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Einrichtung zum Steuern einer Hebevorrichtung, insbesondere für Aufzüge
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Steuerung von Hebevorrichtungen, insbesondere für Aufzüge.
Antriebe zum Heben und Senken von Lasten verbunden mit einer Einrichtung zur exakten Erreichung einer gewünschten Haltestelle müssen derart beschaffen sein, dass je nach Bedarf ein antreibendes oder bremsendes Drehmoment ausgeübt werden kann.
Bei Aufzügen mit höherer Geschwindigkeit geht die Steuerung in der heute bekannten Weise vor sich, indem eine gewisse Strecke vor der Haltestelle die Bremsung eingeleitet wird. Dabei wird die Bremsung einem zeitlichen Programm gemäss durchgeführt, vorerst bis auf die Einfahr- oder Nivelliergeschwindigkeit hinunter. Hierauf muss eine kleine Wegstrecke mit dieser Einfahrgeschwindigkeit zurückgelegt werden, um eventuelle Abweichungen vom Bremsprogramm zu korrigieren. Sehr nahe der Haltestelle wird nochmals eine Bremsung nach Programm bis zum Stillstand durchgeführt.
Verlauf von Geschwindigkeit und Drehmoment sind bei der erwähnten Steuerungsart unter Vollastverhältnissen die folgenden : In der Aufwärtsfahrt muss während der Beschleunigungsphase das Drehmoment stark antreibend wirken, um die Last gleichzeitig zu beschleunigen und zu heben. In der Hubphase wird die Last mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, so dass das Drehmoment nach wie vor antreibend wirkt, wenn auch in geringerem Mass als in der Beschleunigungsphase. In der Bremsphase muss mit einem bremsenden Drehmoment die Geschwindigkeit des Aufzuges auf die Einfahrgeschwindigkeit herunter gedrosselt werden. In der Einfahrphase wirkt das Drehmoment nochmals antreibend, bis die Last in unmittelbarer Nähe des gewünschten Niveaus nochmals eine kurze Bremsung notwendig hat. Bei Abwärtsfahrt sind die Verhältnisse ähnlich.
Wesentlich ist, dass in beiden Fällen ein Wechsel des Drehmomentes zwischen antreibender und bremsender Wirkung notwendig ist. Im Falle von Vollast aufwärts tritt dieser Wechsel dreimal auf, bei Vollast abwärts dagegen nur einmal. Zur Erzielung guter Fahreigenschaften müssen diese Drehmomentwechsel rasch, jedoch ohne brüske Übergänge erfolgen können.
Ein Antrieb, der diese Anforderung mit grosser Vollkommenheit erfüllt, ist der Ward-Leonardantrieb in Verbindung mit einer automatischen Drehzahlregulierung nach gegebenem Programm. Dabei wirkt derselbe Motor sowohl als antreibendes wie als bremsendes Element, die notwendigen Drehmomentwechsel gehen stetig, ohne Umschaltung vor sich. Ein bedeutender Nachteil besteht jedoch darin, dass die Umformergruppe einen relativ grossen Aufwand erfordert.
Es sind nun einfachere Antriebe bekannt, bei denen ebenfalls ein und derselbe Motor zum Antreiben oder Bremsen benützt werden kann, jedoch nur unter der Voraussetzung, dass eine Umschaltung vorgenommen wird. Als Beispiel sei der bekannte Induktionsmotor mit Gleichstrombremsung erwähnt, sowie Gleichstromantriebe mit gesteuerten elektrischen Ventilen. wobei statt eines separaten Ventilsatzes für die Bremsung eine Umschaltung des Ankers vorgenommen wird. Diese Antriebsformen sind aber nicht ohne weiteres für den Antrieb von Hebezeugen geeignet, insbesondere nicht für den vollautomatischen Betrieb von Aufzügen.
Damit diese Antriebe bei Hebevorrichtungen verwendet werden können, muss das Problem der Steuerung der Umschalteinrichtung für den Drehmomentwechsel gelöst werden. Diese Steuerung wird einfach, wenn die Anzahl der Umschaltungen auf ein Minimum reduziert werden kann.
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Es besteht nun die Möglichkeit, Antriebsformen, beispielsweise Induktionsmaschinen, die nur zum Antreiben bzw, nach Umschalten nur zum Bremsen geeignet sind, mit einem wegabhängigen Bremsprogramm derart zu kombinieren, dass während der Bremsung von der Fahrt mit grosser Geschwindigkeit bis zum Stillstand kein Wechsel des Drehmomentes und damit kein Umschalten mehr notwendig ist. Der Antrieb mit einer Induktionsmaschine verfügt über den weiteren Vorteil, dass ein Wechsel des Drehmomentes in der Nähe der synchronen Drehzahl automatisch, durch die Eigenschaften der Maschine selbst, bewirkt wird.
Die vorliegende Erfindung beschreibt nun eine Einrichtung, um mit geringem, zusätzlichen Aufwand solche vereinfachte Antriebsformen fUr den Betrieb von Hebezeugen zu verwenden.
Die Einrichtung kennzeichnet sich durch ein entsprechend der Position der Last betätigtes Bremsprogrammelement und ein entsprechend der Position oder der Fahrzeit der Last betätigtes Beschleunigungsprogrammelement, welche Elemente je einen Spannungsgeber darstellen, die zum Vergleichen ihrer Ausgangsspannungen an einen Diskriminator angeschlossen sind, der nach Betätigen eines das Bremsprogrammelement zum Arbeiten bringenden Schalters bei Gleichheit der Ausgangsspannungen der beiden Spannungs- geber einen Umschalter betätigt, der eine die Drehzahl des Antriebsmotors steuernde Vorrichtung mit dem Bremsprogr. 3. mmelement verbindet.
Die Erfindung kennzeichnet sich ferner durch einen durch den Antriebsmotor angetriebenen Tachometerdynamo und einen Servomechanismus, welcher die Motordrehzahl unter gleichzeitiger Berücksichtigung der Bremsprogrammangabenund der Nngabe der Tachometerdynamo steuert.
Vorteilhaft wird die Erfindung so ausgebildet, dass das Verzögerungsprogrammelement eine gleichzeitig mit der Last durch die Hebevorrichtung angetriebene Nocke ist, die einen die Drehzahl des Antriebsmotors steuernden Spannungsgeber steuert.
Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, dass ein Organ zum Vergleichen der Ausgänge der programmgesteuerten Vorrichtung vorhanden ist, welches Organ mit einem Relais in Verbindung steht, wn den stetigen Übergang vom Beschleunigungsprogramm zu jedem Zeitpunkt auf das Verzögerungsprogramm zu ermöglichen.
Die Einrichtung nach der Erfindung ist im folgenden an Hand der beiliegenden Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein schematisches Schaltbild, Fig. 2 eine weitere Ausbildung eines Bremsprogrammelementes, Fig. 3 Verlauf von Anfahr- und Bremsphase gemäss vorliegender Erfindung in Abhängigkeit der Wegstrecke und Fig. 4 ein ausführliche Schaltbild.
Ein Induktionsmotor 1 gemäss Fig. l wird zum Antreiben oder nach Umschalten zum Bremsen der sich im Schacht 3 auf-und abwärtsbewegenden Last & (Kabine, Korb od. dgl. ) verwendet. Das Gegengewicht 4 dient dem Gewichtsausgleich der Kabine, sowie eines Teiles der Last. Ein mit dem Muktionsmotor l gekuppelter Tachometerdynamo 5 liefert eine zur Geschwindigkeit proportionale Spannung, welche zur Beeinflussung eines Servomechanismus 13 verwendet wird. 6 ist eine ebenfalls mit Motor 1 verbundene magnetische Kupplung, die das wegabhängige Bremsprogramm 9 in Verbindung mit einem Potentiometer 7 zu erzeugen gestattet. Im Schacht 3 ist ein Schalter 8 angebracht, der durch die Kabine betätigt wird und bewirkt, dass über die Kupplung 6 das Bremsprogramm 7, 9 zu laufen beginnt.
Der Schalter 8 befindet sich in Bremsdistanz von der gewünschten Haltestelle entfernt.
Im Moment, in welchem ein Diskriminator 24 (Fig. l) Gleichheit zwischen Beschleunigungsprogramm 10 und Bremsprogramm 9 (Erreichen von Punkt 25 in Fig. 3) festgestellt hat, schaltet der Servomechanismus 13 von Antreiben auf Bremsen um und legt über eine Relais-Spule 12 und einen Relais- Kontakt 11 die Spannung des Bremsprogrammes 9 an den Servomechanismus 13, was bewirkt, dass die Drehzahl des Motors 1 dem Bremsprogramm 9, 7 automatisch folgt. In der Anlauf-bzw. Beschleunigungsphase wird der Servomechanismus 13 vom Programmspannungsgeber 10 für die Beschleunigung, welcher entweder zeit- oder wegabhängig funktionieren kann, über den Kontaktweg 11 beeinflusst.
In der Nähe der synchronen Hub-oder Senkgeschwindigkeit bewirken die natürlichen Eigenschaften des Asynchronmotors eine Geschwindigkeitsregulierung. Da in gewissen Fällen die Bremswirkung gegen die kleinen Drehzahlen hin schwächer wird, ist die mechanische Reibungsbremse 14 zur Unterstützung vorhanden, sie dient aber auch als Sicherheitsbremse.
Es sind zwei verschiedene Formen des Fahrtablaufes möglich, im ersten Fall wird entsprechend der durchgezogenen Kurve 22 (Fig. 3) nach dem Beschleunigungsvorgang die maximale Geschwindigkeit erreicht, bevor die Bremsung eingeleitet wird. Im zweiten Falle, wie er beispielsweise bei kurzen EtagenDistanzen oder bei grosser maximaler Geschwindigkeit auftritt, wird der Beschleunigungsvorgang gemäss Kurve 23 nicht zu Ende geführt, sondern geht beim Erreichen des Punktes 25 unmittelbar in den Bremsvorgang über. Im nachfolgenden werden an Hand der Fig. 4 die beiden schaltungsmässigen Vorgänge be-
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schieben, wobei zur klaren Darstellung das Schaltungsbeispiel nur für eine Fahrrichtung gezeichnet ist.
Ein Fahrtablauf gemäss dem ersten Fall spielt sich wie folgt ab :
Nachdem die Aufzugsteuerung auf bekannte Weise den Fahrtbefehl erteilt und die Haltebremse 14 ge- öffnet hat, wird der Induktionsmotor 1 über das Richtungsschütz 32 an das Speisenetz 31 gelegt. Gleichzeitig schliesst das Schütz 56 und verbindet das Netz 31 mit einem steuerbaren Wechselrichter 34, während das Schütz 33 die Verbindung zwischen dem steuerbaren Wechselrichter 34 und einem Gleichrichter 35 herstellt, Der Wechselrichter 34 kann eine Thyratronschaltung sein. Die Steuerung dieses Thyratrons er-
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Steuerwicklunglung sperrt und leitend wird in Abhängigkeit des Stromes der Steuerwicklung 36. Der Gleichrichter 35 besteht aus sechs Ventilen in Drehstrom-Brückenschaltung.
Gleichzeitig mit der Betätigung des Schützes 33. öffnet ein Kontakt 37, so dass sich ein Kondensator 38 über einen Widerstand 39 aufzuladen beginnt. Der am Kondensator 38 auftretende Spannungsverlauf dient als Sollwert für das Beschleunigungsprogramm. Die vom Tachometerdynamo 5 erzeugte Spannung liefert den Istwert für die Regulierung und wird über einen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 40 und 41, mit dem Sollwert zusammen als Fehlersignal dem Gitter einer Verstärkertriode 42 zugeführt Die am Kathodenwiderstand 43 der Triode 42 auftretende positive Spannung gelangt über die eine Diskriminatordiode 44 zu einem Widerstand 45 und beeinflusst das Gitter einer Verstärkertriode 49.
Gleichzeitig wird ein Einfluss auf dieses Gitter über eine zweite Diskriminatordiode 46 verhindert, weil die Spannung an einem Kathodenwiderstand 47 einer Verstltrkertriode48 konstant geschaltet wird. Dies wird dadurch erreicht, dass vom Bremspotentiometer 7 eine genügend grosse negative Spannung über einen Spannungsteiler, bestehend aus Widerständen 50 und 51 dem Gitter der Triode 48 zugeführt wird. Der Einfachheit halber sind die beiden Widerstände 50 und 51 gleich gross gewählt. Die Trioden 42, 48 und 49 werden von einer nicht gezeichneten Spannungsquelle gespeist, wobei der Leiter 57 ein positives und der Leiter 58 ein negatives Potential gegenüber der Masse aufweisen.
Das positive Gittersignal der Triode 49 bewirkt den Fluss eines Anodenstromes durch die Steuerwicklung 36 des Wechselrichters 34. Dadurch fliesst zwischen Gleichrichter 35 und Wechselrichter 34 ein Gleichstrom und demzufolge im Rotorkreis des Induktionsmators 1 ein Wechselstrom, wodurch ein Drehmoment entsteht, welches die Last 2 gemäss dem erwähnten Besch1eunigungsprogra. mm in Bewegung setzt.
Nach Erreichen der Maximalgeschwindigkeit, die annähernd der Synchrongeschwindigkeit des Mo- tors 1 entspricht, kann letzterer dem weiteren Verlauf des Beschleunigungsprogrammes nicht mehr folgen, das Fehlersignal am Gitter der Triode 42 wird rasch grösser und betätigt ein Relais 52, das seinerseits das Schütz 54 schliesst. Damit läuft der normalerweise als Schleifringmotor ausgeführte Induktionsmotor 1 im Kurzschluss weiter. Sobald die Last 2 den Schalter 8 der Zielhaltestelle betätigt, wird die Kupplung 6 eingeschaltet und das Potentiometer 7 liefert eine derart mit der Distanz der Last 2 von der Zielhaltestelle abnehmende Spannung, dass eine im wesentlichen konstante, stetige Verzögerung der Last 2 erhalten wird.
Gleichzeitig bewirkt der Schalter 8 die Schliessung des Kontaktes 37, wodurch sich der Kondensator 38 entlädt, das Relais 52 abfällt und die ursprüngliche Situation an der Diode 44 hergestellt ist.
Sobald die Spannung des Potentiometers 7 annähernd gleich gross ist wie der am Widerstand41 liegende Anteil der Spannung der Tachometerdynamo 5, zieht das Relais 12 an. Dieses bewirkt die Öffnung der Schütze 32, 54 und 33 und schliesst das Schütz 55, wodurch eine über die Steuerwicklung 36 kontrollierbare Gleichstrombremsung des Induktionsmotors 1 möglich wird. Gleichzeitig mit dem Anzug des Relais 12 wird durch die Spannungsverhältnisse am Diskriminator 24 der Weg für das Fehlersignal zwischen der Bremsprogrammspannung als Sollwert und dem Anteil der Tachometerspannung am Widerstand 51 als Istwert freigegeben. Dieser Weg führt vom Gitter der Triode 48 über den Kathodenwiderstand 47 und die Diskriminatordiode 46 auf das Gitter der Triode 49.
Die Schliessung dieses Kreises bewirkt, dass die Verzögerung des Induktionsmotors 1 dem Bremsprogramm selbsttätig folgt.
Bei Erreichen der Zielhaltestelle befindet sich das Potentiometer 7 in seiner Endlage in bezug auf die Masse. In dieser Stellung betätigt das Potentiometer 7 einen nicht gezeichneten Kontakt, welcher die Stromzufuhr zur Haltebremse 14 unterbricht, wodurch deren Spule stromlos wird und die Haltebremse einfällt. Derselbe Kontakt öffnet das Schütz 56, wodurch der Wechselrichter 34 vom Netz 31 getrennt wird.
Ein Fahrtablauf der Last 2 gemäss dem zweiten Fall verläuft wie folgt : Der Start der Last 2 erfolgt in Übereinstimmung mit dem beschriebenen ersten Fall. Die Last 2 betätigt aber vor dem Erreichen der Maximalgeschwindigkeit den Schalter 8, was bewirkt, dass sich das Bremsprogramm des Potentiometers 7 auszuwirken beginnt. Da aber die negative Spannung am Bremsprogrammgeber 7 noch wesentlich hoher, ist als die positive Tachometerspannung am Widerstand 41, bleibt der Beschleunigungsvorgang so lange aufrecht, bis die beiden genannten Spannungen annähernd gleich gross sind, was im Punkt 25 der Fig. 3 der
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Fall ist. In diesem Moment zieht das Relais 12 an und bewirkt ein Umschalten des Motors 1 von Antrieb auf Bremsen. Der weitere Verlauf der Bremsung erfolgt auf die im ersten Fall beschriebene Art.
Wie erwähnt wurde, bewirken die natürlichen Eigenschaften des Asynchronmotors in der Nähe der synchronen Hub- oder Senkgeschwindigkeit die Geschwindigkeitsregulierung. Wird aber als Antriebsmotor ein Gleichstrommotor verwendet, der über gesteuerte elektrische Ventile entweder nur antreibend oder nur bremsend wirken kann, so muss dagegen für den Zustand der Maxlmalgeschwmdigi : eit ein weiteres Element vorhanden sein, das entscheiden kann, ob der Antrieb in der Antriebs- oder Bremsstellung zu wirken habe.
Das Bremsprogramm kann auch durch eine Nocke 16 gesteuert sein, die beispielsweise durch den Antriebsmotor 1 oder jedes andere Organ, das sich bewegt, in Drehung versetzt wird, wenn der Aufzug in Betrieb ist, u. zw. derart, dass sich die Nocke le über eine unverzögert wirkende elektromagnetische Kupplung in dem Moment zu drehen beginnt, wo das Bremsprogramm in Funktion treten muss. An Stelle einer einzigen Nocke kann auch eine Mehrzahl solcher Nocken am Umfang einer Scheibe angeordnet sein, welche Scheibe sich dreht, solange der Aufzugsmotor läuft. Die Nocke 16 wirkt auf einen Differentialtransformator 17 (Fig. 2), welcher drei hintereinander angeordnete Wicklungen 18,19 und 20 und einen in der Wicklungsachse verschiebbaren Kern 21 aufweist, dessen Verschiebung die Nocke 16 bewirkt.
Diese als Detektor wirkende Vorrichtung liefert einen Zustandswert, welcher dem Sollwert der Geschwindigkeit entspricht.
Die erfindungsgemässe Einrichtung weist folgende Vorteile auf : Sie gewährleistet ein präzises Anhalten ohne Geschwindigkeitszwischenstufe, also mit grösserer Schnelligkeit in der Bedienung und ermöglicht eine Inbetriebsetzung der Last in unmittelbarer Nähe einer Haltestelle, da die Brems- und Anlaufprogram- me vergleichbar sind und ein stetiger Übergang vom einen zum ändern möglich ist.
Beim dargestellten Beispiel erfolgt die Beschleunigung nach, einer zeitabhängigen Funktion. sie könnte aber auch als Funktion der Kabinenposition erfolgen, oder durch eine Vorrichtung gesteuert werden, welche auf die Beschleunigung oder das Drehmoment des Motors wirkt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Steuern einer Hebevorrichtung, deren Antriebsmotor'in bestimmten Betriebszustanden nur zur Erzeugung eines antreibenden Drehmomentes und nach Umschaltung nur eines in Abhängigkeit von der Position der Last gesteuerten bremsenden Drehmomentes dient, gekennzeichnet durch ein entsprechend der Position der Last betätigtes Bremsprogrammelement (7,9) und ein entsprechend der Position oder der Fahrzeit der Last betätigtes Beschleunigungsprogramme1ement (10), welche Elemente je einen Spannungsgeber darstellen, die zum Vergleichen ihrer Ausgangsspannungen an einen Diskrimina-
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genden Schalters (8) bei Gleichheit der Ausgangsspannungen der beiden Spannungsgeber einen Umschalter (11, 12) betätigt, der eine die Drehzahl des Antriebsmotors (1) steuernde Vorrichtung (13)
mit dem Bremsprogrammelement (7', 9) verbindet.