EP0345673B1 - Regulation device for the tractive force of a winch - Google Patents
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- EP0345673B1 EP0345673B1 EP89110070A EP89110070A EP0345673B1 EP 0345673 B1 EP0345673 B1 EP 0345673B1 EP 89110070 A EP89110070 A EP 89110070A EP 89110070 A EP89110070 A EP 89110070A EP 0345673 B1 EP0345673 B1 EP 0345673B1
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- B66D1/74—Capstans
- B66D1/7405—Capstans having two or more drums providing tractive force
Definitions
- the invention relates to a device for winches, in particular high-performance winches, for regulating the tensile force of a rope, a defined run-off area being arranged via a rope guide device and the winch having a controllable winch drive, which has a controller and measuring elements and an evaluation device, taking into account the tensile force of the rope is adjustable.
- winches such as drum winches with a driven traversing device or double capstan winches
- the drive of the winch can be controlled by a controller so that there is no increased rope load.
- a control device for cable winches for maintaining a predetermined cable pulling force has become known.
- a cable control with a sensor arrangement in the form of a cable pulley is connected upstream of the cable drum in order to keep cable cable fluctuations small.
- this arrangement represents an independent unit that requires multiple additional rope deflections and measures the rope tension in a straight rope.
- Such a design is often not usable for reasons of space and is relatively complex.
- hydraulic winches it is also known to regulate the hydraulic working pressure to take. This is sufficient in many cases, especially with capstan winches, if a certain hysteresis between working pressure and tractive effort is accepted.
- the object of the invention is to improve a generic device and to enable precise and safe traction control in a simple manner with an integrated arrangement which ensures a compact design.
- the cable pulling force or a defined part of the cable pulling force is advantageously recorded and used by reshaping the recorded value and comparing it with a target value for the corresponding control of the winch drive.
- the evaluation device derives the correction variable for the working pressure from the determined deviation. In this way, predetermined target values for the tensile force can be maintained with high accuracy, the maximum permissible tensile forces of the respective Ropes can be optimally used without the risk of rope overload.
- a favorable design is also created through the use of load measuring bolts as part of the winch mounting.
- load measuring bolts for a two-part mounting of the winch in the tensile load area, it is advantageous if a load measuring pin is provided for the more heavily loaded part of the winch bearing and at least part of the winch bearing is formed by a spherical bearing. This advantageously reduces interference forces, for example as a result of tilting movements, in such a bearing arrangement.
- a second sensor is provided for the detection of the rope entry position and a third sensor for the detection of wound rope layers.
- the respective position of the rope entry and the number of rope layers on the drum are advantageously taken into account for the control of the pulling force of the winch, the values detected by the second and third sensors being taken into account accordingly in an evaluation device when converting the load pin force to the rope force .
- the capstan winch 10 shown has two spills 11 and 12, which are mounted in a winch housing 13.
- a winch housing 13 For the housing 13, an underside or vertical mounting is provided via a bearing lever 14 which is articulated on a bracket 15 which is fastened on a foundation 16.
- the housing 13 is also mounted on a vertical wall 17 via a cable guide bracket 18 by means of bolts 19 and 20.
- the rope guide bracket 18 spatially defines the entry of a rope 21 into the winch 10.
- the bolts 19 and 20 lie in the plane in which the rope 21 enters the winch 10. They thus transmit the reaction forces from the rope force in a ratio of 1: 1 to the rope guide bracket 18 and the wall 17.
- the winch 10 is thus supported by the bolts 19 and 20 and by the bearing lever 14, the bearing lever 14 having the task of the winch To keep 10 in their horizontal position, and wherein the bearing lever 14 is arranged so that forces acting in it exert no or only a minimal reaction to the forces acting in the cable pulling direction in the bolts 19 and 20.
- the no-load rope end 22 emerges from the winch and is stored in a drum (not shown).
- the winch 10 also has, as shown in FIG. 2, hydraulic lines 23 and 24 which are provided for the corresponding controllable winch drives 25 and 26, respectively.
- a controller that is able to control the hydraulic drives 25 and 26 in the range of permissible cable tensile forces has been omitted from the illustration.
- the bolt 19 takes over the larger portion and the bolt 20 the smaller portion of the rope force.
- the bolts 19 and 20 are designed as load measuring bolts. Alternatively, it is also sufficient if only one bolt is designed as a load measuring bolt, it being best for the accuracy of the reaction force detection to use the bolt with the higher load, because here the influence of interference forces, for example from the connection of the hydraulic lines 23 and 24 and the outlet of the no-load rope end 22 is particularly small.
- FIG. 3 an enlarged plan view of the mounting of the winch 10 in the region of the bolts 19 and 20 is shown in sections.
- the bolt 19 is designed as a load measuring bolt in a known design. With the load measuring pin 19, shear forces are measured in the two planes 28 and 29. The measurement results are passed from a connection housing 30 via a cable 31 to an electronic unit of a controller (not shown in more detail), in which the actual tractive force is calculated on the basis of the determined values, a comparison with a predetermined tractive force setpoint is carried out and from the deviation with the aid a corresponding one Control of the hydraulic drives 25 and 26 is regulated.
- the levels 28 and 29 each lie between a side wall 32 of the housing 13 of the winch 10 and tabs 33 and 34 of the cable guide bracket 18.
- the load measuring pin 19 is axially held by fastening plate 35 and secured against rotation.
- the measuring direction of the load measuring pin i.e. the direction of great sensitivity to a load coincides with the direction of the rope 21.
- the bolt 20 which is designed as a simple bearing bolt, is guided through two brackets 36 and 37 of the bearing block 18 and is also secured against rotation by means of a fastening plate 38. Between the tabs 36 and 37, a side wall 39 of the housing 13 of the winch 10 engages the bolts 20.
- spherical bearings 40 are provided on both bolts 19, 20, which keep any tilting movements due to deformations of the cable guide bracket 18 or the housing 13 of the winch 10 away from the bolts, in particular from load measuring bolts 19.
- Fig. 4 shows another variant of the inventive concept with a drum winch 41 and a traversing device 42.
- the drum is mounted between two plates 44 which are fastened with eyes 45 in the tabs 46 of the load-bearing bracket 47.
- the attachment is carried out with the aid of a bolt 48 and a load measuring bolt 49.
- the drum 43 is connected to a brake 50 and a drive motor 51.
- the traversing roller 52 of the traversing device 42 is driven by the drum 43 via a gear drive in the gear case 53.
- the Traversing roller 52 has groove tracks 54, in which the guide pin of the cable guide 56, which can be pushed back and forth on the rod 55, engages.
- the transmission ratio between the cable drum 43 and the traversing roller 52 is designed such that the cable 57 is wound on the cable drum 43 in dense layers.
- the drum winch 41 has a second sensor 58 which e.g. the position of the cable guide 56 relative to the two support eyes 45 and the respectively wound position of the cable 57 on the drum 43 are determined as angular momentum transmitters.
- the signals from both transmitters 49, 58 are processed in an evaluation and arithmetic unit 59 with one another in accordance with the geometric conditions of the rope inlet and provide an output signal which corresponds to the rope force.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Winden, insbesondere Hochleistungswinden, zur Regelung der Zugkraft eines Seiles, wobei ein definierter Ablaufbereich über eine Seilführungseinrichtung angeordnet ist und die Winde einen steuerbaren Windenantrieb aufweist, der über einen Regler und Meßelemente sowie einer Auswerteeinrichtung unter Berücksichtigung der Zugkraft des Seiles einstellbar ist.The invention relates to a device for winches, in particular high-performance winches, for regulating the tensile force of a rope, a defined run-off area being arranged via a rope guide device and the winch having a controllable winch drive, which has a controller and measuring elements and an evaluation device, taking into account the tensile force of the rope is adjustable.
Bei Winden, wie beispielsweise Trommelwinden mit einer angetriebenen 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 Überschreiten der maximal zulässigen Zugkräfte zu vermeiden, kann der Antrieb der Winde über einen Regler so gesteuert werden, daß es nicht zu einer erhöhten Seilbelastung kommt.In the case of winches, such as drum winches with a driven traversing device or double capstan winches, there is a risk of rope overloading and thus of a rope breaking if the maximum permissible tensile forces in the rope are exceeded. In order to avoid exceeding the maximum permissible tensile forces, the drive of the winch can be controlled by a controller so that there is no increased rope load.
Nach der DE-OS 2301623 ist eine Regeleinrichtung für Seilwinden zum Einhalten einer vorgegebenen Seilzugkraft bekannt geworden. Hierbei wird ein Seilzugregler mit einer Sensoranordnung in Form einer Seilrolle der Seiltrommel vorgeschaltet, um Seilzugschwankungen klein zu halten. Diese Anordnung stellt jedoch eine selbständige Einheit dar, die eine mehrfache zusätzliche Seilumlenkung erfordert und die Seilspannung in einem geraden Seil mißt. Eine derartige Ausbildung ist oftmals aus Platzgründen nicht einsetzbar und relativ aufwendig. Ferner ist bei hydraulischen Winden bekannt, eine Regelung über den hydraulischen Arbeitsdruck zu nehmen. Dies ist insbesondere bei Spillwinden in vielen Fällen ausreichend, wenn eine gewissen 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 Lastangriffsverhältnissen, insbesondere bei Trommelwinden, nicht ausreichend Rechnung getragen werden, weil hier die Zugkraft zusätzlich durch die Zahl der aufgewickelten Seillagen sowie die Seileintrittsposition beeinflußt wird.According to DE-OS 2301623, a control device for cable winches for maintaining a predetermined cable pulling force has become known. Here, a cable control with a sensor arrangement in the form of a cable pulley is connected upstream of the cable drum in order to keep cable cable fluctuations small. However, this arrangement represents an independent unit that requires multiple additional rope deflections and measures the rope tension in a straight rope. Such a design is often not usable for reasons of space and is relatively complex. In the case of hydraulic winches, it is also known to regulate the hydraulic working pressure to take. This is sufficient in many cases, especially with capstan winches, if a certain hysteresis between working pressure and tractive effort is accepted. In contrast, in high-performance winches, however, control of the pulling force via the hydraulic working pressure is no longer sufficient, since the hysteresis between pulling force and working pressure becomes too great here. In addition, when controlling the tensile force via the working pressure, the respective load application conditions, in particular with drum winches, cannot be adequately taken into account because here the tensile force is additionally influenced by the number of coiled rope layers and the rope entry position.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu verbessern und eine genaue und sichere Zugkraftregelung auf einfache Weise mit einer integrierten Anordnung zu ermöglichen, die eine kompakte Ausbildung gewährleistet.The object of the invention is to improve a generic device and to enable precise and safe traction control in a simple manner with an integrated arrangement which ensures a compact design.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung dieser Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale. Bevorzugte Weiterbildungen sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.According to the invention this object is achieved by the features mentioned in claim 1. Preferred developments are characterized by the features of the subclaims.
Hierdurch wird vorteilhaft die Seilzugkraft oder ein definierter Teil der Seilzugkraft erfaßt und durch Umformung des erfaßten Wertes und dessen Vergleich mit einem Sollwert für die entsprechende Steuerung des Windenantriebs verwendet. Bei einem hydraulischen Windenantrieb leitet die Auswerteeinrichtung aus der ermittelten Abweichung die Korrekturgröße für den Arbeitsdruck ab. Hierdurch lassen sich 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.In this way, the cable pulling force or a defined part of the cable pulling force is advantageously recorded and used by reshaping the recorded value and comparing it with a target value for the corresponding control of the winch drive. In the case of a hydraulic winch drive, the evaluation device derives the correction variable for the working pressure from the determined deviation. In this way, predetermined target values for the tensile force can be maintained with high accuracy, the maximum permissible tensile forces of the respective Ropes can be optimally used without the risk of rope overload.
Auch durch die Verwendung von Lastmeßbolzen als Teil der Windenlagerung wird eine günstige Ausbildung geschaffen. Für eine zweiteilige Lagerung der Winde im Zuglast-Beanspruchungsbereich ist es günstig, wenn ein Lastmeßbolzen für den 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.A favorable design is also created through the use of load measuring bolts as part of the winch mounting. For a two-part mounting of the winch in the tensile load area, it is advantageous if a load measuring pin is provided for the more heavily loaded part of the winch bearing and at least part of the winch bearing is formed by a spherical bearing. This advantageously reduces interference forces, for example as a result of tilting movements, in such a bearing arrangement.
Bei einer Trommelwinde mit einer angetriebenen Changiereinrichtung ist es weiterhin vorteilhaft, wenn ein zweiter Sensor für das Erfassen der Seileintrittsposition und ein dritter Sensor für das Erfassen von aufgewickelten Seillagen vorgesehen wird. Damit werden für die Regelung der Zugkraft der Winde vorteilhaft 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 in einer Auswerteeinrichtung bei der Umrechnung der Lastmeßbolzenkraft auf die Seilkraft entsprechend berücksichtigt werden.In the case of a drum winch with a driven traversing device, it is also advantageous if a second sensor is provided for the detection of the rope entry position and a third sensor for the detection of wound rope layers. Thus, the respective position of the rope entry and the number of rope layers on the drum are advantageously taken into account for the control of the pulling force of the winch, the values detected by the second and third sensors being taken into account accordingly in an evaluation device when converting the load pin force to the rope force .
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Seitenansicht einer Zweitrommel-Spillwinde mit einer Sensoranordnung,
- Fig. 2
- eine Draufsicht auf die Zweitrommel-Spillwinde 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.
The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings using exemplary embodiments. Show it:
- Fig. 1
- 2 shows a side view of a two-drum capstan winch with a sensor arrangement,
- Fig. 2
- a plan view of the two-drum capstan winch according to FIG. 1 and
- Fig. 3
- an enlarged sectional view of a winch bearing for the two-drum capstan shown in Figures 1 and 2.
- Fig. 4
- a plan view of a drum winch with driven traversing device and sensor arrangement.
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.The
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 Position zu halten, und wobei der Lagerhebel 14 so angeordnet ist, daß in ihm wirkende Kräfte keine bzw. nur eine minimale Rückwirkung auf die in Seilzugrichtung wirkenden Kräfte in den Bolzen 19 und 20 ausüben.The
Das lastlose Seilende 22 tritt, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, aus der Winde aus und wird in einer nicht dargestellten Trommel gespeichert.As shown in FIGS. 1 and 2, the no-
Die Winde 10 besitzt ferner, wie in Fig. 2 dargestellt, Hydraulikleitungen 23 und 24, die für die entsprechenden 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.The
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 größeren 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.2, there is always a defined distribution of force for the two
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.In Fig. 3, an enlarged plan view of the mounting of the
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 Lastmeßbolzens, d.h. die Richtung großer Empfindlichkeit gegen eine Belastung, stimmt dabei mit der Richtung des Seils 21 überein.The
Der Bolzen 20, der als einfacher Lagerbolzen ausgebildet ist, ist durch zwei Laschen 36 und 37 des Lagerbocks 18 geführt und ebenfalls mittels einer Befestigungsplatte 38 drehsicher befestigt. Zwischen den Laschen 36 und 37 greift an den Bolzen 20 eine Seitenwand 39 des Gehäuses 13 der Winde 10 an. Zur Reduzierung von Störkräften sind bei beiden Bolzen 19,20 sphärische Lager 40 vorgesehen, welche eventuelle Kippbewegungen infolge von Verformungen des Seilführungsbocks 18 oder des Gehäuses 13 der Winde 10 von den Bolzen, insbesondere von Lastmeßbolzen 19 fernhält.The
Fig. 4 zeigt eine andere Variante des Erfindungsgedankens mit einer Trommelwinde 41 und einer Changiervorrichtung 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 Lastmeßbolzens 49.Fig. 4 shows another variant of the inventive concept with a
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 herverschieblichen Seilführers 56 eingreift. Das Übersetzungsverhältnis zwischen Seiltrommel 43 und Changierwalze 52 ist so ausgelegt, daß sich das Seil 57 auf der Seiltrommel 43 in dichten Lagen aufwickelt.The
Erfindungsgemäß besitzt die Trommelwinde 41 neben dem schon erwähnten ersten Sensor 49 für die Seilkraftermittlung einen zweiten Sensor 58, welcher z.B. als Drehimpulsgeber sowohl die Lage des Seilführers 56 zu den beiden Abstützaugen 45 als auch die jeweils gewickelte Lage des Seils 57 auf der Trommel 43 ermittelt. Die Signale beider Geber 49, 58 werden in einer Auswerte- und Recheneinheit 59 miteinander entsprechend den geometrischen Verhältnissen des Seileinlaufs verarbeitet und liefern ein Ausgangssignal, welches der Seilkraft entspricht.According to the invention, in addition to the already mentioned
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1989
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