DE3819447A1 - Vorrichtung zur regelung der zugkraft einer winde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Zugkraft einer Winde, insbesondere einer Hoch­ leistungswinde, mit definiertem Seilablauf.

Bei Winden, wie z.B. Trommelwinden mit einer ange­ triebenen Changiereinrichtung oder Doppel-Spillwinden besteht die Gefahr einer Seilüberlastung und damit des Reißens eines Seils, wenn die maximal zulässigen Zugkräfte im Seil überschritten werden. Um ein Über­ schreiten der maximal zulässigen Zugkräfte zu ver­ meiden, kann der Antrieb der Winde über einen Regler so gesteuert werden, daß es nicht zu einer erhöhten Seilbelastung kommt.

Werden derartige Winden hydraulisch angetrieben, so kann eine Regelung über den hydraulischen Arbeitsdruck vorgenommen werden. Dies ist insbesondere bei Doppel- Spillwinden in vielen Fällen ausreichend, wenn eine gewisse Hysterese zwischen Arbeitsdruck und Zugkraft in Kauf genommen wird. Demgegenüber reicht jedoch bei Hochleistungswinden eine Steuerung der Zugkraft über den hydraulischen Arbeitsdruck nicht mehr aus, da hier die Hysterese zwischen Zugkraft und Arbeitsdruck zu groß wird. Außerdem kann bei einer Steuerung der Zugkraft über den Arbeitsdruck den jeweiligen Last­ angriffsverhältnissen, insbesondere bei Trommelwinden, nicht ausreichend Rechnung getragen werden, weil hier die Zugkraft zusätzlich durch die Zahl der aufgewickel­ ten Seillagen sowie die Seileintrittsposition beein­ flußt wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Anordnung zu schaffen, die eine genaue und sichere Zugkraftregelung auf einfache Weise gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch die im Patentan­ spruch 1 genannten Merkmale erreicht. Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind in den nachgeordneten Patentansprüchen enthalten.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist die Vorrichtung zur Regelung der Zugkraft einer Winde, insbesondere einer Hochleistungswinde mit definiertem Seilablauf, einen mit einem steuerbaren Windenantrieb verbundenen Regler auf, der eine Sensoranordnung zur Ermittlung der Seilzugkraft unter Berücksichtigung von Lastangriffsverhältnissen besitzt. Hierdurch wird vorteilhaft die Seilzugkraft oder ein definierter Teil der Seilzugkraft erfaßt und durch den Regler nach geeigneter Umformung des erfaßten Wertes und dessen Vergleich mit einem Sollwert für die entsprechende Steuerung des Windenantriebs verwendet. Bei einem hydraulischen Windenantrieb leitet der Regler aus der ermittelten Abweichung die Korrekturgröße für den Arbeitsdruck ab. In günstiger Weise lassen sich damit vorgebbare Sollwerte der Zugkraft mit hoher Genauigkeit einhalten, wobei die maximal zulässigen Zugkräfte des jeweiligen Seils optimal ausgenutzt werden können, ohne daß die Gefahr einer Seilüberlastung besteht.

Die Sollwerte der Zugkraft lassen sich aber auch an bestimmte Lastfälle anpassen, die eine Zugkraftbe­ grenzung weit unterhalb der maximal zulässigen Zukunft des Seils erforderlich machen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Sensoranordnung wenigstens einen ersten Sensor im Zuglast-Beanspruchungsbereich der Winden­ lagerung auf. Hiermit wird vorteilhaft eine Erfassung der Seilzugkraft über deren Reaktionskraft in einer Weise ermöglicht, die die Genauigkeit der Seilkraft­ bestimmung erhöht.

Für die Durchführung der Regelung der Zugkraft ist es günstig, wenn der erste Sensor für die Aufnahme von mindestens 20% der Seilzugkraft vorgesehen ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn jeder erste Sensor im Bereich der Windenlagerung als Lastmeßbolzen ausgebildet ist. Vorzugsweise bildet dabei jeder Lastmeßbolzen einen Teil der Windenlagerung. Alternativ ist es für eine zweiteilige Lagerung der Winde im Zuglast-Bean­ spruchungsbereich günstig, wenn ein Lastmeßbolzen für einen stärker belasteten Teil der Windenlagerung vorgesehen ist und wenigstens ein Teil der Windenlagerung von einem sphärischen Lager gebildet wird. Hiermit lassen sich vorteilhaft Störkräfte, beispielsweise infolge von Kippbewegungen, bei einer derartigen Lageranordnung reduzieren.

Wenn bei einer Winde mit nicht festliegendem Seilab­ laufpunkt die Zugkraft geregelt werden soll, beispiels­ weise bei einer Trommelwinde mit einer angetriebenen Changiereinrichtung, ist es nach einer weiteren Aus­ bildung der Erfindung vorteilhaft, wenn die Sensoran­ ordnung einen zweiten Sensor für das Erfassen der Seileintrittsposition und einen dritten Sensor für das Erfassen von aufgewickelten Seillagen aufweist. Damit werden für die Regelung der Zugkraft der Winde vorteil­ haft die jeweilige Position des Seileintritts sowie die Anzahl der Seillagen auf der Trommel berücksichtigt, wobei die von dem zweiten und dem dritten Sensor erfaßten Werte im Regler bei der Umrechnung der Last­ meßbolzenkraft auf die Seilkraft entsprechend berück­ sichtigt werden.

Man kann den zweiten Sensor mit einer Auswerteelek­ tronik und einer Changiereinrichtung auch dazu verwen­ den, die Position des Seileintritts zu ermitteln. Somit ist auch bei Trommelwinden mit zwangsweiser Changierung des Seiles eine genaue Ermittlung der Seilkraft und eine dementsprechend sichere Regelung der Zugkraft der Winde möglich.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Zweitrommel-Spill­ winde mit einer Sensoranordnung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Zweitrommel-Spill­ winde gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung einer Windenlagerung für die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Zweitrommel-Spillwinde.

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Trommelwinde mit angetriebener Changiereinrichtung und Sensoranordnung.

Die dargestellte Spillwinde 10 weist zwei Spills 11 und 12 auf, die in einem Windengehäuse 13 gelagert sind. Für das Gehäuse 13 ist eine unterseitige bzw. vertikale Lagerung über einen Lagerhebel 14 vorgesehen, der an einer Lasche 15 angelenkt ist, die auf einem Fundament 16 befestigt ist.

Das Gehäuse 13 ist ferner an einer senkrechten Wand 17 über einen Seilführungsbock 18 mittels Bolzen 19 und 20 gelagert. Der Seilführungsbock 18 legt den Eintritt eines Seils 21 in die Winde 10 räumlich fest. Die Bolzen 19 und 20 liegen in der Ebene, in der das Seil 21 in die Winde 10 eintritt. Sie übertragen damit die Reaktionskräfte aus der Seilkraft im Verhältnis 1:1 auf den Seilführungsbock 18 und die Wand 17. Die Winde 10 ist somit über die Bolzen 19 und 20 und über den Lagerhebel 14 gelagert, wobei der Lagerhebel 14 die Aufgabe hat, die Winde 10 in ihrer waagerechten Posi­ tion zu halten, und wobei der Lagerhebel 14 so angeord­ net ist, daß in ihm wirkende Kräfte keine bzw. nur eine minimale Rückwirkung auf die in Seilzugrichtung wirken­ den Kräfte in den Bolzen 19 und 20 ausüben.

Das lastlose Seilende 22 tritt, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, aus der Winde aus und wird in einer nicht dargestellten Trommel gespeichert.

Die Winde 10 besitzt ferner, wie in Fig. 2 dargestellt, Hydraulikleitungen 23 und 24, die für die entsprechen­ den steuerbaren Windenantriebe 25 bzw. 26 vorgesehen sind. Ein Regler, der die hydraulischen Antriebe 25 und 26 dem Bereich von zulässigen Seilzugkräften zu steuern vermag, wurde bei der Darstellung weggelassen.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, liegt für die beiden Bolzen 19 und 20 stets eine definierte Kraftaufteilung vor, da bei der Winde 10 das Seil 21 stets an einer bestimmten Stelle, bei 27, in die Winde 10 einläuft. Bei der gezeigten Anordnung übernimmt der Bolzen 19 den größe­ ren Anteil und der Bolzen 20 den kleinere Anteil der Seilkraft. Die Bolzen 19 und 20 sind als Lastmeßbolzen ausgebildet. Alternativ ist es auch ausreichend, wenn nur ein Bolzen als Lastmeßbolzen ausgebildet ist, wobei es für die Genauigkeit der Reaktionskrafterfassung am günstigsten ist, den Bolzen mit der höheren Belastung zu verwenden, weil hier der Einfluß von Störkräften, beispielsweise aus dem Anschluß der Hydraulikleitungen 23 und 24 und dem Auslauf des lastlosen Seilendes 22 besonders klein ist.

In Fig. 3 ist eine vergrößerte Draufsicht auf die Lagerung der Winde 10 im Bereich der Bolzen 19 und 20 ausschnittsweise dargestellt. Der Bolzen 19 ist als Lastmeßbolzen in bekannter Bauart ausgebildet. Bei dem Lastmeßbolzen 19 werden Scherkräfte in den beiden Ebenen 28 und 29 gemessen. Die Meßergebnisse werden von einem Anschlußgehäuse 30 über ein Kabel 31 zu einer nicht näher dargestellten Elektronikeinheit eines Reglers gegeben, in der anhand der ermittelten Werte eine Berechnung der Ist-Zugkraft, ein Vergleich mit einen vorgegebenen Zugkraft-Sollwert vorgenommen wird und aus der Abweichung mit Hilfe einer entsprechenden Steuerung der hydraulischen Antriebe 25 und 26 geregelt wird.

Die Ebenen 28 und 29 liegen jeweils zwischen einer Seitenwand 32 des Gehäuses 13 der Winde 10 und Laschen 33 und 34 des Seilführungsbocks 18. Der Lastmeßbolzen 19 ist durch Befestigungsplatte 35 axial gehaltert und gegen Verdrehung gesichert. Die Meßrichtung des Last­ meßbolzens, d.h. die Richtung großer Empfindlichkeit gegen eine Belastung, stimmt dabei mit der Richtung des Seils 21 überein.

Der Bolzen 20, der als einfacher Lagerbolzen ausgebil­ det ist, ist durch zwei Laschen 36 und 37 des Lager­ bocks 18 geführt und ebenfalls mittels einer Befesti­ gungsplatte 38 drehsicher befestigt. Zwischen den Laschen 36 und 37 greift an den Bolzen 20 eine Seiten­ wand 39 des Gehäuses 13 der Winde 10 an. Zur Redu­ zierung von Störkräften sind bei beiden Bolzen 19,20 sphärische Lager 40 vorgesehen, welche eventuelle Kippbewegungen infolge von Verformungen des Seil­ führungsbocks 18 oder des Gehäuses 13 der Winde 10 von den Bolzen, insbesondere von Lastmeßbolzen 19 fernhält.

Fig. 4 zeigt eine andere Variante des Erfindungsge­ dankens mit einer Trommelwinde 41 und einer Changier­ vorrichtung 42. Die Trommel ist zwischen zwei Platten 44 gelagert, die mit Augen 45 in den Laschen 46 des Lastaufnahmebocks 47 befestigt sind. Die Befestigung erfolgt mit Hilfe eines Bolzens 48 und eines Lastmeß­ bolzens 49.

Die Trommel 43 ist mit einer Bremse 50 und einem Antriebsmotor 51 verbunden. Die Changierwalze 52 der Changiervorrichtung 42 wird über einen Rädertrieb im Räderkasten 53 von der Trommel 43 angetrieben. Die Changierwalze 52 besitzt Nutenbahnen 54, in denen der Führungszapfen des auf der Stange 55 hin- und her­ verschieblichen Seilführers 58 eingreift. Das Über­ setzungsverhältnis zwischen Seiltrommel 43 und Chan­ gierwalze 52 ist so ausgelegt, daß sich das Seil 57 auf der Seiltrommel 43 in dichten Lagen aufwickelt.

Erfindungsgemäß besitzt die Trommelwinde 41 neben dem schon erwähnten ersten Sensor 49 für die Seilkrafter­ mittlung einen zweiten Sensor 58, welcher z.B. als Drehimpulsgeber sowohl die Lage des Seilführers 56 zu den beiden Abstützaugen 45 als auch die jeweils ge­ wickelte Lage des Seils 57 auf der Trommel 43 er­ mittelt. Die Signale beider Geber 49, 58 werden in einer Auswerte- und Recheneinheit 59 miteinander entsprechend den geometrischen Verhältnissen des Seileinlaufs verarbeitet und liefern ein Ausgangs­ signal, welches der Seilkraft entspricht.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Regelung der Zugkraft einer Winde, insbesondere einer Hochleistungswinde, mit defi­ niertem Seilablaufpunkt, gekennzeichnet durch einen mit einem steuerbaren Windenantrieb (25, 26) ver­ bundenen Regler mit einer Sensoranordnung (19) zur Ermittlung der Zugkraft eines Seils (21) unter Berücksichtigung von Seillast-Angriffsver­ hältnissen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sensoranordnung wenigstens einen ersten Sensor (19) im Zuglast-Beanspruchungsbereich der Lagerung der Winde (10) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß mit dem ersten Sensor (19) gemessene Zugkraft des Seils (21) mit einem Sollwert ver­ glichen und die Abweichung zur Regelung der Zug­ kraft verwendet wird, wobei der Sollwert wählbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder erste Sensor im Zuglast-Bean­ spruchungsbereich als Lastmeßbolzen (19) ausge­ bildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß jeder Lastmeßbolzen (19) einen Teil der Lagerung der Winde (10) bildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Lastmeßbolzen (19) für einen stärker belasteten Teil der Windenlagerung vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß wenigstens der Teil der Windenlagerung, der den Lastmeßbolzen aufnimmt, von einem sphäri­ schen Lager (40) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung einen zweiten Sensor für das Erfassen der Seilein­ trittsposition (27) und einen dritten Sensor für das Erfassen von aufgewickelten Seillagen aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der zweite Sensor über eine Changierein­ richtung sowohl aufgewickelte Seillagen als auch die Seileintrittsposition erfaßt.