations are avoided.
Gemäß Anspruch 1 wird vorgeschlagen, dass das Stell-Signal unter Berücksichtigung des wenigstens einen Anforderungs-Signals in mehreren Berechnungsschritten berechnet wird, wobei in einem ersten Berechnungsschritt der genannten Berechnungsschritte ein zugeordnetes ausgehendes Signal durch betragsmäßige Begrenzung eines zugeordneten eingehenden Signals auf einen aktuellen Grenzwert berechnet wird, wobei der aktuelle Grenzwert abhängig vom Druck-Signal ist. Das wenigstens eine Anforderungs-Signal wird mittels des genannte Bedienhebels erzeugt. Mittels dem Stell-Signal wird das Verdrängungsvolumen des wenigstens einen Hydromotors eingestellt.According to claim 1, it is proposed that the actuating signal is calculated in several calculation steps, taking into account the at least one request signal, wherein in a first calculation step of the calculation steps mentioned, an assigned outgoing signal is calculated by limiting the amount of an assigned incoming signal to a current limit value , whereby the current limit value depends on the pressure signal. The at least one request signal is generated by means of said operating lever. The displacement volume of the at least one hydraulic motor is set by means of the control signal.
Das Druck-Signal entspricht dem lastseitigen Druck am wenigstens einen Hydromotor, also dem Druck, der die an der Seilwinde angehängte Last abstützt. Das Stell-Signal ist vorzugsweise proportional zum Verdrängungsvolumen des wenigstens einen Hydromotors. Der Zusammenhang ist vorzugsweise linear oder näherungsweise linear. Als Stell-Signal kann jede Größe verwendet werden, mit welcher sich das Verdrängungsvolumen des Hydromotors beeinflussen lässt, wobei das Stell-Signal beispielsweise proportional zum Druck im Stellzylinder des Hydromotors sein kann, wobei mit dem Stellzylinder das Verdrängungsvolumen verstellt wird.The pressure signal corresponds to the load-side pressure on at least one hydraulic motor, ie the pressure that supports the load attached to the cable winch. The control signal is preferably proportional to the displacement volume of the at least one hydraulic motor. The relationship is preferably linear or approximately linear. Any variable with which the displacement volume of the hydraulic motor can be influenced can be used as the control signal. The control signal can be proportional to the pressure in the control cylinder of the hydraulic motor, for example, the displacement volume being adjusted with the control cylinder.
Wenn mehrere Hydromotore vorhanden sind, sind diese vorzugsweise hydraulisch parallel geschaltet. Der lastseitige Druck ist dann bei allen Hydromotoren gleich. Vorzugsweise stehen die mehreren Hydromotore über ein Getriebe mit der Seiltrommel derart in Drehantriebsverbindung, dass das Gesamtantriebsdrehmoment an der Seiltrommel gleich der Summe der Einzelantriebsmomente an den einzelnen Hydromotoren ist. Vorzugsweise werden alle Hydromotore mit dem gleichen Stell-Signal angesteuert.If there are several hydraulic motors, these are preferably connected hydraulically in parallel. The pressure on the load side is then the same for all hydraulic motors. Preferably, the several hydraulic motors are connected to the cable drum via a gearbox in a rotary drive connection in such a way that the total drive torque on the cable drum is equal to the sum of the individual drive torques on the individual hydraulic motors. All hydraulic motors are preferably controlled with the same actuating signal.
Sofern mehrere Hauptpumpen vorgesehen sind, werden deren Verdrängungsvolumina vorzugsweise proportional zueinander eingestellt, wobei sie höchst vorzugsweise untereinander gleich eingestellt werden, wenn die Hauptpumpen untereinander gleich ausgebildet sind. Mehrere Hauptpumpen sind vorzugsweise hydraulisch parallel geschaltet, so dass sie alle in eine einzige gemeinsame Leitung fördern.If several main pumps are provided, their displacement volumes are preferably set proportionally to one another, and they are most preferably set equal to one another if the main pumps are designed to be the same as one another. Several main pumps are preferably hydraulically connected in parallel so that they all feed into a single common line.
Bei dem wenigstens einen Anforderungs-Signal kann es sich um ein (vorzugsweise einziges) Signal handeln, welches sowohl positive als auch negative Werte annehmen kann. Ein derartiges Signal wird vorzugsweise als elektrischer Analogwert oder als Digitalwert vorgegeben, wobei das Vorzeichen die Drehrichtung der Seilwinde angibt. Es können aber auch zwei gesonderte Signale für die beiden Drehrichtungen der Seilwinde vorgesehen sein. Derartige Anforderungs-Signale werden vorzugsweise in Form eines hydraulischen Drucks erzeugt, wobei sie anschließend in ein digitales Anforderungs-Signal gewandelt werden, welches im Rahmen der erfindungsgemäßen Berechnung verwendbar ist. Wenn sich die Seiltrommel dreht, ist das zugeordnete Anforderungs-Signal vorzugsweise proportional zur Geschwindigkeit mit der sich die Seiltrommel dreht.The at least one request signal can be a (preferably single) signal which can assume both positive and negative values. Such a signal is preferably specified as an electrical analogue value or as a digital value, with the sign indicating the direction of rotation of the cable winch. However, two separate signals for the two directions of rotation of the cable winch can also be provided. Such request signals are preferably generated in the form of a hydraulic pressure, in which case they are subsequently converted into a digital request signal which can be used within the framework of the calculation according to the invention. When the hoist drum is rotating, the associated demand signal is preferably proportional to the speed at which the hoist drum is rotating.
Das Verfahren wird vorzugsweise automatisiert ausgeführt, wobei es höchst vorzugsweise von einer elektronischen Steuervorrichtung ausgeführt wird, welche einen programmierbaren Digitalrechner umfassen kann. Der wenigstens eine Hydromotor und die wenigstens eine Hauptpumpe können in einem offenen oder einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf verbunden sind.The method is preferably carried out in an automated manner, most preferably being carried out by an electronic control device which may comprise a programmable digital computer. The at least one hydraulic motor and the at least one main pump can be connected in an open or a closed hydraulic circuit.
Die genannten Berechnungsschritte werden vorzugsweise rundenweise durchgeführt, wobei in jeder Berechnungsrunde alle Berechnungsschritte durchgeführt werden. Die Berechnungsrunden folgen vorzugsweise gemäß einen konstanten Zeittakt aufeinander, wobei der Zeittakt beispielsweise 1 ms beträgt. Am Anfang jeder Berechnungsrunde werden die Messwerte aller Sensoren als Eingangsgrößen der Berechnung ermittelt. Der Rechengang innerhalb einer Berechnungsrunde ist vorzugsweise frei von Rückkopplungen, wobei er im Übrigen beliebig verzweigt sein kann. Berechnungsergebnisse einer Berechnungsrunde können in zeitlich späteren Berechnungsrunden verwendet werden, um dennoch Rückkopplungen zu ermöglichen. Am Ende einer Berechnungsrunde wird insbesondere das berechnete Stell-Signal auf das zugeordnete Stellmittel, beispielsweise das dritte Druckreduzierventil ausgegeben, wobei der ausgegeben Wert vorzugsweise bis zum Ende der nächsten Berechnungsrunde konstant bleibt. Ein entsprechendes Berechnungsprogramm kann beispielsweise mit der Software Matlab Simulink, welche grafische Eingaben in C-Programm-Code umsetzen kann, erstellt werden. Der C-Programm-Code, kann nach einer Compilierung auf dem genannten programmierbaren Digitalrechner zur Ausführung gebracht werden. Es versteht sich, dass eine beliebige Programmiersprache verwendbar ist, wobei der Programmcode manuelle erstellt werden kann.The calculation steps mentioned are preferably carried out in rounds, with all calculation steps being carried out in each calculation round. The calculation rounds fol gene preferably according to a constant time cycle, the time cycle being, for example, 1 ms. At the beginning of each calculation round, the measured values of all sensors are determined as input variables for the calculation. The calculation process within a calculation round is preferably free of feedback, although it can otherwise be branched as desired. Calculation results from a calculation round can be used in subsequent calculation rounds in order to still enable feedback. At the end of a calculation round, the calculated actuating signal is output to the associated actuating means, for example the third pressure reducing valve, with the output value preferably remaining constant until the end of the next calculation round. A corresponding calculation program can be created, for example, with the Matlab Simulink software, which can convert graphic inputs into C program code. After compilation, the C program code can be executed on the programmable digital computer mentioned. It goes without saying that any programming language can be used, and the program code can be created manually.
Vorzugsweise ist die Seiltrommel mit einer schaltbaren Bremse stillsetzbar. Vorzugsweise ist ein zweiwertiges Brems-Signal vorgesehen, wobei der Schaltzustand der Bremse abhängig vom Brems-Signal ist. Das Brems-Signal kann vom Bediener der Seilwinde mittels eines Tasters oder eines Schalters vorgegeben werden. Es ist aber auch denkbar, dass das Brems-Signal aus dem Anforderungs-Signal berechnet wird.The cable drum can preferably be stopped with a switchable brake. A two-value brake signal is preferably provided, with the switching state of the brake being dependent on the brake signal. The brake signal can be specified by the operator of the cable winch using a button or a switch. However, it is also conceivable that the braking signal is calculated from the request signal.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.Advantageous developments and improvements of the invention are specified in the dependent claims.
Es kann vorgesehen sein, dass der aktuelle Grenzwert ausschließlich abhängig vom Druck-Signal und wenigstens einem konstantem Parameter ist. Die genannte Abhängigkeit, kann Ableitungen nach der Zeit und Integrale über die Zeit enthalten, welche vorzugsweise zeitdiskret berechnet werden. Hierdurch wird vorzugsweise eine Glättung des Zeitverlaufs des aktuellen Grenzwerts, bei einem stark schwankenden Druck-Signal erreicht.It can be provided that the current limit value is exclusively dependent on the pressure signal and at least one constant parameter. Said dependency can contain derivations according to time and integrals over time, which are preferably calculated in a time-discrete manner. This preferably achieves a smoothing of the time profile of the current limit value in the case of a strongly fluctuating pressure signal.
Es kann vorgesehen sein, dass die Seiltrommel mit einer schaltbaren Bremse stillsetzbar ist, wobei der aktuelle Grenzwert konstant ist, wenn die Seiltrommel mit der Bremse stillgesetzt ist, wobei er abhängig vom Druck-Signal ist, wenn die Bremse offen ist. Hierdurch soll das System bei geschlossener Bremse in einen definierten Zustand gebracht werden, so dass sich beim Öffnen der Bremse ein vorhersehbares und sanftes Anfahren der Seiltrommel ergibt.It can be provided that the cable drum can be stopped with a switchable brake, the current limit value being constant when the cable drum is stopped with the brake, it being dependent on the pressure signal when the brake is open. This is intended to bring the system into a defined state when the brake is closed, so that when the brake is opened, the cable drum starts up smoothly and predictably.
Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens zwei erste Drucksensoren vorgesehen sind, wobei das Druck-Signal vom höchsten der entsprechenden Messwerte abhängt. Bei Ausfall oder Störung eines ersten Drucksensors ist die Seilwinde dadurch immer noch sicher betreibbar.Provision can be made for at least two first pressure sensors to be provided, with the pressure signal depending on the highest of the corresponding measured values. If a first pressure sensor fails or malfunctions, the cable winch can still be operated safely.
Es kann vorgesehen sein, dass das Druck-Signal durch Tiefpassfilterung aus dem genannten höchsten Messwert des wenigstens einen Drucksensors gebildet wird. Hierdurch soll ein Glättung des zeitlichen Verlaufs des Druck-Signals erreicht werden. In der Folgen wird die Anregung von Schwingungen minimiert. Vorzugsweise wird der höchste Messwerte und/oder die Tierpassfilterung durch jeweils einen zugeordneten Berechnungsschritt im Rahmen des oben erläuterten rundenweisen Berechnungsverfahrens durchgeführt.It can be provided that the pressure signal is formed by low-pass filtering from said highest measured value of the at least one pressure sensor. This is intended to achieve a smoothing of the time profile of the pressure signal. As a result, the excitation of vibrations is minimized. The highest measured value and/or the animal pass filtering is/are preferably carried out by a respective assigned calculation step within the framework of the round-by-round calculation method explained above.
Es kann vorgesehen sein, dass die Abhängigkeit zwischen dem aktuellen Grenzwert und dem Druck-Signal eine lineare Abhängigkeit mit genau zwei Parametern umfasst. Das mittels der linearen Abhängigkeit gewonnene Signal kann einer zeitlichen Glättung mit einem PT1-Glied oder einem Tiefpassfilter unterzogen werden, um den aktuellen Grenzwert zu ermitteln.It can be provided that the dependency between the current limit value and the pressure signal includes a linear dependency with exactly two parameters. The signal obtained by means of the linear dependency can be smoothed over time using a PT1 element or a low-pass filter in order to determine the current limit value.
Es kann vorgesehen sein, dass der aktuelle Grenzwert derart vom Druck-Signal abhängt, dass das Verdrängungsvolumen des wenigstens einen Hydromotors betragsmäßig auf einen Wert nach unten begrenzt ist, der größer als das minimale Verdrängungsvolumen des Hydromotors ist, wenn der aktuelle Grenzwert wirksam ist. Hierdurch wir verhindert, dass der Hydromotor den mechanischen Anschlag anfährt, der das Verdrängungsvolumen nach unten begrenzt. In der Folge wird die Anregung von Schwingungen vermieden.Provision can be made for the current limit value to depend on the pressure signal in such a way that the displacement volume of the at least one hydraulic motor is limited in terms of amount to a value that is greater than the minimum displacement volume of the hydraulic motor when the current limit value is effective. This prevents the hydraulic motor from hitting the mechanical stop that limits the downward displacement volume. As a result, the excitation of vibrations is avoided.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel kommt ein Hydromotor zu Einsatz, dessen Verdrängungsvolumen zwischen einem minimalen Verdrängungsvolumen und einem maximalen Verdrängungsvolumen verstellbar ist, wobei die Drehrichtung der Seilwinde mit einem Wegeventil, insbesondere einem 4/3-Wegeventil, verstellt wird. Es ist aber auch denkbar, dass ein über das Verdrängungsvolumen Null hinweg verstellbar Hydromotor zum Einsatz kommt, so dass das Wegeventil entfallen kann. Im letztgenannten Fall ist das minimale Verdrängungsvolumen Null, wobei es es auf die genannte betragsmäßige Begrenzung ankommt. Damit ist ein Stellbereich um das Verdrängungsvolumen Null herum ausgeschlossen ist, wenn der zweite Grenzwert wirksam ist. Der erstgenannte, bevorzugte Fall hat den Vorteil, dass der lastseitige Druck permanent am gleichen Arbeitsanschluss des Hydromotors anliegt.According to the exemplary embodiment, a hydraulic motor is used whose displacement volume can be adjusted between a minimum displacement volume and a maximum displacement volume, with the direction of rotation of the cable winch being adjusted with a directional valve, in particular a 4/3-way valve. However, it is also conceivable that a hydraulic motor that can be adjusted beyond the displacement volume of zero is used, so that the directional control valve can be omitted. In the last-named case, the minimum displacement volume is zero, and what is important is the amount limitation mentioned. A control range around the displacement volume of zero is thus ruled out when the second limit value is effective. The first preferred case has the advantage that the pressure on the load side is permanently applied to the same working port of the hydraulic motor.
Es kann vorgesehen sein, dass in einem zweiten Berechnungsschritt, die Differenz aus einem vom Ausgangs-Signal des ersten Berechnungsschritts abhängigen eingehenden Signal und einem Korrektur-Signal gebildet wird, wobei das Stell-Signal abhängig vom entsprechenden ausgehenden Signal des zweiten Berechnungsschritts ist, wobei das Korrektur-Signal derart abhängig vom Druck-Signal ist, dass das Druck-Signal nach oben begrenzt ist. Hierdurch wird verhindert, dass dann wenn sehr große Lasten an die Seiltrommel angehängt sind, übermäßig kleine Verdrängungsvolumina am Hydromotor eingestellt werden. Hierbei ist anzumerken, dass durch Einstellung sehr kleiner Verdrängungsvolumina am Hydromotor ein extrem starker Druckanstieg bewirkt werden kann. Hierdurch wir einerseits sichergestellt, dass die Seilwinde die Last halten kann, auch wenn der Bediener eine sehr hohe Seilgeschwindigkeit anfordert. Weiter wird eine Schwingungsanregung durch Druckspitzen verhindert. Das Korrektur-Signal hat vorzugsweise ausschließlich positive Werte. Es wird vorzugsweise von dem in den zweiten Berechnungsschritt eingehenden Signal subtrahiert. Es versteht sich, dass jede mathematisch äquivalente Rechenoperation vom Schutz erfasst sein soll, also beispielsweise auch die Addition eines negativen Korrektur-Signals.It can be provided that in a second calculation step, the difference is formed between an incoming signal that is dependent on the output signal of the first calculation step and a correction signal, with the control signal being dependent on the corresponding outgoing signal of the second calculation step, with the Correction signal is so dependent on the pressure signal that the pressure signal has an upper limit. This prevents excessively small displacement volumes being set on the hydraulic motor when very heavy loads are attached to the cable drum. It should be noted here that setting very small displacement volumes on the hydraulic motor can cause an extremely large increase in pressure. On the one hand, this ensures that the cable winch can hold the load, even if the operator requests a very high cable speed. Furthermore, a vibration excitation by pressure peaks is prevented. The correction signal preferably has only positive values. It is preferably subtracted from the signal entering the second calculation step. It goes without saying that every mathematically equivalent arithmetic operation should be covered by the protection, for example the addition of a negative correction signal.
Es kann vorgesehen sein, dass das Korrektur-Signal unter Verwendung eines stetigen linear Reglers berechnet wird, wobei das Korrektur-Signal nur dann gleich dem ausgehenden Signals des Reglers ist, wenn das Druck-Signal größer als ein vorgegebener Grenz-Druck ist, wobei das Korrektur-Signal andernfalls Null ist. Im Rahmen der oben erläuterten Berechnungsschritte wird der Regler vorzugsweise zeitdiskret berechnet, wobei in einer aktuellen Berechnungsrunde Zwischenwerte aus mehreren zurückliegenden Berechnungsschritten in die Berechnung einfließen. Der Regler ist vorzugsweise ein PID-Regler. Dessen I-Anteil wird vorzugsweise auf Null gesetzt, wenn der genannte Grenz-Druck für eine vorgegeben Mindestzeitdauer unterschritten ist. Der Grenz-Druck entspricht in etwa dem maximal gewünschten lastseitigen Druck am Hydromotor.Provision can be made for the correction signal to be calculated using a continuous linear controller, with the correction signal only being equal to the outgoing signal from the controller if the pressure signal is greater than a specified limit pressure, with the Correction signal is otherwise zero. As part of the calculation steps explained above, the controller is preferably calculated in a time-discrete manner, with intermediate values from a number of previous calculation steps being included in the calculation in a current calculation round. The controller is preferably a PID controller. Its I component is preferably set to zero if the pressure has fallen below the specified limit for a predetermined minimum period of time. The limit pressure corresponds approximately to the maximum desired pressure on the hydraulic motor on the load side.
Es kann vorgesehen sein, dass die Seiltrommel mit einer schaltbaren Bremse stillsetzbar ist, wobei das Korrektur-Signal außerdem dann Null ist, wenn die Seiltrommel mit der Bremse stillgesetzt ist. Hierdurch soll ein definiertes Systemverhalten beim Lösen der Bremse erreicht werden.It can be provided that the cable drum can be stopped with a switchable brake, the correction signal also being zero when the cable drum is stopped with the brake. This is intended to achieve a defined system behavior when the brake is released.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
-
1 einen hydraulischen Schaltplan der dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundeliegenden Seilwinde; und -
2 ein Blockdiagramm, welches den Rechengang des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.
-
1 a hydraulic circuit diagram of the cable winch on which the method according to the invention is based; and -
2 a block diagram showing the calculation process of the method according to the invention.
Die Seiltrommel 11 steht mit einem Hydromotor 12 in Drehantriebsverbindung, wobei im einfachsten Fall eine drehfeste Kopplung vorgesehen ist. Bei dem Hydromotor 12 handelt es sich beispielsweise um eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise. Das Verdrängungsvolumen des Hydromotors 12 ist stetig verstellbar, wobei vorliegend eine Verstellung ausgehend von einem kleinem minimalen Verdrängungsvolumen in eine einzige Richtung zu einem maximalen Verdrängungsvolumen hin vorgesehen ist bzw. umgekehrt. Dies hat den Vorteil, dass der lastseitige Druck 38, welcher die Last 17 gegen die Schwerkraft abstützt immer in derselben Druckleitung 30 anliegt, gleich in welchem Betriebszustand sich die Seilwinde 10 befindet. Der lastseitige Druck 38 wird aus Sicherheitsgründen mit zwei ersten Drucksensoren 36; 37 gemessen. Die beiden Endwerte des Verdrängungsvolumens sind vorzugsweise mittels eines mechanischen Endanschlags stetig verstellbar, wobei sie vorzugsweise einmal fest eingestellt werden.The
In den
Das Verdrängungsvolumen wird vorliegend unter Zuhilfenahme eines hydraulischen Motorreglers 15 verstellt, wobei der mittels dem dritten Druckreduzierventil 13 (über den zweiten Signalpfad b) vorgegebene hydraulische Soll-Wert 18 im Wesentlichen proportional zum eingestellten Verdrängungsvolumen ist. Beispielsweise ist das minimale Verdrängungsvolumen eingestellt, wenn der hydraulischer Soll-Wert 18 auf 28 bar eingestellt ist, wobei das maximale Verdrängungsvolumen eingestellt ist, wenn der hydraulische Sollwert 18 auf 5 bar eingestellt ist, wobei das Verhalten dazwischen im Wesentlichen linear ist. Diese beiden beispielhaften Druckgrenzwerte 28 bar, 5 bar werden auch der folgenden Beschreibung zugrunde gelegt.In the present case, the displacement volume is adjusted with the aid of a
Weiter ist ein hydraulischer Bedienhebel 40 vorgesehen, welcher ein erstes und ein zweites Druckreduzierventil 41; 42 umfasst, mit denen ein erster bzw. ein zweiter Stelldruck 47; 48 erzeugt werden kann. Je nach Betätigungsrichtung des Bedienhebels 40 ist entweder das erste oder das zweite Druckreduzierventil 41; 42 aktiv. Der Bedienhebel 40 ist vorliegend so ausgelegt, dass man den ersten und den zweite Stelldruck 47; 48 über ein Wechselventil als hydraulischen Soll-Wert 18 direkt nutzen könnte. Dies wurde erfindungsgemäß aber gerade nicht gemacht, um das gewünschte Betriebsverhalten der Seilwinde 10 zu erreichen. Bei Auslenkung Null gibt der Bedienhebel 40 einen ersten bzw. zweiten Stelldruck 47; 48 von 5 bar aus, so dass bei direkter Motorankopplung das maximale Verdrängungsvolumen eingestellt wäre, so dass sich die Seiltrommel langsam bzw. gar nicht drehen würde. Bei maximaler Auslenkung des Bedienhebels 40 wird eine erster bzw. ein zweiter Stelldruck 47; 48 von 28 bar ausgegeben, so dass bei direkter Motorankopplung das minimale Verdrängungsvolumen eingestellt wäre, so dass sich die Seiltrommel 11 sehr schnell drehen würde.A
Der erste Stelldruck 47 wird mit dem zweiten Drucksensor 43 gemessen, wobei der zweite Stelldruck 48 mit dem dritten Drucksensor 44 gemessen wird. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung mit einem rein elektrischen Bedienhebel verwendbar ist, der quasi unmittelbar den Messwerte des ersten bzw. des zweiten Drucksensors ausgibt. Aus Sicherheitsgründen ist die vorliegende hydraulische Ausführung bevorzugt, weil mittels des ersten und des zweiten Stelldrucks 47; 48 das Wegeventil 16 in eine mittlere Stellung gebracht werden kann, in welcher sich die Seiltrommel gar nicht oder nur sehr langsam bewegt. Dies geschieht auch dann, wenn die gesamte hydraulische und elektrische Energieversorgung ausfällt.The
Der Hydromotor 12 wird von einer Hauptpumpe 31 mit Druckfluid versorgt. Bei dem Druckfluid handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit und höchst vorzugsweise um Hydrauliköl. Die Hauptpumpe 31 saugt das Druckfluid aus einem Tank 33 an und fördert es über das Wegeventil 16 zum Hydromotor 12, wobei es von dort über das Wegeventil 16 zurück in den Tank 33 fließt. Anstelle des gezeigten offenen hydraulischen Kreislauf kann auch ein geschlossener hydraulischer Kreislauf verwendet werden. Das Wegventil 16 hat drei Stellungen. In der durch Rückstellfedern 83 vorgespannten mittleren Stellung ist der Hydromotor 12 im Wesentlichen hydraulisch fest eingespannt. Dabei können gezielte Leckagen zum Tank 33 hin zugelassen sein, damit sich bei geschlossener Bremse 20 der Druck in der Druckleitung 30 abbaut. Mit dem ersten Stelldruck 47 wird das Wegeventil 16 in die linke Stellung geschaltet, mit welcher die Last 17 angehoben wird. Die Hauptpumpe 31 fördert also gegen die Wirkung der Schwerkraft. Mit dem zweiten Stelldruck 48 wird die in
Die Hauptpumpe 31 ist beispielsweise als Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise ausgeführt. Sie hat vorzugsweise ein stetig verstellbares Verdrängungsvolumen. Dieses wird von einem Pumpenregler 34 eingestellt, wobei der Förderstrom beispielsweise proportional zur Stellung des Bedienhebels 40 eingestellt werden kann. Es ist denkbar, dass der Förderstrom dabei auf einen Maximalwert begrenzt ist. Die Hauptpumpe 31 wird von einem Antriebsmotor 35 angetrieben, der beispielsweise als Verbrennungsmotor, insbesondere als Dieselmotor ausgeführt sein kann.The
Weiter ist in
Mittels dem Schaltventil 22 kann der Bremszylinder 21 der Bremse 20 mit Druck beaufschlagt werden. Der Bremszylinder 21 ist als einfachwirkender Zylinder ausgeführt, welcher die Bremse 20 im drucklosen Zustand aktiviert, so dass sich die Seiltrommel 11 nicht drehen kann. Wird er mit Druck beaufschlagt so wird die Bremse 20 gelöst, so dass die Seiltrommel 11 mittels des Hydromotors 12 gedreht werden kann. Eine stufenlose Verstellung der Bremskraft ist vorzugsweise nicht vorgesehen.The
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Wert des Stell-Signals 14 benutzt werden, um einen Soll-Schwenkwinkel des Hydromotors 12 zu berechnen. In einem solchen Fall wird vorzugsweise eine elektroproportionale Verstellung des Hydromotors das in
Aus diesem Grund ist dem Fachmann klar, dass diese Anmeldung nicht sich auf eine bestimmte Art der Verstellung des Hydromotors 12 bezieht und dass das Stell-Signal, das durch das patentierte Verfahren berechnet wird, mittels dem (bzw. unter Berücksichtigung von dem) das Verdrängungsvolumen des wenigstens einen Hydromotors 12 verstellbar ist, in verschiedenen Arten benutzt werden kann.For this reason, it is clear to the person skilled in the art that this application does not relate to a specific type of adjustment of the
Der in
Im Folgenden wird der Rechengang innerhalb einer Berechnungsrunde anhand der
Das ausgewählte Signal bildet das eingehende Signal 51 eines ersten Berechnungsschritts 50. Das entsprechende ausgehende Signal 52 ist gleich dem eingehenden Signal 51, soweit das eingehende Signal kleiner als ein aktueller Grenzwert 55 ist. Im Übrigen ist es gleich dem aktuellen Grenzwert 55. Auf die Bestimmung des aktuellen Grenzwerts 55 wird weiter unten eingegangen.The selected signal forms the incoming signal 51 of a
Das genannte ausgehende Signal 52 wird mit einem PT1-Glied (https://de.wikipedia.org/wiki/PT1-Glied) geglättet, so dass übermäßig schnelle Änderungen des Anforderungs-Signals 46; 46 nicht auf das Stell-Signal 14 durchschlagen. Anschließend wird ein Korrektur-Signal 74 subtrahiert 73.Said
In der Begrenzung 75 wird das Signal auf dem Wertebereich von 0 bar bis 28 bar begrenzt, um sicherzustellen, dass der Hydromotor nicht mit unzulässigen Werten angesteuert wird. Werte die außerhalb des genannten Intervalls liegen werden durch die zugeordnete Intervallgrenze ersetzt. Mittels des so gefundenen Stelldrucks 76 wird mittels einer Kennlinie 76 der zur Einstellung des genannten Stelldrucks 76 erforderliche Strom am dritten Druckbegrenzungsventil 13 ermittelt, welcher das Stell-Signal 14 bildet.In
Wenn der Grenzwert 55 genügend groß und der Korrektur-Wert 75 gleich Null ist, ist dieser Rechengang im Wesentlichen äquivalent zu einer direkten hydraulischen Ankopplung des Bedienhebels (Nr. 40 in
Mit dem Grenzwert 55 wird vermieden, dass durch ruckartige Verstellung des Bedienhebels zur Endstellung hin die Seiltrommel und mithin das Zugmittel stärker als die Erdbeschleunig beschleunigt wird, wodurch die mit der Schwerkraft fallende Last dem Zugmittel nicht mehr folgen kann. Dies hätte beim späteren Abbremsen einen starken Ruck zufolge, der sogar ein Reißen des Zugmittels zur Folge haben könnte. Mit dem Korrektur-Wert 75 soll vermieden werden, dass der lastseitig Druck zu groß wird, weil bei sehr schweren Lasten ein zu kleines Verdrängungsvolumen am Hydromotor eingestellt wird.The
Für beide Korrekturen wird ein Druck-Signal 62 verwendet, welches mittels der beiden ersten Drucksensoren 36; 37 ermittelt wird. Die beiden entsprechenden Messwerte werden einer Maximalwert-Berechnung 60 zugeführt, so dass allein der höhere der beiden Messwerte im Druck-Signal 62 berücksichtigt wird. Dieser höhere Werte wird beispielsweise mit einem Tiefpassfilter 71 gefiltert. Die Tiefpass-Filterung 72 kann in der Weise geschehen, dass das Druck-Signal 62 der Mittelwert des Eingangssignals des Tiefpassfilters 61 über eine vorgegeben Anzahl von zurückliegenden Berechnungsrunden ist. Beim Starten des Systems wird die Mittelwertbildung vorzugsweise mit Null initialisiert. In der Folge steht sehr kurz nach dem Start des Systems ein Druck-Signal 62 zur Verfügung, welches die Last an der Seiltrommel gut repräsentiert.A
Wie bereits erläutert ist das System mit einer Bremse ausgestattet. Während die Bremse die Seiltrommel stillsetzt, soll am Hydromotor 12 das maximale Verdrängungsvolumen eingestellt sein. Dies wird zunächst mit dem oben erläuterten Null-Signal erreicht, welches bei eingeschalteter Bremse von der Auswahleinheit 72 selbst dann ausgegeben wird, wenn der Bedienhebel ausgelenkt ist. Die beiden genannten Korrekturen sollen erst dann wirksam werden, wenn das Brems-Signal 23 über eine fest vorgegeben Zeitspanne ein Lösen der Bremse anzeigt. Zu diesem Zweck sind die Zeitsteuerung 65, die beiden ersten Signalauswahlen 66 und die Reglerfreigabe 67 vorgesehen. Die Inaktivität der beide Korrekturen wird erreicht, in dem der aktuelle Grenzwert 55 auf 28 bar (entspricht kleinstes Verdrängungsvolumen des Hydromotors) und der Korrektur-Wert auf Null gesetzt wird. Dadurch kann die rundenweise Berechnung auch während der Inaktivität durch die aktive Bremse ununterbrochen fortgesetzt werden.As already explained, the system is equipped with a brake. While the brake stops the cable drum, the maximum displacement volume should be set on the
Ist die gennannte kurze Zeitspanne abgelaufen, so wird mittels einer linearen Abhängigkeit 64 der aktuelle Grenzwert 55 aus dem Druck-Signal 62 berechnet, wobei hierbei ausschließlich zwei feste Parameter berücksichtigt werden. Diese Parameter sind so gewählt das der aktuelle Grenzwert 55 gleich Null ist (entspricht größtes Verdrängungsvolumen) ist, wenn das Druck-Signal 62 gleich einem gewünschten maximalen Lastdruck ist. Der Grenzwert würde 28 bar (entspricht kleinstes Verdrängungsvolumen) betragen, wenn das Druck-Signal 62 gleich Null wäre. Es versteht sich, dass das Druck-Signal 62 auch bei lastfreier Seilwinde immer etwas größer als Null ist, da bereits das Eigengewicht des Zugmittels einen Lastdruck bewirkt. Im Ergebnis kann der Benutzer nur dann hohe Geschwindigkeiten der Seiltrommel einstellen, wenn diese gar keine oder nur eine kleine Last trägt.If the aforesaid short period of time has elapsed, the
Das Ausgangsignal der linearen Abhängigkeit 62 wird einer dynamischen Glättung 78 unterzogen, ehe es als Grenzwert 55 verwendet wird. Die dynamische Glättung 78 kann beispielsweise als PT1-Glied ausgeführt sein.The output signal of the
Der Korrektur-Wert 74 wird unter Zuhilfenahme eines PID-Reglers berechnet. Die Regelabweichung wird aus der Differenz zwischen dem oben bereits angesprochenen gewünschten maximalen Lastdruck und dem Druck-Signal 62 ermittelt. Das Stellsignal des klassischen PID-Reglers (https://de.wikipedia.org/wiki/Regler#PID-Regler) wird jedoch nur dann als Korrektur-Signal 74 verwendet, wenn das Druck-Signal 62 größer als der gewünschte maximale Lastdruck ist. Andernfalls bedarf es keiner Korrektur, wobei als Korrektur-Signal Null verwendet wird. Das Korrektur-Signal 74 bewirkt in der Folge immer eine Verlangsamung der Seiltrommel und nie deren Beschleunigung.The correction value 74 is calculated using a PID controller. The control deviation is determined from the difference between the desired maximum load pressure already mentioned above and the
BezugszeichenlisteReference List
- aa
- erster Signalpfadfirst signal path
- bb
- zweiter Signalpfadsecond signal path
- cc
- dritter Signalpfadthird signal path
- di.e
- vierter Signalpfad fourth signal path
- 1010
- Seilwindewinch
- 1111
- Seiltrommelcable drum
- 1212
- Hydromotorhydraulic motor
- 1313
- drittes Druckreduzierventilthird pressure reducing valve
- 1414
- Stell-Signalcontrol signal
- 1515
- Motorreglermotor controller
- 1616
- Wegeventildirectional valve
- 1717
- Lastload
- 1818
- hydraulischer Soll-Werthydraulic target value
- 1919
- Drossel throttle
- 2020
- Bremsebrake
- 2121
- Bremszylinderbrake cylinder
- 2222
- Schaltventilswitching valve
- 2323
- Brems-Signalbrake signal
- 2424
- Bremsschalter brake switch
- 3030
- Druckleitungpressure line
- 3131
- Hauptpumpemain pump
- 3232
- Hilfspumpeauxiliary pump
- 3333
- Tanktank
- 3434
- Pumpenreglerpump controller
- 3535
- Antriebsmotordrive motor
- 3636
- erster Drucksensorfirst pressure sensor
- 3737
- weiterer erster Drucksensoranother first pressure sensor
- 3838
- lastseitiger Druckload side pressure
- 4040
- Bedienhebeloperating lever
- 4141
- erstes Druckreduzierventilfirst pressure reducing valve
- 4242
- zweites Druckreduzierventilsecond pressure reducing valve
- 4343
- zweiter Drucksensorsecond pressure sensor
- 4444
- dritter Drucksensorthird pressure sensor
- 4545
- erstes Anforderungs-Signalfirst request signal
- 4646
- zweites Anforderungs-Signalsecond request signal
- 4747
- erster Stelldruckfirst set pressure
- 4848
- zweiter Stelldruck second control pressure
- 5050
- erster Berechnungsschrittfirst calculation step
- 5151
- eingehendes Signal des ersten Berechnungsschrittsincoming signal of the first calculation step
- 5252
- ausgehende Signal des ersten Berechnungsschrittsoutgoing signal of the first calculation step
- 5555
- aktueller Grenzwert current limit
- 6060
- Maximalwert-BerechnungMaximum value calculation
- 6161
- Tiefpassfilterslow pass filter
- 6262
- Druck-Signalpressure signal
- 6363
- höchster Messwert der ersten Drucksensorenhighest reading of the first pressure sensors
- 6464
- linear Abhängigkeitlinear dependence
- 6565
- Zeitsteuerungtiming
- 6666
- erste Signalauswahlfirst signal selection
- 6767
- Reglerfreigabe controller release
- 7070
- PID-ReglerPID controller
- 7171
- PT1-GliedPT1 member
- 7272
- Auswahleinheitselection unit
- 7373
- zweiter Berechnungsschritt (Subtraktion)second calculation step (subtraction)
- 7474
- Korrektur-Signalcorrection signal
- 7575
- Begrenzunglimitation
- 7676
- Kennliniecurve
- 7777
- Stelldruckloading pressure
- 7878
- dynamischen Glättung dynamic smoothing
- 8080
- eingehendes Signal des zweiten Berechnungsschrittsincoming signal of the second calculation step
- 8181
- ausgehendes Signal des zweiten Berechnungsschrittsoutgoing signal of the second calculation step
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102010055718 A1 [0002]DE 102010055718 A1 [0002]
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN202210739291.0A CN115535901A (en) | 2021-06-29 | 2022-06-28 | Winch with pressure-dependent regulation of at least one hydraulic motor |
Applications Claiming Priority (2)
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ID=84388509
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DE102010055718A1 (en) | 2010-12-22 | 2012-06-28 | Robert Bosch Gmbh | Hydraulic drive |
-
2022
- 2022-05-30 DE DE102022205361.3A patent/DE102022205361A1/en active Pending
- 2022-06-28 CN CN202210739291.0A patent/CN115535901A/en active Pending
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Legal Events
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