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Dokumentenidentifikation DE102004034829A1 16.03.2006
Titel Winde
Anmelder Bosch Rexroth Aktiengesellschaft, 70184 Stuttgart, DE
Erfinder Reimer, Hans-Jürgen, 63869 Heigenbrücken, DE;
Brokoff, Ernesto, San Isidro, AR
Vertreter WINTER, BRANDL, FÜRNISS, HÜBNER, RÖSS, KAISER, POLTE, Partnerschaft, 80336 München
DE-Anmeldedatum 19.07.2004
DE-Aktenzeichen 102004034829
Offenlegungstag 16.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.03.2006
IPC-Hauptklasse B66D 1/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B66D 1/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B66D 1/12(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Offenbart ist eine Winde mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Windentrommel und einer hydraulischen Beschleunigungseinrichtung, über die während des Hebens einer Last die Wirkung des Motors unterstützt wird, so dass dieser mit geringerer Leistung ausgeführt werden kann.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Winde mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Windentrommel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Winden werden zum Anheben oder Absenken von Lasten eingesetzt. Zum Handling bei Kränen oder Containerbrücken werden elektrisch betriebene Winden bevorzugt, wie sie in der DE 695 09 654 T2 beschrieben sind. Bei derartigen Lösungen wird eine Windentrommel durch Zwischenschaltung eines Getriebes von einem Elektromotor angetrieben. Dessen Leistung muss so ausgelegt sein, dass er die maximal zu erwartende Last mit einer gewünschten Minimalbeschleunigung Anheben kann. Ein derart dimensioniertes Elektrosystem bestimmt in erheblichem Maße die Investitionskosten.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Winde zu schaffen, die ein Anheben von Lasten bei verringerter Antriebsleistung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Winde mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird der von einem Elektromotor angetriebenen Windentrommel eine hydraulische Beschleunigungseinrichtung zugeordnet, über die beim Senken der Last hydraulische Energie gespeichert wird, um diese beim Heben der Last zur Unterstützung des Motors abzurufen. Dazu ist die erfindungsgemäße hydraulische Beschleunigungseinrichtung mit einer vom Motor oder der Windentrommel oder des Windengetriebes antreibbaren Hydroeinheit ausgeführt, die als Pumpe und Hydromotor wirken kann. Die Hydroeinheit ist über eine Ventilanordnung derart mit einem Hydrospeicher verbindbar, dass beim Heben der Last die Hydroeinheit mit dem aufgeladenen Hydrospeicher verbunden ist und dann als Hydromotor wirkt und den Antriebsmotor der Windentrommel unterstützt. Dadurch wird der Energieverbrauch beim Anheben der Last verringert, so dass neben den Investitionskosten auch die Betriebskosten der Winde sinken.

Beim Senken der Last (ziehende Last) wirkt die Hydroeinheit als Pumpe, über die der Hydrospeicher bei geeignet umgeschalteter Ventilanordnung aufgeladen wird und seine hydraulische Energie beim nächsten Heben einer Last abgeben kann.

Die Ventilanordnung der hydraulischen Beschleunigungseinrichtung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie beim Heben der Last in eine Öffnungsposition umschaltbar ist, in der der Hydrospeicher über eine Vorlaufleitung mit der Hydroeinheit verbunden ist. Beim Senken der Last wird die Ventilanordnung umgeschaltet, so dass zum Aufladen eine Druckmittelströmung zum Hydrospeicher ermöglicht und in Gegenrichtung gesperrt ist.

Bei einem besonders einfach aufgebauten Ausführungsbeispiel hat die Ventilanordnung ein Schaltventil, das zum Heben/Anholden der Last aus einer Sperrstellung in die Öffnungsstellung bringbar ist. Die Ventilanordnung hat des Weiteren ein Rückschlagventil, das in einer das Schaltventil umgehenden Bypassleitung angeordnet ist und in Richtung zur Hydroeinheit sperrt.

Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, die hydraulische Beschleunigungseinrichtung als offenen hydraulischen Kreislauf mit einem Tank auszuführen, der über eine Ablaufleitung mit der Hydroeinheit verbunden ist.

Dieser Tank kann über eine Tankleitung mit dem Hydrospeicher verbunden werden, in der ein Druckbegrenzugnsventil angeordnet ist, so dass der Hydrospeicher durch die Einstellung des Druckbegrenzungsventils auf einen Maximaldruck begrenzt ist.

Diese Tankleitung und die den Hydrospeicher mit der Hydroeinheit verbindende Vorlaufleitung sind vorzugsweise über eine Umlaufleitung verbunden, in der ein Kurzschlussventil angeordnet ist. Dieses wird bei aufgeladenem Hydrospeicher aus einer Schließposition in eine Öffnungsposition umgeschaltet, so dass die beim Absenken als Pumpe wirkende Hydroeinheit auf drucklosen Umlauf geschaltet ist.

Die Beschleunigungseinrichtung wird bei einem Ausführungsbeispiel auch mit einem Nachsaugventil ausgeführt, über das während des Hebens der Last bei entladenem Speicher über die Hydroeinheit Druckmittel aus der Tankleitung in die Vorlaufleitung nachsaugbar ist.

Die Steuerung der hydraulischen Beschleunigungseinrichtung ist besonders einfach, wenn im Bereich des Hydrospeichers ein Druckschalter oder Druckaufnehmer vorgesehen ist, der bei Erreichen eines bestimmten Speicher-Betriebsdruckes ein Signal zum Umschalten des Kurzschlussventils abgibt.

Dieses und das Schaltventil werde vorzugsweise über eine zentrale Steuereinheit der Winde elektrisch betätigt und sind mechanisch in eine Schließstellung vorgespannt, die sie auch bei Stromausfall einnehmen.

Zum Warten, Inbetriebnehmen oder Optimieren der Beschleunigungscharakteristik der hydraulischen Beschleunigungseinrichtung ist es vorteilhaft, wenn diese mit einer Hilfspumpe ausgeführt ist, über die der Hydrospeicher auf seinen Betriebsdruck aufladbar ist.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand zweier Figuren erläutert.

Es zeigen:

1 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen Winde und

2 eine Variante der Winde mit Getriebe.

Die in 1 dargestellte Winde 1 hat eine Windentrommel 2, über die eine Last L angehoben oder abgesenkt bzw. entlang einer Ebene angeholt bzw. gefiert werden kann. Der Antrieb der Windentrommel 2 erfolgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel mittels eines an einem Getriebe angeschlossenen Elektromotors 4, der über eine nicht dargestellte zentrale Steuereinheit angesteuert wird.

Beim Heben der Last L kann die Wirkung des Elektromotors 4 mittels einer hydraulischen Beschleunigungseinrichtung 6 unterstützt werden. Diese hat eine Hydroeinheit 8, die als Pumpe und als Hydromotor wirken kann. Die Hydroeinheit 8 ist über eine Vorlaufleitung 10, in der sich ein Hebenventil 12 befindet, mit einem Hydrospeicher 14 verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Hebenventil 12 als elektrisch betätigtes Schaltventil ausgeführt, das mittels einer Feder 16 in eine mit (a) gekennzeichnete Sperrstellung vorgespannt ist. Durch Bestromung eines über die nicht dargestellte zentrale Steuereinheit angesteuerten Elektromagneten 18 kann das Hebenventil 12 in seine mit (b) gekennzeichnete Durchgangsstellung umgeschaltet werden, in der die Verbindung zwischen dem Hydrospeicher 14 und der Hydroeinheit 8 auf gesteuert ist. Der Hydrospeicher 14 ist mit einer Gasfüllung ausgeführt.

Im Bereich zwischen der Hydroeinheit 8 und dem Hebenventil 12 zweigt von der Vorlaufleitung 10 eine Bypassleitung 20 ab, in der ein in Richtung zur Hydroeinheit 8 öffnendes Rückschlagventil 22 angeordnet ist. Dieses lässt unter Umgehung des Hebenventils 12 eine Druckmittelströmung von der Hydroeinheit 8 zum Hydrospeicher 14 zu.

Die Hydroeinheit 8 kann beispielsweise als Axial- oder Radialkolbeneinheit ausgeführt sein, an deren Eingangsanschluss P die Vorlaufleitung 10 angeschlossen ist und deren Ausgangsanschluss T über eine Rücklaufleitung 24 mit einem Tank T verbunden ist.

Der Druck in dem zwischen dem Hebenventil 12 und dem Hydrospeicher 14 gelegenen Abschnitt 11 der Vorlaufleitung 10 wird über ein Druckbegrenzungsventil 28 dessen Ausgang über eine Tankleitung 26 mit dem Tank T verbunden ist, auf einen Maximaldruck begrenzt, so dass der Druck im Hydrospeicher 14 und auch der an der Hydroeinheit 8 anliegende Druck diesen Maximaldruck nicht überschreiten kann. Der Ladedruck des Hydrospeichers 14 wird über einen Druckschalter 30 oder Druckaufnehmer erfasst, der bei Erreichen eines unterhalb des Auslösedrucks des Druckbegrenzungsventils 28 eingestellten Betriebsdrucks ein Signal abgibt, über das ein Kurzschlussventil 32 aus einer Sperrstellung (a) in eine Durchgangsstellung (b) umgeschaltet wird, so dass eine die Tankleitung 26 mit dem zwischen dem Hebenventil 12 und der Hydroeinheit 8 ausgebildeten Teil der Vorlaufleitung 10 verbindende Umlaufleitung 34 auf gesteuert wird. Das Umschalten des Kurzschlussventils 32 in Anhängigkeit vom Signal des Druckschalters 30 erfolgt mittels eines von der zentralen Steuereinheit angesteuerten Schaltmagneten 36. Im unbestromten Zustand ist das Kurzschlussventil 32 durch eine Schaltfeder 38 in seine Grundposition (a) vorgespannt.

Zwischen der Tankleitung 26 und der Vorlaufleitung 10 ist des Weiteren noch eine Nachsaugleitung 40 mit einem in Richtung zur Vorlaufleitung 10 öffnenden Nachsaugventil 42 vorgesehen. Für Wartungsarbeiten oder zur Optimierung der Beschleunigungscharakteristik und zum Aufladen des Hydrospeichers 14 beim Anfahren der Beschleunigungseinrichtung ist eine Hilfspumpe 44 vorgesehen, deren Druckanschluss P über ein in Druckaufbaurichtung öffnendes Rückschlagventil 46 mit dem Leitungsabschnitt 11 verbunden ist. Diese Hilfspumpe 44 ist eine Option und muss nicht notwendigerweise vorgesehen werden. Die Hilfspumpe kann auch zur Optimierung der Speicherladezeit dienen.

Zum besseren Verständnis sei die Funktion der mit der hydraulischen Beschleunigungseinrichtung 6 ausgeführten Winde 1 erläutert.

Heben der Last

Es sei angenommen, dass der Hydrospeicher 14 – beispielsweise durch die Hilfspumpe 44 oder einen zuvor durchgeführten Arbeitszyklus auf seinen Betriebsdruck aufgeladen ist. Zum Anheben der Last L wird der Elektromotor 4 entsprechend angesteuert, so dass das die Last L tragende Seil/Trosse aufgewickelt und die Last L angehoben wird. Mit der Ansteuerung des Elektromotors 4 wird über die zentrale Steuereinheit der Elektromagnet 18 des Hebenventils 12 bestromt, so dass dieses aus seiner federvorgespannten Grundposition (a) in die Öffnungsstellung (b) umgeschaltet wird. Dadurch ist der aufgeladene Hydrospeicher 14 über die Vorlaufleitung 10 mit der Hydroeinheit 8 verbunden, so dass diese als Hydromotor wirkt und die Beschleunigung der Last L unterstützt. Der sich dabei einstellende Betriebsdruck entspricht der anteilig von der Hydroeinheit 8 übernommenen Last, diese kann aber den am Druckbegrenzungsventil 28 eingestellten maximalen Druck nicht überschreiten. Diese Unterstützung der Wirkung des Elektromotors 4 erfolgt solange, bis die im Hydrospeicher 14 gespeicherte hydraulische Energie in mechanische Energie umgewandelt ist. Nach dem Entleeren des Hydrospeichers 14 steht für das weitere Heben der Last L keine weitere hydraulische Energie mehr zur Verfügung, so dass die Hubarbeit alleine vom Elektromotor 4 aufgebracht werden muss. Die Hydroeinheit 8 wird dabei jedoch weiter vom Elektromotor 4 oder der Windentrommel 2 angetrieben und dreht ohne Belastung mit. Sie saugt dabei Druckmittel über das sich öffnende Nachsaugventil 42 und die Nachsaugleitung 40 aus der Tankleitung 26 an und fördert dies drucklos über die Rücklaufleitung zum Tank T zurück. Während des gesamten Hebevorgangs verbleibt das Hebenventil 12 in seiner Öffnungsposition (b). Dies wird erst nach Rücknahme des Heben-Befehls stromlos geschaltet und in seine Grundposition (a) zurückgeschaltet.

Senken der Last

Zum Senken der Last wird der Elektromotor 4 über die zentrale Steuereinheit in umgekehrter Richtung angesteuert – die Last L wirkt dann ziehend – entsprechend wird die Arbeitsweise der Hydroeinheit 8 umgekehrt und diese wirkt dann als Pumpe, über die Druckmittel aus dem Tank T über die Rücklaufleitung 24 angesaugt und über die Hydroeinheit 8 in die Vorlaufleitung 10 gefördert wird. Während des Senkens verbleibt das Hebenventil 12 in seiner federvorgespannten Schließposition (a), so dass das Druckmittel von der Vorlaufleitung 10 über die Bypassleitung 20 und das sich öffnende Rückschlagventil 22 zum Hydrospeicher 14 hin strömt und diesen lädt.

Die vom Elektromotor 4 aufzubringende Leistung erhöht sich dabei um die erforderliche Antriebsleistung der Hydroeinheit 8. Aufgrund des geschlossenen Hebenventils 12 ist das Druckmittel leckölfrei im Hydrospeicher 14 eingespannt.

Bei Erreichen des gewünschten Betriebsdruckes im Hydrospeicher 14 schaltet der Druckschalter 30 oder der Druckaufnehmer um – der Schaltmagnet 36 des Kurzschlussventils 32 wird umgeschaltet und dieses aus seiner federvorgespannten Sperrposition (a) in seine Durchgangsposition gebracht, so dass die Vorlaufleitung 10 mit der Tankleitung 26 verbunden ist. Die als Pumpe wirkende Hydroeinheit 8 fördert dann das Druckmittel drucklos über das geöffnete Kurzschlussventil 32 und die Tankleitung 26 zum Tank T zurück. Nach Beendigung des Senkens wird der Elektromagnet 36 wieder stromlos geschaltet, das Kurzschlussventil 32 schaltet in seine Sperrposition (a) zurück, der Druckschalter 30 ist ebenfalls zurückgestellt.

Notbremsunterstützungsfunktion

Die vorbeschriebene hydraulische Beschleunigungseinrichtung 1 bietet bei einem Stromausfall des Windenantriebs noch eine Notbremsunterstützungsfunktion. Bei einem eventuellen Stromausfall und – ausgerückten Bremsen – sinkt die Last L ab und treibt die Hydroeinheit 8 an, so dass diese wie beim Betriebszustand "Senken" als Pumpe wirkt und Druckmittel aus dem Tank T über die Rücklaufleitung 24, die Vorlaufleitung 10, die Bypassleitung 20 und das sich öffnende Rückschlagventil 22 in den Hydrospeicher 14 fördert. Dabei ist vorausgesetzt, dass bei Stromausfall das Hebenventil 12, der Druckschalter 30 und das Kurzschlussventil 32 jeweils in ihrer federvorgespannten Grundposition verbleiben und somit ausser Funktion sind. Über die als Pumpe wirkende Hydroeinheit 8 erfolgt somit eine Bremsung, die gegen den Druck im Hydrospeicher 14 erfolgt, der aus der gespeicherten Gasfüllung resultiert. Dieser Druck steigt solange an, bis der Einstellwert des Druckbegrenzungsventils 28 erreicht ist, der oberhalb des über den Druckschalter 30 eingestellten Betriebsdruckes liegt. Bei einem eventuellen weiteren Absinken der Last L wird an dem geöffneten Druckbegrenzungsventil 28 die gesamte Leistung der Hydroeinheit 8 in Wärme umgewandelt und somit der Bremsvorgang weiter unterstützt.

Prinzipiell kann die Funktion des Hebenventils 12 des Rückschlagventils 22 auch in einem einzigen Ventil zusammengefasst werden, das in der Grundposition ein Aufladen und leckölfreies Einspannen des Hydrospeichers 14 ermöglicht.

In 1 ist die Einheit aus Windentrommel 2, Elektromotor 4 und Hydroeinheit 8 stark schematisch ohne die Andeutung eines Getriebes dargestellt. wie schon erwähnt, ist üblicherweise zwischen die Windentrommel und einem dieser zugeordneten Elektromotor ein Getriebe 9 eingefügt, wie dies in 2 gezeigt ist. Die Hydroeinheit 8 wird nun vorteilhafterweise am Getriebe 9 angebracht. In 2 ist die Hydroeinheit auf derselben Achse wie der Elektromotor angeordnet und dreht mit derselben Drehzahl wie der Elektromotor. Die Windentrommel dreht mit einer wesentlich höheren Drehzahl.

Wie in 2 mit gestrichelten Linien angedeutet kann die Hydroeinheit 8 auch auf derselben Achse wie die Windentrommel sitzen und mit deren Drehzahl drehen. Demgegenüber hat die oben skizzierte Lösung den Vorteil, dass die Hydroeinheit kleiner und damit auch billiger sein kann.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, dass die Hydroeinheit 8 auch verstellbar ausgeführt sein kann. Damit kann die Beschleunigungscharakteristik an verschiedene Lasten angepasst werden. Über eine Einrichtung zur Lasterfassung, die bei Kranen üblicherweise ohnehin vorhanden ist, und eine geeignete Ansteuerelektronik gelangt ein Signal zur Verstellvorrichtung für die Hydroeinheit. Deren Hubvolumen wird also lastabhängig eingestellt.

Offenbart ist eine Winde mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Windentrommel und einer hydraulischen Beschleunigungseinrichtung, über die während des Hebens einer Last die Wirkung des Motors unterstützt wird, so dass dieser mit geringerer Leistung ausgeführt werden kann.

1Winde 2Windentrommel 4Elektromotor 6Beschleunigungseinrichtung 8Hydroeinheit 9Getriebe 10Vorlaufleitung 11Abschnitt der Vorlaufleitung 12Hebenventil 14Hydrospeicher 16Feder 18Elektromagnet 20Bypassleitung 22Rückschlagventil 24Rücklaufleitung 26Tankleitung 28Druckbegrenzungsventil 30Druckaufnehmer 32Kurzschlussventil 34Umlaufleitung 36Schaltmagnet 38Schaltfeder 40Nachsaugleitung 42Nachsaugventil 44Hilfspumpe 46Ventil

Anspruch[de]
  1. Winde mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Windentrommel (2), über die eine Last (L) angehoben oder abgesenkt werden kann, gekennzeichnet durch eine hydraulische Beschleunigungseinrichtung (6), mit einer von dem Motor (4) oder der Windentrommel (2) antreibbaren Hydroeinheit (8), einem mit dieser hydraulisch verbindbaren Hydrospeicher (14), sowie einer Ventilanordnung (12, 22), über die beim Anheben der Last (L) die Hydroeinheit (8) mit dem aufgeladenen Hydrospeicher (14) verbindbar und beim Absenken der Last (L) der Hydrospeicher (14) über die Hydroeinheit (8) aufladbar ist.
  2. Winde nach Patentanspruch 1, wobei die Ventilanordnung (12, 22) beim Anheben der Last (L) in eine Öffnungsstellung (b) umschaltbar ist, in der der Hydrospeicher (14) über eine Vorlaufleitung (10) mit der Hydroeinheit (8) verbunden ist und beim Absenken eine Druckmittelströmung zum Hydrospeicher (14) ermöglicht und in Gegenrichtung sperrt.
  3. Winde nach Patentanspruch 2, wobei die Ventilanordnung ein Hebenventil (12) hat, das zum Anheben der Last (L) aus einer Sperrstellung (a) in die Öffnungsstellung (b) bringbar ist und mit einer das Hebenventil (12) umgehenden Bypassleitung (12), in der ein in Richtung zum Hydrospeicher (14) öffnendes Rückschlagventil (22) angeordnet ist.
  4. Winde nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die hydraulische Beschleunigungseinrichtung (1) als offener hydraulischer Kreislauf mit einem Tank (T) ausgeführt ist, der über eine Ablaufleitung (24) mit der Hydroeinheit (8) verbunden ist.
  5. Winde nach Patentanspruch 4, wobei der Tank (T) über eine Tankleitung (26) mit dem Hydrospeicher (14) verbunden ist, in der ein Druckbegrenzungsventil (28) angeordnet ist.
  6. Winde nach Patentanspruch 2 und 5, wobei in einer die Vorlaufleitung (10) und die Tankleitung (26) verbindenden Umlaufleitung (34) ein Kurzschlussventil (32) angeordnet ist, das bei aufgeladenem Hydrospeicher (14) aus einer Schließposition (a) in eine Öffnungsposition (b) umschaltet.
  7. Winde nach Patentanspruch 6, mit einem Druckschalter oder Druckaufnehmer (30), der bei Erreichen eines Betriebsdrucks des Hydrospeichers (14) ein Signal zum Umschalten des Kurzschlussventils (32) abgibt.
  8. winde nach Patentanspruch 2 und 5, mit einem Nachsaugventil (42) zum Nachsaugen von Druckmittel aus der Tankleitung (26) in die Vorlaufleitung (10.)
  9. Winde nach Patentanspruch 3 und 6, wobei das Hebenventil (12) und das Kurzschlussventil (32) elektrisch betätigt und in eine Schließstellung (a) vorgespannt sowie über eine zentrale Steuereinheit der Winde (1) ansteuerbar sind.
  10. winde nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer Hilfspumpe (44) zum Aufladen des Hydrospeichers (14) oder zur Optimierung der Speicherladezeit.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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