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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Fahrzeugwinde mit
variabler Drehzahl, die das Servolenksystem des Fahrzeugs als Quelle
hydraulischer Energie nutzt.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Vorteile einer an einem Fahrzeug montierten Winde sind seit langem
bekannt. Bei Querfeldeinfahrten stellt eine Winde ein höchst wirksames Mittel
zum Herausziehen des Fahrzeugs bereit, wenn dieses im Schlamm stecken
bleibt oder wenn das Fahrzeug in unebenem Gelände aufsitzt. Die Winde erweitert
den Aktionsradius des Fahrzeugs, indem sie den Querfeldeinfahrer
dabei unterstützt,
das Leistungsvermögen
des Fahrzeugs auch dann auszunutzen, wenn er dies sonst nicht wagen
würde,
und das Fahrzeug wieder zurück
in seine Betriebsgrenzen zu bringen, wenn dieses Vermögen überschritten
worden ist. Die Winde kann außerdem
für zahllose
andere Anwendungen verwendet werden, die die Rettung anderer Fahrzeuge
aus gefährlichen
Schlammlöchern,
das Bewegen großer
Gegenstände,
wie etwa umgefallener Bäume,
und das Abschleppen anderer Fahrzeuge umfassen.
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Obgleich
zum Bewegen schwerer Lasten ein Windenbetrieb bei niedriger Drehzahl
und hohem Drehmoment erforderlich ist, ist es häufig erwünscht, die Winde mit einer
höheren
Drehzahl zu betreiben, um vor dem Bewegen einer Last einen Seil-
oder Kabeldurchhang schnell aufzuwickeln oder einen langen Kabelabschnitt
schnell einzuholen, nachdem eine Last bewegt worden ist. Es ist
nicht bekannt, dass ein zweckmäßiges und
zuverlässiges
Mittel zum Umschalten zwischen einem Betrieb bei hoher Drehzahl
und niedrigem Drehmoment und einem Betrieb bei niedriger Drehzahl
und hohem Drehmoment bei einer an einem Fahrzeug montierten Winde
bereits verwirklicht worden wäre.
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Traditionellerweise
wurden die meisten Fahrzeugwinden bislang durch mit der Fahrzeugbatterie verbundene
Elektromotoren angetrieben, wie etwa bei der in dem US-Patent Nr. 5,522,582
von Dilks offenbarten Winde. Diese elektrischen Winden benötigen große Mengen
elektrischer Energie, die die Fahrzeugbatterie rasch erschöpfen und
bei längerem
Betrieb zu einer Überlastung
des Windenmotors führen können.
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Das
US-Patent 3,682,442 offenbart eine Handwindenanordnung mit einer
zentralen Leistungseingangswelle, um eine Drehung einer externen
Trommel zu bewirken, wobei die Welle, wenn sie im Uhrzeigersinn
gedreht wird, durch eine Freilaufkupplung in einem Verhältnis von
eins zu eins eine direkte Drehung der Trommel in Uhrzeigerrichtung
bewirkt, und wobei die Welle, wenn sie gegen die Uhrzeigerrichtung
gedreht wird, durch ein Planetengetriebesystem und eine Freilaufkupplung
eine untersetzte Drehung der Trommel in Uhrzeigerrichtung bewirkt.
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Das
deutsche Patent 866 840 offenbart eine Winde mit einem Planetengetriebe
zwischen einer Antriebswelle und einer Trommel. Eine Bandbremse wird
dazu verwendet, die Drehzahl der Trommel durch ein Drehzahlkontinuum
zu variieren.
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Es
ist bekannt, dass hydraulische Winden mehrere Vorteile gegenüber elektrischen
Winden bereitstellen. Hydraulische Winden sind im Allgemeinen leistungsstärker, weniger
kompliziert, kleiner, dazu in der Lage, über einen längeren Zeitraum zu arbeiten, ohne
den Motor übermäßig zu belasten,
und erfüllen hohe
Zuverlässigkeits- und Wartbarkeitsstandards. Hydraulische
Winden werden traditionell zur Verwendung bei spezifischen Anwendungen
konstruiert und ausgelegt. Das US-Patent Nr. 4,950,125 von Gravenhorst
beispielsweise offenbart die Verwendung eines Radialkolbenhydraulikmotors
in einem Löffelbagger-/Kran-Umwandlungsbausatz
für verbesserte Freifalleigenschaften,
das US-Patent Nr. 5,176,364 an Bell offenbart die Verwendung eines
Kabeltrommelkurbelsystems, das mehrere Trommeln umfasst und durch
einen Dieselmotor angetrieben wird, zur Verwendung mit Öl- und Gasquellen
und das US-Patent Nr. 4,650,163 an Peterson offenbart eine hydraulische
Winde mit Schnellverbindungsmerkmalen zur Montage an der Dreipunktkupplung
eines Traktors.
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Es
wurde zumindest ein Versuch unternommen, eine hydraulische Winde
in mehrere nicht kommerzielle Fahrzeuge einzubauen. Das US-Patent
Nr. 3,788,605 an Johnson offenbart eine hydraulische Winde mit einer
einzigen Drehzahl, die einen in einer Kabeltrommel enthaltenen Hydraulikmotor
umfasst, zur Verwendung mit einem Kraftfahrzeug oder Boot. Der Hydraulikmotor
kann durch Hydraulikdruck von der Servolenkungspumpe eines Kraftfahrzeugs
oder durch das Hydraulikdruckversorgungssystem eines Bootes betrieben
werden. Die Johnson-Winde sieht jedoch keinen Windenbetrieb mit
verschiedenen Drehzahlen oder einen zuverlässigen Systembetrieb vor und
berücksichtigt
nicht die Sicherheit des Fahrzeugs oder von Personen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine fahrzeugmontierte
Winde bereitzustellen, die einen Betrieb bei verschiedenen Drehzahlen
vorsieht.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Winde bereitrustellen,
die leicht an ein vorhandenes Hydraulikkraftsystem und ein vorhandenes
elektrisches System eines Fahrzeugs angebracht werden kann.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Winde
bereitrustellen, die dazu imstande ist, einen länger andauernden Schwerlastbetrieb
aufrechtruerhalten.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Winde bereitzustellen,
die einfach und kostengünstig
ist.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Winde
bereitrustellen, die dazu imstande ist, in einem Vorwärts-, Rückwärts-, Freispul-
und Bremsbetrieb zu arbeiten.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Winde
bereitrustellen, die per Fernsteuerung betrieben werden kann, um
es dem Bediener zu ermöglichen,
während
des Betriebs der Winde eine sichere Position einzunehmen.
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Bezugnehmend
auf die vorstehenden und andere Ziele der Erfindung sieht die vorliegende
Erfindung eine Winde mit verschiedenen Drehzahlen vor, die einen
Motor umfasst, der eine Antriebswelle dreht, die über eine
Getriebeuntersetzungsanordnung eine Windentrommel dreht. Bei der
bevorzugten Ausführungsform
kann die Windentrommel auch unmittelbar durch die Antriebswelle
angetrieben werden, so dass die Windentrommel und die Antriebswelle
mit derselben Drehzahl drehen. Selektive Kopplungseinrichtungen
ermöglichen
es dem Bediener, zwischen einem Betrieb bei hohem Drehmoment und
niedriger Drehzahl und einem Betrieb bei niedrigem Drehmoment und
hoher Drehzahl umzuschalten.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist eine Planetengetriebeuntersetzungsanordnung offenbart,
die aus einem Hohlrad und mehreren Planetenrädern besteht. Die Planetenräder, die
durch die Antriebswelle angetrieben werden, stehen mit dem Hohlrad
in Eingriff und drehen sich um dieses. Die Planetenradwellen sind
mit der Windentrommel verbunden, so dass, wenn ein Betrieb bei niedriger
Drehzahl gewählt
wird, die Windentrommel mit derselben Drehzahl dreht wie die Planetenräder, die
die Antriebswelle umkreisen.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform ist
außerdem
ein Freispulbetrieb offenbart, bei dem das Hohlrad frei im Windengehäuse drehen
kann, wodurch die Windentrommel von der Antriebswelle entkoppelt
ist. Bei dieser Betriebsart kann die Windentrommel frei drehen,
um ein schnelles Abspulen des Kabels zu ermöglichen.
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Die
Mittel zum Wählen
eines Betriebes bei hoher oder niedriger Drehzahl umfassen eine
Koppelplatte, die die Windentrommel mit der Antriebswelle verbindet,
und einen Mechanismus zum axialen Bewegen der Koppelplatte relativ
zur Antriebswelle. Wenn die Koppelplatte axial bewegt wird, um mit
der Antriebswelle in Eingriff zu kommen, dreht die Windentrommel
mit derselben Drehzahl wie die Antriebswelle. Wenn die Koppelplatte
axial bewegt wird, um die Antriebswelle zu entkoppeln, dreht die
Windentrommel mit verringerter Drehzahl, welche durch das Untersetzungsverhältnis der
Getriebeuntersetzungsanordnung bestimmt wird.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform ist
eine manuelle Einrichtung zum Umschalten zwischen einem Betrieb
bei hoher Drehzahl und einem Betrieb bei niedriger Drehzahl offenbart.
Eine zusammengedrückte
Feder drängt
einen Kolben gegen die Koppelplatte, wodurch die Koppelplatte in
Eingriff mit der Antriebswelle gedrückt und eine Drehung der Windentrommel
mit hoher Drehzahl bewirkt wird. Ein an einer Nocke angebrachter
Griff ermöglicht
es dem Bediener, den Kolben zurückzuziehen,
um die Koppelplatte von der Antriebswelle zu entkoppeln, so dass
die Windentrommel mit niedriger Drehzahl dreht.
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Eine
alternative Ausführungsform
sieht eine Fernumschaltung zwischen einem Betrieb bei niedriger
Drehzahl und einem Betrieb bei hoher Drehzahl vor. Gemäß dieser
Ausführungsform
wird ein Elektromagnetsystem offenbart, das den Kolben zurückzieht,
um die Antriebswelle zu entkoppeln, wenn die Elektromagnetspule
mit elektrischer Energie von der Fahrzeugbatterie versorgt wird.
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Die
vorliegende Erfindung sieht außerdem eine
ausfallsichere Hydraulikwinde mit verschiedenen Drehzahlen vor,
die das Servolenksystem eines Fahrzeugs als Hydraulikdruckquelle
nutzt. Ein Ventil mit mehreren Ventilstellungen steuert den Hydraulikflüssigkeitsfluss
zu einem Hydraulikmotor. Das Ventil hat wenigstens eine Eingangsöffnung,
die mit dem Servolenksystem des Fahrzeugs verbunden ist, um Hydraulikflüssigkeit
zu empfangen, und wenigstens eine Ausgangsöffnung, die mit dem Hydraulikmotor verbunden
ist, um Hydraulikflüssigkeit
zu entsenden. Das Servolenksystem des Fahrzeugs führt dem
Ventil kontinuierlich unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit
zu und das Ventil steuert den Fluss der unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit
zum Motor. Unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit, die dem Ventil zugeführt wird,
wird kontinuierlich zum Servolenksystem zurückführt. Mit dem Ventil sind Positionierungsmittel
verbunden, um das Ventil in eine gewählte Stellung zu bringen, die
durch eine Steuereinrichtung bestimmt wird, welche in Abhängigkeit
von Benutzereingaben selektiv elektrische Energie zu den Ventilpositionierungsmitteln
lenkt.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
Erfindung ist eine Hydraulikventilanordnung mit vier Öffnungen
offenbart. Die Ventilanordnung hat eine erste und eine zweite elektrische
Spule zum Steuern des Flusses von unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit
zwischen dem Servolenksystem eines Fahrzeugs und einem am Fahrzeug
angebrachten Hydraulikwindenhilfsmotor mittels einer Steuereinrichtung.
Die erste und die zweite elektrische Spule weisen jeweils einen
erregten und einen entregten Zustand auf. Eine erste Ventilöffnung ist
mit dem Servolenksystem verbunden, um kontinuierlich unter Druck
stehende Hydraulikflüssigkeit
vom Servolenksystem zu empfangen. Eine zweite Ventilöffnung ist mit
dem Servolenksystem verbunden, um kontinuierlich unter Druck stehende
Hydraulikflüssigkeit
an das Servolenksystem abzugeben. Eine dritte Ventilöffnung ist
mit dem Windenmotor verbunden, um dem Windenmotor unter Druck stehende
Hydraulikflüssigkeit
zuzuführen,
wenn sich die erste elektrische Spule in einem erregten Zustand
befindet, wodurch der Windenmotor in eine erste Richtung dreht.
Eine vierte Ventilöffnung
ist mit dem Windenmotor verbunden, um dem Windenmotor unter Druck
stehende Hydraulikflüssigkeit
zuzuführen,
wenn sich die zweite elektrische Spule in einem erregten Zustand
befindet, wodurch der Windenmotor in eine zweite Richtung dreht.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
Erfindung ist eine Hydraulikwindensteuereinrichtung offenbart. Die
Steuereinrichtung steuert den Betrieb der Hydraulikwinde, die an
einem Fahrzeug mit einer Batterie angebracht ist, indem einer oder
mehrere Ventilelektromagneten, die an einem Hydrauliksteuerventil
angebracht sind, selektiv mit Energie versorgt werden. Die Steuereinrichtung
ist durch ein elektrisches Verbindungsmittel, das mit einem Ende einer
langgestreckten elektrischen Leitung verbunden ist, mit der Fahrzeugbatterie
und dem Ventilelektromagneten verbunden. Das andere Ende der elektrischen
Leitung ist mit dem Sicherheitsschalter einer Steuereinrichtung
verbunden. Der Sicherheitsschalter ist in mehrere Stellungen bewegbar und
versorgt den Ventilelektromagneten selektiv mit Energie, wenn er
manuell gedrückt
wird.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform ist
außerdem
ein Kühler
offenbart, der mit dem Servolenksystem verbunden ist, um die Hydraulikflüssigkeit
zu kühlen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nun genauer unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben, wobei in den mehreren Zeichnungen gleiche Bezugszeichen immer
gleiche oder ähnliche
Elemente bezeichnen. Es zeigt:
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1A eine
Schnittansicht einer Winde mit verschiedenen Drehzahlen, die eine
einzelne Planetengetriebeanordnung umfasst und eine manuelle Betätigung der
Windenelemente verwendet, um zwischen den verschiedenen Windenbetriebsarten
zu wählen,
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1B einen
Aufriss der Planetengetriebeanordnung gemäß 1A,
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1C eine
Explosionsansicht der Windenanordnung mit verschiedenen Drehzahlen,
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1D einen
Aufriss der Koppelplatte und der Planetengetriebeanordnung gemäß 1A,
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2 eine
schematische Darstellung der Winde gemäß 1A, die
in ein Fahrzeug mit einem Hydrokraftsystem eingebaut ist,
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3A ein
Funktionsdiagramm eines Hydraulikventils, wobei die Spulen 1 und
2 entregt sind,
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3B ein
Funktionsdiagramm des Ventils, wobei die Spule 1 erregt und die
Spule 2 entregt ist,
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3C ein
Funktionsdiagramm des Ventils, wobei die Spule 1 entregt und die
Spule 2 erregt ist,
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4 eine
Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Fernsteuerung
für die
Winde gemäß den 1A–D,
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5 eine
Darstellung, die allgemeine Fahrzeugeinbaumerkmale der hydraulischen
Winde zeigt,
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6 eine
Schnittansicht der Winde gemäß 1A,
die eine Elektromagnetbetätigung
der Windenelemente verwendet, um zwischen den verschiedenen Windenbetriebsarten
zu wählen,
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7 eine
schematische Darstellung der Winde gemäß 6, die in
ein Fahrzeug eingebaut ist,
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8 eine
Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Fernsteuerung
für die
Winde gemäß den 6 und 9,
und
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9 eine
Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform der Winde mit verschiedenen Drehzahlen,
die zwei Planetengetriebeanordnungen mit Elektromagnetbetätigung der
Windenelemente umfasst, um zwischen den verschiedenen Windenbetriebsarten
zu wählen.
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Genaue Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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In Übereinstimmung
mit einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wie in den 1A–1D gezeigt,
ist die Anlagenkonfiguration für
eine hydraulische Fahrzeugwinde 10 mit verschiedenen Drehzahlen
dargestellt.
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Eine
Antriebswelle 75, die durch einen hydraulischen Windenmotor 70 (2)
angetrieben wird, erstreckt sich durch das axiale Zentrum einer Windentrommel 80,
die durch eine linke Halterung 77 und ein Getriebegehäuse 76 in
Stellung gehalten wird. Eine Montageplatte 79 stellt ein
Substrat bereit, auf dem die linke Halterung 77 und das
Getriebegehäuse 76 aufliegen,
wenn sie am Wirtsfahrzeug angebracht sind.
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Schraubenlöcher in
der Montageplatte 79 (allgemein bei 52 dargestellt)
fluchten mit Gewindelöchern
in der linken Halterung 77 (allgemein bei 54 dargestellt),
Gewindelöchern
im Getriebegehäuse 76 (allgemein
bei 56 dargestellt) und Löchern im Wirtsfahrzeugwindenstoßfänger 110 (5).
Wie in 1A gezeigt, sind die linke Halterung 77 und
das Getriebegehäuse 76 mittels
Schrauben, die allgemein bei 81a und 81b dargestellt
sind, an der Basisplatte 79 und dem Wirtsfahrzeug befestigt.
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Die
linke Halterung 77 und das Getriebegehäuse 76 sind nahe ihren
Oberseiten durch zwei Verbindungsstangen 87a und 87b miteinander
verbunden. Obgleich bei der bevorzugten Ausführungsform zwei Verbindungsstangen 87a und 87b vorgesehen sind,
versteht es sich, dass stattdessen auch eine einzelne Verbindungsstange
verwendet werden kann. Es versteht sich ferner, dass, wenn die Verbindungsstangen 87a und 87b entfernt
werden, die linke Halterung 77, das Getriebegehäuse 76 und
die Windentrommel 80 nicht mehr miteinander verbunden sind
und ungehindert auseinander gezogen werden können, um die Wartung zu vereinfachen.
Mit anderen Worten, die Windentrommel 80 wird durch die
linke Halterung 77 und das Getriebegehäuse 76 wirksam in
Stellung gehalten und getragen, wenn letztere durch die Verbindungsstangen 87a und 87b miteinander
verbunden sind.
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Die
Windentrommel 80 ist mit der Antriebswelle 75 über ein
geeignetes Untersetzungsgetriebe verbunden, das im Getriebegehäuse 76 aufgenommen
ist, so dass die Trommel 80 in Abhängigkeit des Betriebes des
Windenmotor 70 dreht, wodurch das Kabel oder Seil 82 von
der Trommel 80 abgewickelt wird, wenn der Windenmotor 70 in
Vorwärtsrichtung dreht,
und das Kabel oder Seil 82 wieder eingeholt wird, wenn
der Windenmotor 70 in Rückwärtsrichtung
dreht. Typische Getriebeuntersetzungsvorrichtungen und -verfahren
können
dazu verwendet werden, den Windenmotor 70 und die Windentrommel 80 in
geeigneter Weise miteinander zu verbinden und eine ausreichende
Drehmomentabgabe an die Windentrommel 80 bereitrustellen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Windenmotor 70 ein Motor mit niedriger Drehzahl
und hohem Drehmoment und mit einem Volumen von 250 cm3.
Geeignete Quellen für
solche Motoren umfassen White Hydraulics aus Louisville, Kentucky
und die Dan Foss Company, die in Wisconsin angesiedelt ist.
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Eine
bevorzugte Untersetzungsgetriebevorrichtung ist jedoch in den 1A–1C dargestellt.
Die Windenmotorantriebswelle 75 erstreckt sich durch das
axiale Zentrum der Windentrommel 80 und steht mit einer
Anordnung aus drei Planetenrädern 83a–c in Eingriff,
die sich um drei Planetenradwellen 63a–c drehen. Wie in 1B gezeigt
ist jeweils ein Ende der Planetenradwellen 63a–c an einer Trommelantriebsplatte 23 angebracht.
Die Planetenradwellen 63a–c sind um 120 Grad voneinander
beabstandet radial um den Umfang der Trommelantriebsplatte 23 angeordnet.
Die Trommelantriebsplatte 23 ist starr an der Windentrommel 80 angebracht, etwa
durch eine Schweißnaht.
Ein Keil 58 am Ende Antriebswelle 75 steht mit
den Planetenrädern 83a–c in Eingriff,
so dass sich die Planetenräder 83a–c in Abhängigkeit
von der Drehung der Antriebswelle 75 drehen. Ein Hohlrad 84 steht
mit den Planetenrädern 83a– c in Eingriff,
so dass, wenn das Hohlrad 84 durch den Getriebeuntersetzungsstift 85 am
Getriebegehäuse 76 arretiert
ist, die Drehung der Antriebswelle 75 bewirkt, dass die
Windentrommel 80 mit einer Drehzahl dreht, die geringer
als die der Antriebswelle 75 ist. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
beträgt
das Untersetzungsverhältnis,
das mit dieser Anordnung erzielt wird, sechs zu eins (6:1). Es versteht sich
jedoch, dass andere Untersetzungsverhältnisse mit der gezeigten Getriebeuntersetzungsanordnung erzielt
werden können.
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Bei
einem typischen Fahrzeugeinbau, bei dem der Motor 70 durch
das Servolenksystem des Fahrzeugs angetrieben wird, führt die
Servolenkungspumpe 40 (2 und 7)
dem Motor 70 Hydraulikflüssigkeit mit einem Druck von
10,34 Megapascal (1500 psi) und einer Durchflussgeschwindigkeit
von 11,36 Liter (3 US gallons) pro Minute zu. Diese Einbaukonfiguration
erzeugt ein maximales Drehmoment von 14.235,9 Nm (10.500 ft lbs)
an der unteren Windung der Windentrommel und eine nominelle Trommeldrehzahl
von 8 U/min während
des Windenmotorbetriebs. Es versteht sich jedoch, dass das maximale
Drehmoment und die nominelle Trommeldrehzahl in Abhängigkeit
von der spezifischen Einbaukonfiguration sowie dem spezifischen
verwendeten Untersetzungsverhältnis
variieren.
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Der
Getriebeuntersetzungsstift 85 verbindet das Hohlrad 84 mittels
Vertiefungen 67 längs
der Außenfläche des
Hohlrades 84 mechanisch mit dem Getriebegehäuse 76,
so dass, wenn der Stift 85 zurückgezogen und dadurch aus den
Vertiefungen 67 entfernt wird, das Hohlrad 84 und
die Planetenräder 83 antriebsmäßig von
der Windentrommel 80 entkoppelt sind. Mit anderen Worten,
ein Zurückziehen
des Stifts 85 aus dem Hohlrad 84 entkoppelt die
Windenmotorantriebswelle 75 wirksam von der Windentrommel 80,
so dass die Windentrommel 80 frei spult. Auf diese Weise
wird eine Freispulfähigkeit
offenbart, wodurch das Kabel 82 ohne Unterstützung durch
den Windenmotor 70 von der Windentrommel 80 abgewickelt
werden kann. Diese Freispulfähigkeit
ist zur schnellen Freigabe des Kabels 82 von der Windentrommel 80 besonders
nützlich.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
der Getriebeuntersetzungsstift 85 durch eine Feder 86 zum
Hohlrad 84 gedrängt.
Zum Lösen
des Stifts 85 vom Hohlrad 84 wird der Stift 85 durch
die Drehung einer Nocke 89, an der der Stift 85 angebracht
ist, in radialer Richtung vom Hohlrad 84 weg gezogen. Dieser
Zustand ist in 1A dargestellt. Die Nocke 89 wird
durch einen Getriebeuntersetzungsauswahlgriff 88 gedreht,
so dass die Windentrommel 80 frei spulen kann (wie nachfolgend
genauer beschrieben), wenn sich der Getriebeuntersetzungsauswahlgriff 88 in
der in 1A gezeigten Stellung befindet.
Wenn der Getriebeuntersetzungsauswahlgriff 88 um 180 Grad
gegen den Uhrzeigersinn aus der in 1A gezeigten
Stellung gedreht wird, wird das Hohlrad 84 am Gehäuse 76 arretiert, wodurch
der Freispulbetrieb unwirksam gemacht wird.
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Eine
alternative Ausführungsform
der Erfindung mit einem durch einen Elektromagneten aktivierten
Getriebeuntersetzungsstift ist in 6 gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform
wird der Getriebeuntersetzungsstift 85 aus der Vertiefung 67 im
Hohlrad 84 unter Verwendung eines Getriebeuntersetzungselektromagneten 148 zurückgezogen,
der am Getriebegehäuse 76 angebracht
ist. Wenn die Elektromagnetspule 152 mit Energie versorgt
wird, werden der Anker 150 und der Getriebeuntersetzungsstift 85,
der mit dem Anker 150 verbunden ist, radial vom Hohlrad 84 weg
bewegt. Infolge dessen wird der Getriebeuntersetzungsstift 85 aus
der Vertiefung 67 im Hohlrad 84 gelöst, so dass
das Hohlrad 84 frei im Getriebegehäuse 76 drehen kann.
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Die
Windentrommel kann in einer Betriebsart mit hoher Drehzahl und niedrigem
Drehmoment angetrieben werden, indem die Drehbewegung der Antriebswelle 75 mit
der Windentrommel 80 ohne Getriebeuntersetzung direkt verbunden
wird. Eine höhere
Trommeldrehzahl ist zum Einholen von langen Abschnitten des abgespulten
Kabels 82 nach Abschluss eines Lastbewegungsbetriebs oder
zum Aufwickeln eines Durchhangs des Kabels 82 vor dem Bewegen einer
Last verwendbar. Die Verbindung der Antriebswelle 75 mit
der Windentrommel 80 wird durch eine Koppelplatte 120 erreicht,
die zwischen zwei axialen Stellungen bewegbar ist: einer Niedergeschwindigkeitsstellung,
in der die Windentrommel 80 von der Antriebswelle 75 entkoppelt
ist, und einer Hochgeschwindigkeitsstellung, in der die Windentrommel
mit der Antriebswelle 75 verbunden ist. Bei dem vorstehend
beschriebenen beispielhaften Fahrzeugeinbau (10,34 MPa (1500 psi)
bei 11,36 Liter (3 US gallons) pro Minute) erzeugt die Direktantriebsanordnung eine
nominelle Trommeldrehzahl von 48 U/min und ein maximales Drehmoment
von 2.372,65 Nm (1.750 ft lbs) während
des Windenmotorbetriebs.
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Wie
in 1D gezeigt, ist die Koppelplatte 120 der
bevorzugten Ausführungsform
eine kreisförmige
Scheibe mit einer genuteten Öffnung 122 in
ihrem Zentrum. Die Form der genuteten Öffnung 122 stimmt
mit dem Keil 58 am Ende der Antriebswelle 75 überein.
Die Koppelplatte 120 weist außerdem drei Öffnungen 124a–c auf,
die unter einem Abstand von 120 Grad radial um ihren Umfang angeordnet
sind. Die Position und der Abstand dieser Öffnungen 124 stimmen
mit der Position und dem Abstand der Planetenradwellen 63 überein,
die sich von der Antriebstrommelplatte 23 erstrecken. Bei
dieser Ausführungsform
wird die Koppelplatte 120 mit der Windentrommel 80 verbunden,
indem die Planetenradwellen 63 in den Öffnungen 124 in Eingriff
gebracht werden. Die Öffnungen 124 haben
einen ausreichenden Durchmesser, damit die Koppelplatte 120 ungehindert
in Axialrichtung auf den Planetenradwellen 63 gleiten kann.
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Bezugnehmend
auf 1A kommt das genutete Loch 122 in der
Koppelplatte 120, wenn die Koppelplatte 120 aufgrund
der durch die Kolbenfeder 130 ausgeübten Kraft zur Antriebswelle 75 gleitet,
mit dem Keil 58 am Ende der Antriebswelle 75 in
Eingriff, wodurch bewirkt wird, dass die Koppelplatte 120 mit derselben
Drehzahl dreht wie die Antriebswelle 75. Auf diese Weise
wird die Antriebswelle 75 über die Koppelplatte 120 und
die Planetenradwellen 63 direkt mit der Windentrommel 80 verbunden.
Die Kolbenfeder 130 berücksichtigt
auch eine Fehlausrichtung zwischen dem Keil 58 und dem
genuteten Loch 122, indem die Koppelplatte 120 am
Keil 58 gehalten wird bis durch Drehung des Keils oder
auf andere Weise eine ordnungsgemäße Ausrichtung erreicht wird.
Während
die Koppelplatte 120 zur Antriebswelle 75 gleitet,
hält die
Kolbenfeder 130, wenn zwischen dem genuteten Loch 122 und
der Keil 58 eine Fehlausrichtung auftritt, die Koppelplatte 120 an
der Antriebswelle 75 bis eine ordnungsgemäße Ausrichtung
vorhanden ist. Auf diese Weise trägt die Kolbenfeder 130 dazu
bei, eine anfängliche
falsche Ausrichtung zu kompensieren und zu korrigieren.
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Es
versteht sich, dass ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb der Winde 10 nur
dann erreicht wird, wenn der Getriebeuntersetzungsstift 85 zurückgezogen
ist. In einer solchen Stellung steht der Stift 85 nicht
mit einer Vertiefung 67 im Hohlrad 84 in Eingriff, wobei
das Hohlrad frei ist, um zusammen mit der Windentrommel 80 zu
drehen. Wenn der Stift 85 mit einer Vertiefung 67 im
Hohlrad 84 in Eingriff steht, dann kann aufgrund des Eingriffs
der Planetenräder 83 mit
dem Hohlrad 84 und der Kopplung der Antriebswelle 75 mit
den Planetenradwellen 63 mittels der Koppelplatte 120 keine
Drehung des Hohlrades 84 oder der Antriebswelle 75 stattfinden.
Mit anderen Worten, wenn der Stift 85 mit einer Vertiefung 67 und die
Koppelplatte 120 mit der Antriebswelle 75 in Eingriff
steht, befindet sich die Windentrommel 80 in einer Sperrstellung.
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Obgleich
es viele Mechanismen gibt, die dazu verwendet werden können, die
Koppelplatte 120 in Axialrichtung zu bewegen, um die Antriebswelle 75 in
oder außer
Eingriff zu bringen, zeigen die 1A und 1C den
Mechanismus einer bevorzugten Ausführungsform. Zum Bewegen der
Koppelplatte 120 zur Antriebswelle 75 drückt eine
Kolbenfeder 130, die zwischen einem Kolben 126 und
dem Getriebegehäuse 76 zusammengedrückt ist,
den Kolben 126 gegen die Koppelplatte 120. Das
genutete Loch 122 der Koppelplatte kommt mit dem Keil 58 in
Eingriff, sobald die beiden miteinander fluchten. Ein Kugellager 128,
das zwischen der Koppelplatte 120 und dem Kolben 130 angeordnet
ist, ermöglicht es
der Koppelplatte 120, relativ zum Kolben 126 frei zu
drehen, wenn der Kolben an das Kugellager 128 anstößt. Ein
Satz aus drei Koppelplattenfedern 138a–c, die zwischen der Koppelplatte 120 und
den Planetenrädern 83a–c zusammengedrückt sind, drückt die
Koppelplatte 120 gegen das Lager 128 und den Kolben 126,
so dass die Koppelplatte 120 einen beständigen Kontakt mit dem Lager 128 aufrechterhält. Die
Federmoduln der Koppelplattenfedern 138a–c sind
kleiner als die der Kolbenfeder 130, so dass, wenn keine
andere Axialkraft auf den Kolben 126 ausgeübt wird,
die Koppelplatte 120 in Eingriff mit der Antriebswelle 75 gedrängt wird.
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Zum
Lösen der
Koppelplatte 120 von der Antriebswelle 75 wird
eine Kolbenstange 132, die mit dem Kolben 126 verbunden
ist, durch die Drehung einer Nocke 136, an der die Kolbenstange 132 angebracht
ist, von der Antriebswelle 75 weg gedrängt. Wenn der Kolben 126 von
der Antriebswelle 75 weg gedrängt wird, wird die Kolbenfeder 130 zusammengedrückt und
das genutete Loch 122 und der Keil 58 lösen sich
voneinander. Dieser Zustand ist in 1A dargestellt.
Die Nocke 136 wird durch einen Direktantriebsgriff 134 gedreht.
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Der
Windenbediener kann, abhängig
von der Stellung des Getriebeuntersetzungsauswahlgriffes 88 und
des Direktantriebsauswahlgriffs 134 unter vier verschiedenen
Windenbetriebsarten auswählen.
Der Niedergeschwindigkeitswindenbetrieb ist gewählt, wenn sich der Direktantriebsauswahlgriff 134 in
der in 1A gezeigten Stellung befindet
und der Getriebeuntersetzungsauswahlgriff 88 aus der in 1A gezeigten
Stellung um 180 Grad gegen den Uhrzeigersinn gedreht ist. Der Hochgeschwindigkeitswindenbetrieb
ist gewählt,
wenn der Direktantriebsauswahlgriff 134 aus der in 1A gezeigten
Stellung um 180 Grad gegen den Uhrzeigersinn gedreht ist und sich
der Getriebeuntersetzungsauswahlgriff 88 in der in 1A gezeigten
Stellung befindet. Der Freispulwindenbetrieb ist gewählt, wenn
sich sowohl der Direktantriebsauswahlgriff 134 als auch
der Getriebeuntersetzungsauswahlgriff 88 in den in 1A gezeigten
Stellungen befinden. Die Winde ist gesperrt/gebremst (keine Trommeldrehung),
wenn sowohl der Direktantriebsauswahlgriff 134 als auch
der Getriebeuntersetzungsauswahlgriff 88 aus den in 1A gezeigten
Stellungen um 180 Grad gegen den Uhrzeigersinn gedreht sind.
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Wie
in 2 gezeigt, nutzt die Winde 10 die Hydraulikdruckversorgung
des Wirtsfahrzeugs, um den Windenmotor 70 anzutreiben.
Das Servolenksystem 12 des Fahrzeugs wird bevorzugt dazu
genutzt, den Hydraulikdruck für
den Betrieb des Windenmotors 70 bereitzustellen. Es versteht
sich jedoch, dass auch andere Hydraulikdruckquellen, sofern verfügbar, genutzt
werden können.
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Servolenksysteme
variieren in der Bauart, ein typisches System umfasst jedoch zumindest
eine Servolenkungspumpe 40 und ein Servolenkungsgetriebe 60 oder
eine Entsprechung derselben. Typische Servolenkungspumpen erzeugen
eine Fließgeschwindigkeit
von zwischen 7,57 Liter (2 US gallons) und 15,14 Liter (4 US gallons)
pro Minute mit Druckbereichen zwischen 8,27 Megapascal (1200 psi)
und 10,34 Megapascal (1500 psi). Ein Hydraulikventil 20 ist
zwischen der Servolenkungspumpe 40 und dem Servolenkungsgetriebe 60 mit
dem Servolenksystem 12 des Fahrzeugs verbunden. Typische
Kraftfahrzeug-Servolenkungspumpen haben ein Abgabevolumen von 15,14
Liter (4 US gallons) pro Minute bei einem Druck von 10,34 Megapascal
(1500 psi). Der Windenmotor 70 ist mit dem Ventil 20 über die
Hochdruckhydraulikleitungen 26a und 28a verbunden.
Die Hochdruckhydraulikflüssigkeit,
die durch das Ventil 20 vom Servolenksystem 12 umgeleitet
wird, dreht die Antriebswelle 75 des Windenmotors 70 entweder in
Vorwärts-
oder Rückwärtsrichtung.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Ventil 20 ein elektromagnetbetätigtes Vier-Wege-, Drei-Stellungs-,
HYDRAFORCE®-SV10-47A-Tandemachsenventil,
das einen gleichzeitigen Betrieb des Windenmotors 70 und
des Servolenkungsgetriebes 60 ermöglicht. Das Ventil 20 wird
durch zwei elektrische Spulen 30 und 32 betätigt, die
jeweils einen erregten und einen entregten Zustand aufweisen. Wenn
sich beide Spulen 30 und 32 in einem entregten
Zustand befinden, fließt
die Hydraulikflüssigkeit
direkt von der Servolenkungspumpe 40 zum Servolenkungsgetriebe 60,
wobei keine Hydraulikflüssigkeit
zum Windenmotor 70 fließt. 3A stellt
funktionell den Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit durch das Ventil 20 dar,
wenn beide Spulen 30 und 32 entregt sind bzw.
nicht mit Energie versorgt werden. Flüssigkeit fließt aus der
Servolenkungspumpe 40 und tritt über die Öffnung 22 in das Ventil 20 ein.
Die Flüssigkeit
tritt dann durch die Öffnung 24 direkt
aus dem Ventil 20 aus, von wo sie zum Servolenkungsgetriebe 60 fließt. Wenn
beide Spulen 30 und 32 entregt sind, fließt keine
Flüssigkeit
durch die Öffnungen 26 und 28,
so dass das Ventil 20 genauso wie ein einfaches Verbindungsmittel
arbeitet, das die Servolenkungspumpe 40 mit dem Servolenkungsgetriebe 60 verbindet.
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Bei
einer ordnungsgemäß aufgewickelten Windentrommel 80 wird
das Kabel 82 von der Windentrommel 80 durch Erregen
der Spule 30 abgewickelt. 3B zeigt
den Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit
durch das Ventil 20, wenn die Spule 30 erregt ist
bzw. mit Energie versorgt wird. Wenn die Spule 30 erregt
ist, tritt Hochdruckhydraulikflüssigkeit
von der Pumpe 40 durch die Öffnung 22 in das Ventil 20 ein und
verlässt
das Ventil 20 durch die Öffnung 28, von wo
sie zum Windenmotor 70 fließt. Durch diesen Pfad fließende Hochdruckhydraulikflüssigkeit
wirkt auf den Windenmotor 70 ein, um ihn in Vorwärtsrichtung
zu drehen, wobei das Kabel 82 abgewickelt wird, wenn sich
die Windentrommel 80 dreht. Hydraulikflüssigkeit fließt vom Windenmotor 70 zurück und tritt
durch die Öffnung 26 wieder
in das Ventil 20 ein. Durch die Öffnung 26 zurückkehrende
Flüssigkeit
tritt durch die Öffnung 24 aus
dem Ventil 20 aus, von wo sie zum Getriebe 60 fließt. Dieser
Rückfluss vom
Windenmotor 70 erhält
einen ausreichend hohen Druck aufrecht, um einen Betrieb sowohl
des Windenmotors 70 als auch des Getriebes 60 zu
ermöglichen,
wenn die Spule 30 erregt ist. Auf diese Weise arbeitet
das System 10 als ausfallsichere Hydraulikwinde, da sogar
dann, wenn die Spule 30 in einem erregten Zustand versagen
würde,
das Versagen die Sicherheit oder Leistung des Fahrzeugs nicht beeinträchtigen
würde.
Mit anderen Worten das Servolenksystem 12 des Fahrzeugs
würde auch
dann sicher weiterarbeiten, wenn die Spule 30 unbeabsichtigt
erregt werden würde,
um dem Windenmotor 70 beständig Hydraulikdruck zuzuführen. Als
weitere Ausfallschutzmaßnahme
bringt eine Feder (nicht gezeigt) im Ventil, im Falle eines Stromverlustes
der Spulen 30 und 32, die Ventilöffnungen 22-28 in
ihre entregten Stellungen zurück.
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Das
Kabel 82 wird durch Erregen der Spule 32 auf die
Windentrommel 80 aufgewickelt. 3C zeigt
den Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit
durch das Ventil 20, wenn die Spule 32 erregt
ist. Wenn die Spule 32 erregt ist, folgt die Hydraulikflüssigkeit
einem anderen Pfad durch das Ventil 20. Dieser Pfad besteht
darin, dass Hochdruckhydraulikflüssigkeit von
der Servolenkungspumpe 40 weg fließt, über die Öffnung 22 in das Ventil 20 eintritt
und über
die Öffnung 26 aus
dem Ventil 20 austritt. Nach dem Austritt durch die Öffnung 26 wirkt
die Flüssigkeit
auf den Windenmotor 70 ein, um ihn in Rückwärtsrichtung zu drehen, so dass
das Kabel 82 auf die Windentrommel 80 aufgewickelt
wird. Die Hydraulikflüssigkeit
kehrt vom Windenmotor 70 zurück und tritt über die Öffnung 28 wieder
in das Ventil 20 ein, von wo sie dann über die Öffnung 24 mit genügend Druck
aus dem Ventil 20 austritt, um auf das Servolenkungsgetriebe 60 einzuwirken.
Daher ist der Fluss der Hydraulikflüssigkeit vom Ventil 20 zum
Windenmotor 70 und dann zurück zum Ventil 20 der
Fließrichtung
genau entgegengesetzt, die erzeugt wird, wenn die Spule 30 erregt
ist.
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Bezugnehmend
wieder auf 2 tritt aus dem Getriebe 60 austretende
Niederdruckhydraulikflüssigkeit
in einen Kühler 50 ein,
in dem die Hydraulikflüssigkeit
gekühlt
wird. Die gekühlte
Hydraulikflüssigkeit
verlässt
dann den Kühler 50 und
tritt zur erneuten Druckbeaufschlagung in die Servolenkungspumpe 40 ein.
Der Kühler 50 gehört nicht
zum Servolenksystem 12 des Fahrzeugs und wird im Allgemeinen
nur während
des Betriebs des Windenmotors 70 als zusätzliche
Schutzmaßnahme
für das
Servolenksystem 12 und den Windenmotor 70 benötigt. Sobald er
eingebaut ist, arbeitet der Kühler 50 jedoch
ständig,
um die Hydraulikflüssigkeit
zu kühlen,
während der
Fahrzeugmotor arbeitet, wodurch ein zusätzliches Schutzniveau für das Servolenksystem 12 bereitgestellt
wird.
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Die
elektrische Energie zum Erregen der Spulen 30 und 32 wird
durch die Fahrzeugbatterie 98 bereitgestellt. Wie in 2 gezeigt,
erstreckt sich eine elektrische Verbindung 95 von der Batterie 98 zu einem
mit einer Aussparung versehenen, vier Anschlussstifte umfassenden
Steckverbinder 90, wo sie mit dem Anschlussstift 91a verbunden
ist. Die Leitung 96 verbindet die Spule 30 elektrisch
mit dem Anschlussstift 92a und die Leitung 97 verbindet
die Spule 32 elektrisch mit dem Anschlussstift 93a des Steckverbinders 90.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
wird der Anschlussstift 94a nicht genutzt.
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7 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der Erfindung, bei der der Getriebeuntersetzungsstift 85 und
die Direktantriebskolbenstange 132 durch die Elektromagneten 148 bzw. 140 betätigt werden.
Die elektrische Energie zum Erregen der Elektromagnetspulen 152 und 144 (7)
wird ebenfalls durch die Fahrzeugbatterie 98 bereitgestellt.
Eine elektrische Verbindung 95 erstreckt sich von der Batterie 98 zu
einem mit einer Aussparung versehenen Steckverbinder 90,
wo sie mit dem Anschlussstift 91a verbunden ist. Bei dieser
Ausführungsform
ist der Steckverbinder 90 mit fünf Anschlussstiften versehen,
wobei die Anschlussstifte 91a, 92a und 93a wie
vorstehend beschrieben konfiguriert sind. Die Leitung 154 verbindet
den Getriebeuntersetzungselektromagneten 148 elektrisch
mit dem Anschlussstift 156a und die Leitung 146 verbindet
den Direktantriebselektromagneten 140 elektrisch mit dem
Anschlussstift 94a des Steckverbinders 90.
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Wie
in 5 gezeigt, ist der Steckverbinder 90 an
einem üblichen
Windenstoßfänger 110 befestigt,
um einen leichten Zugriff von außerhalb des Fahrzeugs 200 zu
ermöglichen.
Obgleich der Steckverbinder 90 ein Stecker oder eine Buchse
sein kann, ist für
diese Anwendung ein Stecker bevorzugt, da Stecker im Allgemeinen
gegenüber
einer Aussetzung an Schmutz, Wasser und anderen natürlichen
Elementen toleranter sind. Als weitere Schutzmaßnahme sind die Anschlussstifte
des Steckverbinders 90 bevorzugt vom Rand des Stoßfängers 110 ausgespart
und vor den Elementen durch einen üblichen, am Stoßfänger 110 angebrachten
Klappendeckel (nicht gezeigt) geschützt. Alternativ kann der Steckverbinder 90 an
jeder leicht zugänglichen
Stelle des Fahrzeugs 200 montiert werden, einschließlich des Innenraums
des Fahrzeugs.
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Bezugnehmend
nochmals auf den Einbau gemäß 5 ist
ein bevorzugtes Verfahren zum Montieren des Windenmotors 70 und
der Windentrommel 80 dargestellt. Ebenso wie das System 10 das
vorhandene Servolenksystem 12 und die vorhandene Batterie 98 des
Fahrzeugs nutzt, um die Effizienz und Einsetzbarkeit zu verbessern
und gleichzeitig die Bauteile und Kosten zu reduzieren, wird der Einbau
des Windenmotors 70 und der Windentrommel 80,
sofern möglich,
gleichermaßen
durch Nutzen der üblichen
Montageausrüstung
verbessert. Ein gewöhnlicher
Windenstoßfänger 110 sieht
eine ebene Plattform zum Montieren dieser Bauteile vor, es versteht
sich jedoch, dass der Windenmotor 70 und die Windentrommel 80 statt
dessen mit geeigneten Befestigungsmitteln im Motorraum 112 des
Fahrzeugs montiert werden können.
Es werden bevorzugt übliche
Vier-Loch-Schraubenmuster (nicht gezeigt) zum Befestigen vorhandener
elektrischer Winden dazu genutzt, den Motor 70 und die
Windentrommel 80 am Stoßfänger 110 zu befestigen.
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Bei
den Ausführungsformen
gemäß den 1A–D und 2 wird
die elektrische Verbindung zwischen der Batterie 98 und
den Spulen 30 und 32 selektiv über die in 4 gezeigte
Fernsteuerungsschalteranordnung 100 hergestellt. Bei einer
alternativen Ausführungsform
können
Windensteuerungen im Innenraum des Fahrzeugs fest montiert werden. Es
versteht sich ferner, dass die Windenanordnung auch durch eine drahtlose
Fernsteuerung betätigt werden
kann. Der Fernsteuerungsschalter 100 wird mittels einer
Buchse 101 an dem mit einer Aussparung versehenen Steckverbinder 90 am
Stoßfänger des
Fahrzeugs angebracht. Die Buchse 101 ist bevorzugt gekeilt 99a,
um mit dem Keil 99b im Steckverbinder 90 zusammenzupassen,
wodurch eine ordnungsgemäße Ausrichtung
der Anschlussstifte 91a, 92a und 93a des
Steckverbinders 90 mit den Aufnahmeeinrichtungen 91b, 92b und 93b der
Buchse 101 sichergestellt wird. Wenn eine ordnungsgemäße Ausrichtung
gegeben ist, wird der Anschlussstift 91b in die Aufnahmeeinrichtung 91b,
der Anschlussstift 92a in die Aufnahmeeinrichtung 92b und
der Anschlussstift 93a in die Aufnahmeeinrichtung 93b eingeführt.
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Die
Steuereinrichtung 104 gemäß 4 ist mit
einem Wippschalter 106 versehen, der über einen längeren Abschnitt der elektrischen
Leitung 102 elektrisch mit der Buchse 101 verbunden
ist, so dass, wenn der Wippschalter 106 in die "AB"-Stellung 106a gedrückt wird,
die Verbindung zwischen der Fahrzeugbatterie 98 und der
Spule 30 hergestellt wird, wodurch das Kabel 82 von
der Windentrommel 80 abgewickelt wird. Wenn der Wippschalter 106 in
die "AUF"-Stellung 106b gedrückt wird,
wird die Verbindung zwischen der Fahrzeugbatterie 98 und
der Spule 32 hergestellt, wodurch das Kabel 82 auf
die Windentrommel 80 aufgewickelt wird.
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Bei
den alternativen Ausführungsformen
gemäß den 6 und 7,
bei denen der Getriebeuntersetzungsstift 85 und die Direktantriebskolbenstange 132 durch
Elektromagneten betätigt
werden, und bei der elektromagnetbetätigten Konfiguration gemäß 9 ist
eine bevorzugte Ausführungsform der
Fernsteuerungsschalteranordnung 100 so ausgeführt wie
in 8 gezeigt. Hierbei wird, zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen
Anschlussstift-/Aufnahmeeinrichtungskonfiguration (91–93), der
Anschlussstift 94a in die Aufnahmeeinrichtung 94b und
der Anschlussstift 156a in die Aufnahmeeinrichtung 156b eingeführt.
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Die
in 8 gezeigte Steuereinrichtung 104 ermöglicht es
dem Bediener unter sämtlichen
Windenbetriebsarten zu wählen.
Zwei Kippschalter 162 und 164 sind bereitgestellt,
damit der Bediener die gewünschte
Betriebsart wählen
kann. Ein Geschwindigkeitsauswahlkippschalter 162 ist ein
Zwei-Stellungs-Kippschalter, der es dem Bediener ermöglicht, zwischen
einem Hoch- und einem Niedergeschwindigkeitswindenbetrieb umzuschalten,
und der Kippschalter 164 ist ein Drei-Stellungs-Kippschalter, der es
dem Bediener ermöglicht,
zwischen einem Sperr-, Freispul- und Neutralbetrieb zu wählen. Der
Schalter 164 wird zum Freispulbetrieb in die "FREI"-Stellung und zum Sperren der Windentrommel 80 in
die "SPERREN"-Stellung gebracht.
In der "NEUTRAL"-Stellung kann die
Winde, in Abhängigkeit
von der Stellung des Schalters 162, mit hoher oder niedriger
Geschwindigkeit bzw. Drehzahl betrieben werden. Ein Wippschalter 160 wird
in die "AB"-Stellung 160a gedrückt, um
das Kabel 82 in Übereinstimmung mit
der gewünschten
Betriebsart von der Windentrommel 80 abzuwickeln. Durch
Drücken
des Wippschalters 160 in die "AUF"-Stellung 160b wird
das Kabel in Übereinstimmung
mit der gewählten
Betriebsart aufgewickelt. Die Steuereinrichtung 104 enthält den erforderlichen
Logikschaltungsaufbau, um den gewünschten Windenbetrieb basierend
auf den Stellungen der drei Schalter 106, 162 und 164 auszuführen.
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Unter
Berücksichtigung
der Ausführungsform
gemäß 7 wird
beispielsweise zum Abwickeln des Kabels 82 von der Windentrommel 80 im Niedergeschwindigkeitsbetrieb
der Schalter 162 in die mit "NIEDRIG" bezeichnete Stellung gebracht, wobei
der Schalter 164 in die "NEUTRAL"-Stellung gebracht wird. Diese Konfiguration
der Kippschalter 162, 164 führt zu einem Verlust der elektrischen
Verbindung zwischen der Fahrzeugbatterie 98 und dem Getriebeuntersetzungselektromagneten 140,
so dass der Getriebeuntersetzungsstift 85 in seine ausgefahrene
Stellung gedrängt
wird, während
eine Verbindung mit dem Direktantriebselektromagneten 148 hergestellt
wird, so dass die Koppelplatte 120 von der Antriebswellenspindel 58 entkoppelt
wird, wie vorstehend beschrieben. Daher wird, wenn das Hohlrad 84 gesperrt
und die Koppelplatte 120 gelöst ist, das Kabel durch Drücken und
Halten des Schalters 160 in der "AB"-Stellung 160a mit
niedriger Geschwindigkeit abgewickelt. In ähnlicher Weise wird das Kabel
durch Halten des Schalters 160 in der "AUF"-Stellung 106b mit
niedriger Geschwindigkeit aufgewickelt.
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Zum
Ab- oder Aufwickeln des Kabels mit hoher Geschwindigkeit wird der
Kippschalter 162 in die "HOCH"-Stellung
und der Kippschalter 164 in die "NEUTRAL"-Stellung gebracht. Bei dieser Konfiguration
wird der Getriebeuntersetzungsstift 85 zurückgezogen,
um das Hohlrad 85 zu entsperren, wobei die Koppelplatte 120 mit
der Antriebswellenspindel 58 in Eingriff kommt.
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Beim
Betrieb befindet sich der Windenbediener typischerweise außerhalb
des Fahrzeugs, damit der Bediener freie Sicht hat. Die längere Leitung 102 ermöglicht es
dem Bediener einen sicheren Abstand zu halten, während er die Winde bedient.
Es versteht sich, dass die Winde auch bedient werden kann, wenn
sich der Windenbediener im Fahrzeug befindet. Wenn der Fahrzeugmotor
arbeitet, um das Servolenksystem 12 mit Energie zu versorgen,
drückt der
Bediener einfach den Wippschalter 106 in die gewünschte Stellung
und hält
den Druck auf den Wippschalter 106 über die gewünschte Zeitspanne aufrecht.
Das Kabel 82 wird durch Drücken des Wippschalters 106 in
die "AB"-Stellung 106a abgewickelt und
durch Drücken
des Wippschalters 106 in die "AUF"-Stellung 106b aufgewickelt.
Ein Sicherheitsmerkmal des Fernsteuerungsschalters 100 besteht darin,
dass, sobald der Bediener den Wippschalter 106 loslässt, die
Verbindung zwischen der Fahrzeugbatterie 98 und den Spulen 30 und 32 unterbrochen wird,
wodurch der Betrieb des Windenmotors 70 gestoppt wird.
Das Verbinden der Steuereinrichtung 104 mit dem Fahrzeug
durch einen längeren
Abschnitt der Leitung 102, etwa 3,05 m (10 feet), ermöglicht es
dem Bediener während
des Betriebs des Windenmotors 70 einen sicheren Abstand
zu halten.
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Ein
wichtiger Sicherheitsvorteil dieses Fernsteuerungsschaltansatzes
besteht darin, dass er die Möglichkeit,
dass elektrische Energie unbeabsichtigt an die Spulen 30 und 32 angelegt
wird, praktisch eliminiert. Sogar wenn Energie unbeabsichtigt angelegt wird,
ist das System betriebssicher, da die Funktion des Servolenksystems 12 nicht
nachteilig beeinflusst wird.
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Es
versteht sich, dass andere Arten von Ventilen, die die Fähigkeit
haben, einen gleichzeitigen Betrieb des Servolenkungsgetriebes 60 und
des Windenmotors 70 zu ermöglichen, anstelle des SV10-47A
verwendet werden können.
Es ist beispielsweise vorgesehen, dass ein Ventil mit einem einzelnen
Elektromagneten verwendet werden kann, wobei der einzelne Elektromagnet
dazu in der Lage ist, das Ventil in Abhängigkeit von veränderlichen
Pegeln der elektrischen Erregung unterschiedlich zu positionieren.
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Eine
alternative Ausführungsform
der Erfindung, die in 9 gezeigt ist, umfasst eine
Doppel-Planetenradanordnung, um einen Zwei-Geschwindigkeitswindenbetrieb
zu erzielen. Ein Keil 242 am Ende einer Antriebswelle 248 kommt
mit einem Satz aus drei Verbund-Planetenrädern 232a–c in Eingriff.
Jedes Verbund-Planetenrad 232a–c besteht aus einem großen Planetenrad 234a–c, einem kleinen
Planetenrad 236a–c
und einer einzelnen Planetenradwelle 233a–c, die
starr miteinander verbunden sind, so dass die großen Planetenräder 234a–c und die
kleinen Planetenräder 236a–c immer
mit derselben Geschwindigkeit drehen. Das große Planetenrad 234a–c, das
kleine Planetenrad 236a–c und die Planetenradwelle 233a–c sind
bevorzugt aus einem einzelnen durchgehenden Materialstück geformt.
Alternativ werden das große
Planetenrad 234a–c
und das kleine Planetenrad 236a–c als einzelnes Teil ausgeformt,
das sich um die Planetenradwelle 233a–c dreht, die starr an der
Trommelantriebsplatte 238 befestigt ist.
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Wie
in 9 gezeigt, sind die Planetenradwellen 233a–c drehbar
an einem Ende an einer Trommelantriebsplatte 238 und am
anderen Ende an einer Lagerplatte 254 angebracht. Die Lagerplatte 254 ist
durch drei Schrauben 258a–c an der Trommelantriebsplatte 238 befestigt,
so dass die Verbund-Planetenräder 232a–c zwischen
der Trommelantriebsplatte 238 und der Lagerplatte 254 gefangen sind.
Die Kugellager 252a–c
und 256a–c
ermöglichen es
den Verbund-Planetenrädern 232a–c relativ
zur Trommelantriebsplatte 238 und zur Lagerplatte 254 frei
zu drehen, Die Verbund-Planetenräder 232a–c sind
unter einem Abstand von 120 Grad radial um den Umfang der Trommelantriebsplatte 238 angeordnet.
Die Trommelantriebsplatte 238 ist starr an der Windentrommel 250 angebracht,
etwa durch eine Schweißnaht.
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Das
große
Hohlrad 228 steht mit den großen Planetenrädern 234a–c in Eingriff,
so dass, wenn das große
Hohlrad 228 durch den Hochgeschwindigkeitsarretierstift 218 am
Getriebegehäuse 226 arretiert
ist und das kleine Hohlrad 230 relativ zum Getriebegehäuse 226 frei
drehen kann, die Drehung der Antriebswelle 248 bewirkt,
dass die Windentrommel 250 mit einer niedrigeren Drehzahl
als die Antriebswelle 248 dreht. Die bevorzugte Ausführungsform dieser
Getriebeuntersetzungsanordnung erzeugt eine 5-zu-1-Untersetzung
der Windentrommeldrehzahl in Bezug auf die Antriebswellendrehzahl.
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Das
kleine Hohlrad 230 steht mit den kleinen Planetenrädern 236a–c in Eingriff,
so dass, wenn das kleine Hohlrad 230 durch den Niedergeschwindigkeitsarretierstift 220 am
Getriebegehäuse 226 arretiert
ist und das große
Hohlrad 228 relativ zum Getriebegehäuse 22b frei drehen
kann, die Drehung der Antriebswelle 248 bewirkt, dass die
Windentrommel 250 mit einer zweiten Drehzahl dreht, die
geringer als die der Antriebswelle 248 ist. Die bevorzugte
Ausführungsform
dieser Getriebeuntersetzungsanordnung erzeugt eine 10-zu-1-Untersetzung
der Windentrommeldrehzahl in Bezug auf die Antriebswellendrehzahl.
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Der
Hochgeschwindigkeitsarretierstift 218 verbindet das große Hohlrad 228 mittels
Vertiefungen 244 längs
der Außenfläche des
großen
Hohlrades 228 mechanisch mit dem Getriebegehäuse 226. Wenn
der Hochgeschwindigkeitsarretierstift 218 zurückgezogen
und dadurch aus den Vertiefungen 244 entfernt wird, ist
das große
Hohlrad 228 frei, sich relativ zum Getriebegehäuse 226 zu
drehen. In ähnlicher
Weise verbindet der Niedergeschwindigkeitsarretierstift 220 das
kleine Hohlrad 230 mittels Vertiefungen 246 längs der
Außenfläche des
kleinen Hohlrades 230 mechanisch mit dem Getriebegehäuse 226.
Wie in 9 gezeigt, ist das kleine Hohlrad 230, wenn
der Niedergeschwindigkeitsarretierstift 220 zurückgezogen
und dadurch aus den Vertiefungen 244 entfernt wird, frei,
sich relativ zum Getriebegehäuse 226 zu
drehen.
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Wenn
beide Arretierstifte 218 und 220 mit ihren jeweiligen
Hohlrädern 228 und 230 in
Eingriff stehen und dadurch beide Hohlräder 228 und 230 in
Bezug auf das Getriebegehäuse 226 arretieren,
befindet sich die Windentrommel 250 in einem Sperrzustand.
Wenn beide Arretierstifte 218 und 220 aus ihren
jeweiligen Hohlrädern 228 und 230 zurückgezogen
sind, wodurch beide Hohlräder 228 und 230 freigegeben
werden, um sich relativ zum Getriebegehäuse 226 zu drehen,
befindet sich die Windentrommel 250 in einem Freispulzustand.
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Wie
in 9 gezeigt, wird das bevorzugte Verfahren zum Bewegen
der Hoch- und Niedergeschwindigkeitsarretierstifte 218 und 220 zwischen
ihrer zurückgezogenen
und ihrer ausgefahrenen Stellung mittels der Elektromagneten 210 und 212 und der
Federn 222 und 224 durchgeführt. Wenn die Elektromagnetspulen 214 und 216 erregt
werden, werden die Stifte 218 und 220 zurückgezogen
und die jeweiligen Hohlräder 228 und 230 gelöst und können sich
frei drehen. Wenn die Elektromagnetspulen 214 und 216 entregt
werden, drängen
die Federn 222 und 224 die Stifte 218 und 220 in
ihre ausgefahrenen Stellungen.
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Es
ist vorgesehen und für
Fachleute auf dem Gebiet aus der vorstehenden Beschreibung und den begleitenden
Zeichnungen ersichtlich, dass an den Ausführungsformen der Erfindung
Modifikationen und/oder Abwandlungen durchgeführt werden können. Demgemäß sollen
die vorstehende Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen ausdrücklich lediglich
der Veranschaulichung der bevorzugten Ausführungsformen und nicht der
Einschränkung derselben
dienen, wobei der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung durch
Bezugnahme auf die anhängigen
Ansprüche
zu bestimmen ist.