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Die Erfindung betrifft eine Steuerung für
einen hydraulisch betätigten Verbraucher,
insbesondere eine Winde gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Eine derartige Steuerung wird insbesondere
bei der Ansteuerung von Winden zum Hieven und
Fieren von Trossen eines Schiffes verwendet. In
der WO 00/57067 A1 ist eine Windensteuerung
offenbart, bei der eine Winde zum Hieven/Fieren
der Trosse über einen Hydromotor angetrieben
wird. Dieser wird seinerseits über eine
Verstellpumpe angetrieben, wobei die
Druckmittelströmung von der Verstellpumpe zum
Hydromotor und vom Hydromotor zu einem Rücklauf
(Tank) über ein proportional verstellbares
Hauptventil gesteuert wird. Dieses Hauptventil
ist mit einer handbetätigten Vorsteuerung
ausgeführt, über die die Betriebszustände
"Hieven", 'Tieren" und - optional - "Mooring"
einstellbar sind.
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Die bekannte Windensteuerung hat des
weiteren einen Anschluß für eine Fernsteuerung,
über die das Hauptventil auch bei unbetätigter
Vorsteuerung ansteuerbar ist. In der
Neutralstellung des Hauptventils, d. h. bei
unbetätigter Winde wird deren Drehposition über
eine hydraulisch betätigte Bremseinrichtung
fixiert. Diese hat einen in Richtung
Bremseingriff federvorgespannten Hydrozylinder.
Das Belüften der Bremse erfolgt durch
Druckbeaufschlagung eines entgegen der Feder wirksamen
Druckraumes des Hydrozylinders.
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Bei dieser bekannten Konstruktion kann es beim Hieven
einer Leertrosse (Lastdruck gegen Null) und schlagartigem
Ansteuern des Hauptventils über die Fernsteuerung
vorkommen, daß der am Hydrozylinder zum Belüften der Bremse
anliegende Druck zwischen einem Maximalwert und Null
schwingt. Ein derartiges Schwingungsverhalten des
Bremslüftungsdruckes ist in Fig. 1 dargestellt, auf die
bereits jetzt Bezug genommen wird. Erstaunlicherweise
tritt dieses Schwingen des Bremslüftungsdruckes nur bei
Ansteuerung über die Fernsteuerung auf - bei einer
Ansteuerung des Hauptventils über die handbetätigte
Vorsteuerung konnten derartige Schwingungen nicht beobachtet
werden.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Steuerung für einen hydraulisch betätigten
Verbraucher, insbesondere für eine Winde zu schaffen, bei
der das Lüften einer der Winde zugeordneten
Bremseinrichtung auch bei geringem Lastdruck im wesentlichen
schwingungsfrei durchführbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Steuerung mit den
Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist die Steuerung mit einem
Bremslüftungsventil versehen, über den ein in Richtung einer
Bremslüftung wirksamer Bremssteuerraum der
Bremseinrichtung sowohl bei Ansteuerung des Hauptventils über die
Fernsteuerung als auch über das Vorsteuergerät mit einem
stromaufwärts des Hauptventils abgegriffenen
Bremslüftungssteuerdruck beaufschlagbar ist.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Ansteuerung der
Bremseinrichtung somit unabhängig vom Betriebsmodus
(Fernsteuerung/Handbetätigung) über den gleichen
Bremslüftungsdruck, der unabhängig ist vom Druckabfall am
Hauptventil oder von der Abstimmung der Steuerkanten der
Vorsteuerung und des Hauptventils ist.
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Im Gegensatz zu dieser erfindungsgemäßen Lösung wurde
der Bremslüftungsdruck bei der bekannten Lösung im Falle
einer Ansteuerung über eine Fernsteuerung stromabwärts
des Hauptventils abgegriffen - es zeigte sich
überraschenderweise, daß die Schwingungen beim Abgreifen des
Bremsdruckes stromaufwärts des Hauptventils nicht mehr
auftreten.
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Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn der zum
Betätigen des Bremslüftungsventils erforderliche
Bremssteuerdruck dem Steuerdruck zum Ansteuern des Hauptventils
entspricht. D. h. der über die Fernsteuerung oder die
Vorsteuerung aufgebrachte Steuerdruck wird dann auch zum
Umschalten des Bremslüftungsventils herangezogen.
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Dieses Bremslüftungsventil wird vorzugsweise als 3/2-
Wegeventil ausgeführt, das in einer federvorgespannten
Grundstellung den in Richtung Bremslüftung wirksamen
Steuerraum der Bremseinrichtung entlastet und das durch
den vorgenannten Bremssteuerdruck in eine Position
umschaltbar ist, in der der Bremssteuerraum mit dem
Bremslüftungsdruck beaufschlagt ist.
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Dieser Bremslüftungsdruck entspricht bei einem
besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel im wesentlichen dem
über die Verstellpumpe aufgebrachten Pumpendruck.
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Die Ansteuerung der einzelnen Elemente der
Windensteuerung ist besonders einfach, wenn ein Steuerdruck
zur Ansteuerung des als Hydromotor mit veränderlichen
Schluckvermögen ausgeführten Antriebs ebenfalls dem
Steuerdruck zur Betätigung des Bremslüftungsventils und
des Hauptventils entspricht.
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Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung hat
die Vorsteuerung ein per se bekanntes Wegeventil mit
zumindest zwei Ausgangsanschlüssen, die über
Steuerleitungen mit jeweils einem Steuerraum des Hauptventils
verbunden sind. Der höhere an den Ausgangsanschlüssen
anliegende oder über die Fernsteuerung aufgeschaltete
Steuerdruck wird über eine Wechselventilanordnung als
Bremssteuerdruck und/oder als Steuerdruck zum Ansteuern
des Hydromotors abgegriffen.
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Der Grenzdruck, bei dem das Bremslüftungsventil zum
Belüften der Bremseinrichtung umgeschaltet wird, läßt
sich über eine einstellbare Steuerfeder des
Bremslüftungsventils an unterschiedliche Betriebsbedingungen
anpassen.
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Das Wegeventil der Vorsteuerung kann vorzugsweise in
eine Fieren-/Hieven- und Mooringschaltposition verstellt
werden, so daß im Handbetrieb alle drei Betriebszustände
einstellbar sind, während per Fernbedienung nur die
Betriebszustände "Hieven" und "Fieren" einstellbar sind.
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Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
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Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 einen Bremsdruck in Abhängigkeit von der Zeit
beim Hieven einer Leertrosse mit einer herkömmlichen
Windensteuerung;
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Fig. 2 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen
Windensteuerung mit Bremslüftungsventil und
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Fig. 3 den Bremsdruck in Abhängigkeit von der Zeit
bei einer erfindungsgemäßen Windensteuerung.
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Fig. 2 zeigt das Schaltbild einer Windensteuerung,
über die eine Winde zum Hieven oder Fieren einer Trosse
ansteuerbar ist. Das Grundkonzept der in Fig. 2
dargestellten Windensteuerung entspricht der in der
Druckschrift WO 00/57067 A1 beschriebenen Windensteuerung, so
daß im folgenden nur die zum Verständnis wesentlichen
Bauelemente beschrieben werden und im übrigen auf die
Offenbarung der vorgenannten Druckschrift verwiesen wird.
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Der Antrieb der Winde 2 erfolgt über einen Hydromotor
4 mit veränderlichen Schluckvolumen, der über ein
Getriebe 6 mit der Winde 2 verbunden ist. Diese läßt sich über
eine Bremseinrichtung 8 in einer vorbestimmten
Drehposition zum Halten der Trosse festlegen. Erfindungsgemäß hat
diese Bremseinrichtung 8 einen Hydrozylinder 10, der
über eine Feder in Richtung Bremseingriff vorgespannt ist
und durch Druckbeaufschlagung eines Ringraumes 12 in
Richtung Bremslüftung mit Druckmittel beaufschlagt werden
kann.
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Die Verbindung der Anschlüsse 14, 16 des Hydromotors
4 mit einer den Druck einer Verstellpumpe (nicht
dargestellt) führenden Druckleitung 19 bzw. einer Rücklauf-
oder Tankleitung 21 erfolgt über ein vorgesteuertes
Hauptventil 18, dessen Ventilschieber aus seiner
federvorgespannten Grundposition nach rechts (Fig. 2) in
Richtung "Hieven" und nach links in Richtung "Fieren"
stetig verstellbar ist. Dieses Hauptventil 18 hat zwei
Tankanschlüsse 20, 22, einen Druckanschluß 24, einen mit
dem Anschluß 14 des Hydromotors verbundenen
Arbeitsanschluß 26, einen mit dem Anschluß 16 des Hydromotors
verbundenen Arbeitsanschluß 28 und einen Steueranschluß
30.
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Der Tankanschluß 22 ist über ein Ablaufventil 32 mit
der Tankleitung 21 verbunden. Dieses Ablaufventil 32 wird
in Schließrichtung von der Kraft einer Feder und einem in
einer Steuerleitung 34 anliegenden Steuerdruck und in
Öffnungsrichtung von dem am Anschluß 14 des Hydromotors
anliegenden Druck beaufschlagt.
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In einer den Druckanschluß 24 mit der Druckleitung 19
verbindenden Zulaufleitung 36 ist eine Druckwaage 38
vorgesehen, die in Schließrichtung von einem Druck
stromaufwärts einer durch das Hauptventil 18 ausgebildeten
Zumeßblende und in Öffnungsrichtung vom Druck am
Steueranschluß 30 beaufschlagt ist - dieser Druck entspricht
dem Druck stromabwärts der Zumeßblende.
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Die beiden Steuerräume des Hauptventils 18 sind über
Steuerkanäle 40, 42 mit Ausgangsanschlüssen von
Wechselventilen 44, 46 verbunden, wobei diese
Ausgangsanschlüsse über ein drittes Wechselventil 48 und eine
Motorsteuerleitung 50 mit einem Steueranschluß 52 des
Hydromotors 4 verbunden sind. Über den in der
Motorsteuerleitung 50 anliegenden Steuerdruck kann ein
Motorregelventil 54 des Hydromotors 4 zur Veränderung des
Schluckvolumens angesteuert werden.
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Die Eingangsanschlüsse der beiden Wechselventils 44,
48 sind mit zwei Fernsteueranschlüssen 56 bzw. 58 und
mit zwei Vorsteueranschlüssen 60, 62 eines Wegeventils
64 verbunden. Dieses läßt sich aus seiner
federvorgespannten Grundposition mittels eines Stellhebels 66 in
die Schaltpositionen "Fieren", "Hieven" und "Mooring"
verschieben.
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Das Wegeventil 64 hat des weiteren einen
Eingangsanschluß 70 und einen Ausgangsanschluß 72. Der
Eingangsanschluß 70 ist über ein Druckreduzierventil 74 und einen
Druckkanal 76 mit der Zulaufleitung 36 verbunden. In dem
Druckkanal 76 sind ein Mengenregler 78, ein in Richtung
zum Druckreduzierventil 74 öffnendes Rückschlagventil 80
und ein weiteres Druckreduzierventil 82 vorgesehen.
Letzteres ist in Öffnungsrichtung von dem Druck am
Ausgang des Druckreduzierventils 74 und in Schließrichtung
von der Kraft einer Feder beaufschlagt. Das
Druckreduzierventil 74 wird über eine Steuerkurve 84 des
Stellhebels 66 verstellt, wobei in einer Neutralposition ein
Ausgangsanschluß des Druckreduzierventils 74 über einen
Leckagekanal 86 mit einer Leckageleitung 88 verbunden
ist.
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Im Bereich zwischen dem Mengenregler 78 und dem
weiteren Druckreduzierventil 82 zweigt ein Bremsdruckkanal
90 ab, der zu einem Anschluß 92 eines
Bremslüftungsventils 94 geführt ist. Dieses ist als 3/2-Wegeventil
ausgeführt, das in seiner federvorgespannten
Grundposition den Anschluß 92 absperrt und eine mit dem Ringraum
12 verbundene Bremslüftungsleitung 96 über eine
Entlastungsleitung 98 mit der Leckageleitung 88 oder der
Tankleitung 21 verbindet. Der in Gegenrichtung zur Feder
des Bremslüftungsventils 94 wirksame Steuerraum wird über
einen Kanal 100 mit dem Druck in der Motorsteuerleitung
50 beaufschlagt, über den auch des Motorregelventil 54
angesteuert ist und der dem größeren der an den beiden
Wechselventilen 44 und 48 anliegenden Drücke entspricht.
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Wie in Fig. 2 angedeutet, kann das Wegeventil 64
auch ohne die Schaltpositon "Mooring" ausgeführt sein.
Bei deiner derartigen Variante würden dann auch der
Mengenregler 78 und das Rückschlagventil 80 wegfallen.
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Bei einer weiteren Variante der Windensteuerung
könnte anstelle des extern verlaufenden Leckagekanals 86
auch ein interner Leckagekanal 86' verwendet werden.
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Zum Hieven der Trosse wird der Stellhebel 66 nach
rechts in den schraffierten Hieven-Bereich verschwenkt
und entsprechend der Kolben des Wegeventils 64 nach
rechts verschoben. Gleichzeitig wird über die Steuerkurve
84 das Druckreduzierventil 74 betätigt, so daß der
Eingangsanschluß 70 über das weitere Druckreduzierventil 82
mit dem Druckkanal 76 und damit mit der den Pumpendruck
führenden Druckleitung 19 verbunden ist. In der Hieven-
Position ist der druckbeaufschlagte Eingangsanschluß 70
mit dem Vorsteueranschluß 62 verbunden, während der
andere Vorsteueranschluß 60 mit dem Ausgangsanschluß 72
und damit dem Leckagekanal 86 verbunden ist. Der dem
Druck am Eingangsanschluß 70 entsprechende Steuerdruck
wird über das Wechselventil 46 und den Steuerkanal 42
abgegriffen und liegt an dem in Fig. 2 rechten
Steuerraum des Hauptventils 18 an - dies wird entsprechend des
anliegenden Steuerdruckes aus der dargestellten
Grundposition nach links in eine Hieven-Position verfahren und
entsprechend die Zumeßblende aufgesteuert. In der Hieven-
Position ist der Druckanschluß 24 mit dem Arbeitsanschluß
28 sowie der Arbeitsanschluß 26 mit dem Tankanschluß 20
verbunden, so daß der Anschluß 16 des Hydromotors 4 als
Zulaufanschluß und der Anschluß 14 als Ablaufanschluß
wirkt. Der am Vorsteueranschluß 62 anliegende Steuerdruck
wird über die beiden Wechselventile 46 und 48 auch in
die Motorsteuerleitung 50 gemeldet, so daß das
Schluckvolumen des Hydromotors 4 entsprechend des Steuerdruckes
über das Motorregelventil 54 verstellt wird. Der in der
Motorsteuerleitung 50 anliegende Druck liegt über den
Kanal 100 auch am Steuerraum des Bremslüftungsventils 94
an. Durch diesen Steuerdruck wird das Bremslüftungsventil
54 aus seiner dargestellten Gründposition in seine
Schaltposition verschoben, in der der Anschluß 92 mit der
Bremslüftungsleitung 96 verbunden ist. Entsprechend liegt
im Ringraum 12 des Hydrozylinders 10 ein dem Pumpendruck
entsprechender Bremslüftungsdruck an - die
Bremseinrichtung 8 wird außer Eingriff gebracht und die Winde 2
entsprechend der Drehrichtung des Hydromotors 4 zum
Hieven der Trosse angesteuert.
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Bei Verwendung einer Fernsteuerung verbleibt der
Stellhebel 66 in seiner dargestellten Grundposition.
Über das Steuergerät der Fernsteuerung werden die beiden
Fernsteueranschlüsse 56, 58 mit einer
Steuerdruckdifferenz beaufschlagt, wobei der höhere Steuerdruck über die
Wechselventile 44, 46 und 48 zur Ansteuerung des
Hauptventils 18, des Motorregelventils 54 und des
Bremslüftungsventils 94 abgegriffen wird. Zum Hieven der Trosse
mittels der Fernsteuerung liegt dann entsprechend am
Fernsteueranschluß 58 ein höherer Steuerdruck an, der
über das Wechselventil 46 und ein Steuerkanal 52 in den
rechten Steuerraum des Hauptventils 18 gemeldet wird
- der Ventilschieber des Hauptventils 18 wird in der
vorbeschriebenen Weise nach links in eine Hieven-Position
verschoben und der Hydromotor entsprechend angesteuert.
Der am Ausgang des Wechselventils 46 anliegende Druck
wird über das weitere Wechselventil 48 in die
Motorsteuerleitung 50 gemeldet, so daß das Motorregelventil 54 zur
Veränderung des Schluckvolumens entsprechend angesteuert
wird; des weiteren wird - wie bei der Handsteuerung - das
Bremslüftungsventil 94 in seine Schaltposition gebracht,
so daß die Bremslüftungsleitung 96 über das
Bremslüftungsventil 54, den Bremsdruckkanal 90, den Mengenregler
78, das Rückschlagventil 80 und die Zulaufleitung 36 zum
Lüften der Bremse mit der Druckleitung 19 verbunden ist.
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Die Ansteuerung der Betriebszustände "Fieren" und
"Mooring" erfolgt entsprechend.
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Durch die Verwendung des Bremslüftungsventils 94,
über das sowohl bei Verwendung einer Fernsteuerung als
auch bei Handbetätigung stets der gleiche
Bremslüftungsdruck aufgeschaltet wird, können überraschenderweise die
eingangs beschriebenen Schwankungen beim Hieven einer
Leertrosse ausgeschlossen oder zumindest auf ein
akzeptables Maß abgesenkt werden.
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Fig. 3 zeigt den sich bei Verwendung einer
Fernsteuerung einstellenden Bremslüftungsdruck, wenn eine
Leertrosse mittels der Winde 2 eingeholt wird. Bei
Aufschalten des vorbeschriebenen Steuerdruckes mittels der
Fernsteuerung steigt der Bremslüftungsdruck in sehr
kurzer Zeit auf seinen gewünschten Maximalwert (etwa
Pumpendruck) an, wobei nach einem sehr kurzen
Einschwingen ein konstanter Bremslüftungsdruck anliegt. Diese
Kennlinie des Bremslüftungsdruckes unterscheidet sich
praktisch nicht von derjenigen bei der Ansteuerung des
Hauptventils 18 über den Stellhebel 66.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung läßt sich das
Ansprechverhalten der Winde 2 auch bei geringen Lastdrücken
und sehr schnellem, schlagartigen Aufbringen des
Steuerdruckes mittels einer Fernsteuerung verbessern.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Bremslüftungsventil 94 über eine Steuerfeder in
diejenige Position vorgespannt, in der der Ringraum 12
mit der Leckageleitung 88 oder der Tankleitung 21
verbunden ist. Der Schaltpunkt des Bremslüftungsventils 94 läßt
sich verändern, wenn diese Steuerfeder mit einer
Einrichtung zur Veränderung der Vorspannung ausgeführt ist.
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Offenbart ist eine Steuerung für einen hydraulisch
betätigten Verbraucher, insbesondere eine Winde, bei der
ein hydraulischer Antrieb des Verbrauchers mittels eines
stetig verstellbaren Hauptventils mit einer Pumpe oder
einem Tank verbindbar ist. Die Steuerung hat zur
Festlegung des Verbrauchers eine hydraulisch betätigte
Bremseinrichtung. Das Hauptventil läßt sich mittels einer
handbetätigten Vorsteuerung oder einer Fernsteuerung
ansteuern. Erfindungsgemäß erfolgt das Lüften der
Bremseinrichtung über ein Bremslüftungsventil, das sowohl bei
Verwendung einer Vorsteuerung als auch bei Ansteuerung
über die handbetätigte Vorsteuerung, die Bremseinrichtung
mit dem gleichen Bremslüftungsdruck beaufschlagt, der
vorzugsweise stromaufwärts des Hauptventils abgegriffen
wird.
Bezugszeichenliste
2 Winde
4 Hydromotor
6 Getriebe
8 Bremseinrichtung
10 Hydrozylinder
12 Ringraum
14 Anschluss
16 Anschluss
18 Hauptventil
19 Druckleitung
20 Tankanschluß
21 Tankleitung
22 Tankanschluß
24 Druckanschluß
26 Arbeitsanschluss
28 Arbeitsanschluss
30 Steueranschluß
32 Ablaufventil
34 Steuerleitung
36 Zulaufleitung
38 Druckwaage
40 Steuerkanal
42 Steuerkanal
44 Wechselventil
46 Wechselventil
48 drittes Wechselventil
50 Motorsteuerleitung
52 Steueranschluß
54 Motorregelventil
56 Fernsteueranschluss
58 Fernsteueranschluss
60 Vorsteueranschluss
62 Vorsteueranschluss
64 Wegeventil
66 Stellhebel
70 Eingangsanschluß
72 Ausgangsanschluß
74 Druckreduzierventil
76 Druckkanal
78 Mengenregler
80 Rückschlagventil
82 weiteres Druckreduzierventil
84 Steuerkurve
86 Leckagekanal
88 Leckageleitung
90 Bremsdruckkanal
92 Anschluß
94 Bremslüftungsventil
96 Bremslüftungsleitung
98 Entlastungsleitung
100 Kanal