DE19601724A1 - Hydraulischer Aufzug mit einem Arbeitszylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Aufzug mit einem Arbeitszylinder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Hydraulische Hubvorrichtungen mit regelbarer Pumpe sind be­ kannt (DE-OS 20 14 605 und DE 28 04 720 C2). Dabei kann die Verstellpumpe von einem Gleichstrom-Nebenschlußmotor oder einem Asynchronmotor angetrieben sein. Im Senkbetrieb der Hubeinrichtung arbeiten beide Motoren im generatorischen Be­ trieb, werden also von der Pumpe angetrieben, liefern Ener­ gie ins Netz zurück und bremsen dabei die Senkgeschwindig­ keit der Hubeinrichtung. Bei der von einem Asynchronmotor angetriebenen Verstellpumpe handelt es sich um eine Flügel­ zellenpumpe, deren Rotor in die Neutralstellung umgestellt wird, wenn die Hubeinrichtung angehalten werden soll. Hierzu wird die Stelleinrichtung der Pumpe durch einen von der Hub­ einrichtung betätigten Endschalter oder dergleichen betä­ tigt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, für den hydraulischen Aufzug der eingangs geschilderten Art eine Steuerung zu schaffen, die bekannten Steuerungen über­ legen ist und ein ruckfreies Anfahren, Beschleunigen und Bremsen sowie ein zielgenaues Anfahren der Stationen ermög­ licht.

Erfindungsgemäß ist die genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Steuerung bedient sich eines Druckreg­ lers in Kombination mit einem Geschwindigkeitsregler. Mit dem Druckregler wird vor dem Anfahren der Aufzugskabine zu­ erst ein Pumpendruck der Verstellpumpe aufgebaut, der dem durch die Kabine und die Nutzlast erzeugten Lastdruck ent­ spricht, bevor ein Sperrventil in der Zuleitung von der Ver­ stellpumpe zum Arbeitszylinder geöffnet wird. Ferner wird die Leckage der Verstellpumpe berücksichtigt, um zu vermei­ den, daß beim Öffnen des Sperrventils zum Anfahren des Auf­ zuges ein Durchsacken erfolgt. Mit dem Öffnen des Sperrven­ tils erfolgt die weitere Ansteuerung der Verstellpumpe mit dem Geschwindigkeitsregler, d. h. es wird von der Druckrege­ lung auf Geschwindigkeitsregelung umgeschaltet. Dabei wird in einer übergeordneten Steuereinheit ein Sollwert für die Geschwindigkeit vorgegeben, der Sollwert mit dem Istwert des Schwenkwinkels der Verstellpumpe verglichen und die Regelab­ weichung als Stellgröße dem Geschwindigkeitsregler zuge­ führt. Während der Geschwindigkeitsregelung werden Druckän­ derungen, Geschwindigkeitsänderungen sowie deren Ableitungen nach der Zeit, in den Geschwindigkeitsregler eingespeist, um eine bessere Dämpfung der Geschwindigkeitsregelung zu erzie­ len, die insbesondere dann von Vorteil ist, wenn der Aufzug beim Einfahren in die nächste Station abgebremst wird. Dann kann besonders durch zusätzliche Berücksichtigung der Druck­ änderung der Aufzug schwingungsfrei in die Endlage einfah­ ren.

Erfindungsgemäß erhält man somit unabhängig vom Gewicht des Aufzugs einschließlich der Belastung ein ruckfreies Anfah­ ren gefolgt von einer Geschwindigkeitsregelung entsprechend der Vorgabe durch die Steuereinheit und ein ruckfreies Ab­ bremsen und zielgenaues Anfahren der Haltestation.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, in der eine Steuerung für einen hydraulischen Aufzug schematisch dargestellt ist.

Eine von einem Asynchronmotor 1 angetriebene Verstellpumpe 2 liefert über ein Sperrventil 3 und ein Rohrbruch-Sicher­ heitsventil 4 einen Förderstrom in einen Arbeitszylinder 5, in dem ein Stempel verschiebbar ist, der einen Fahrkorb 6 trägt.

Das Förderstromvolumen der Verstellpumpe 2 wird von einem bekannten Stellsystem 7 mit einem Kolben zur Einstellung des Schwenkwinkels der Verstellpumpe 2 eingestellt. Das Stellsy­ stem wird von einem elektrisch angesteuerten Proportional­ ventil 8 angesteuert, um den Schwenkwinkel der Verstellpumpe 2 stufenlos zu verstellen. Der Förderstrom der Verstellpumpe 2 kann sowohl positiv sein, es wird also dem Arbeitszylinder 5 Druckmittel zugeführt, um den Fahrkorb 6 zu heben. Der Förderstrom kann aber auch negativ sein, d. h. aus dem Ar­ beitszylinder 5 wird im Senkbetrieb des Fahrkorbes 6 Druck­ mittel von der Verstellpumpe 2 abgefördert. Die Position des Stellsystems 7 und damit der Schwenkwinkel der Verstellpumpe 2 wird mittels eines Positionssensors 9 ermittelt.

Ein Drucksensor 10 ist an die Leitung 24 zwischen dem Rohr­ bruch-Sicherheitsventil 4 und dem Arbeitszylinder 5 ange­ schlossen und mißt den im Arbeitszylinder 5 herrschenden Lastdruck, der abhängig vom Gewicht des Fahrkorbes 6 und der Belastung ist. Ein Drucksensor 11 ist an die Leitung 23 von der Verstellpumpe 2 angeschlossen und mißt den Pumpendruck. Die Drucksensoren 10 bzw. 11 sind somit stromab bzw. strom­ auf des Sperrventils 3 vorgesehen.

Die beiden von den Drucksensoren 10 und 11 gelieferten Si­ gnale werden einer Vergleichsstufe 12 zugeführt. Die von der Vergleichsstufe 12 gelieferte Differenz der beiden Druckwer­ te wird als Regelabweichung einem Druckregler 13 zugeführt. Ferner werden beide Druckwerte einer Steuereinheit 15 zuge­ führt.

Der Druckregler 13 regelt bei geschlossenem Sperrventil 3 den Pumpendruck so, daß dieser gleich dem Lastdruck ist. Wenn beide Drücke gleich sind, wird der Schalter S vom Druckregler 13 auf den Geschwindigkeitsregler 14 umgeschal­ tet und gleichzeitig wird das Sperrventil 3 geöffnet.

Anstelle des Schalters S kann die Umschaltung von dem Druck- auf den Geschwindigkeitsregler auch durch einen bekannten Minimalwert-Begrenzer erfolgen.

Die Betätigung des Sperrventils 3, das Ein- und Ausschalten des Antriebsmotors 1 sowie die Betätigung des Schalters S und die Aktivierung des Druckreglers erfolgen durch die Steuereinheit 15. Diese Steuereinheit erhält ferner Informa­ tionen bezüglich der Position des Fahrkorbes 6 von Nähe­ rungsschaltern 16, 17, 18 bzw. 19, 20, 21. Dabei sprechen die Näherungsschalter 16 bzw. 19 an, wenn die Fahrkorb die genaue Anhalteposition erreicht hat, während die anderen Nä­ herungsschalter, die in einem bestimmten Abstand von dem Nä­ herungsschalter 16 bzw. 19 angeordnet sind, Auslösesignale für die Verzögerung im Senkbetrieb liefern, wenn sich also der Fahrkorb von unten oder von oben her der Haltestation nähert. Schließlich wird der Steuereinheit 15 noch ein Soll­ wert x für die anzufahrende Station zugeführt.

Dem Geschwindigkeitsregler 14 ist ein Positionsregler vor­ geschaltet, der in der Steuereinheit 15 enthalten ist. Die­ ser Positionsregler ist somit dem Geschwindigkeitsregler 14 überlagert und erhält als Führungsgröße den Sollwert x für die Position des Aufzugs sowie den Istwert der Position von den Näherungsschaltern 16-21. Der Ausgang des Positionsreg­ lers wird an eine Vergleichsstufe 22 als Sollwert ausgege­ ben. Der die von dem Aufzug zu fahrende und von den Nähe­ rungsschaltern ausgelöste Beschleunigung, Geschwindigkeit und Verzögerung vorgibt. Die Fehlerabweichung der Ver­ gleichsstufe 22 aus diesem Sollwert und dem Istwert des Stellsystems entsprechend dem Signal des Wegsensors 9 wird dem Geschwindigkeitsregler 14 zugeführt, dessen Stellgröße auf das Proportionalventil 8 zur Ansteuerung des Stellsy­ stems 7 geführt wird, so daß die Pumpe die dem Geschwindig­ keits-Stellwert entsprechenden Fördermengen liefert.

Ferner ist an den Ausgang des Drucksensors 10 bzw. des Drucksensors 11 (letzteres in der Zeichnung dargestellt) eine Differenzierstufe 26 angeschlossen, in der der während der Geschwindigkeitsregelung herrschende Druck im Arbeitszy­ linder 5 des Aufzuges differenziert wird. Man erhält damit die zeitliche Änderung des Druckes, und dieses Signal wird als zusätzliches Signal in den Geschwindigkeitsregler 14 eingespeist.

Die in der Zeichnung dargestellte Steuerung arbeitet wie folgt:

Es ist angenommen, daß die Aufzugsanlage in Ruhestellung ist und sich der Fahrkorb in der durch den Näherungsschalter 16 vorgegebenen Position befindet.

In diesem Zustand ist das Sperrventil 3 in Sperrstellung und die Verstellpumpe 2 ist in der Stellung für maximale Förder­ menge, wie dies bei solchen Verstellpumpen bekannt ist, bei denen im Ruhezustand der Kolben im Stellsystem 7 durch eine Feder in die Stellung für maximale Fördermenge verschoben wird. Der Antriebsmotor 1 ist ausgeschaltet. In diesem Zu­ stand ist ferner die Druckleitung 23 zum Sperrventil 3 drucklos, während in der Leitung 24 stromab des Sperrventils 3 der Lastdruck im Arbeitszylinder 5 herrscht, der vom Lade­ zustand des Fahrkorbes 6 abhängig ist. Schließlich befindet sich der Schalter S in der Position 0; es ist also der Druckregler 13 mit dem Ventil 8 verbunden.

Zum Inbetriebsetzen wird nun durch Betätigung einer Taste oder eines Wahlschalters ein Sollwert x vorgegeben, der einer gewünschten anzufahrenden Position des Fahrkorbes 6 entspricht, beispielsweise der durch den Näherungsschalter 19 bestimmten Position. Dann laufen folgende Vorgänge ab: Die Steuereinheit 15 schaltet den Antriebsmotor 1 ein. Damit fördert die Verstellpumpe 2 mit maximaler Verdrängung und baut bei abgesperrtem Sperrventil 3 Druck in der Leitung 23 auf. Um das Anlaufen des Motors zu erleichtern, wird der Sollwert des Druckreglers von der Steuereinheit 15 auf einen niedrigen Wert eingestellt. Wenn der Motor angelaufen ist, regelt der Druckregler 13 den Druck in der Leitung 23 durch Verstellung des Schwenkwinkels der Verstellpumpe 2 derart, daß der Pumpendruck in der Leitung 23 gleich dem Lastdruck in der Leitung 24 ist. Mit zunehmender Erhöhung des Pumpen­ druckes schwenkt die Verstellpumpe zurück. Erreicht der Pum­ pendruck den Lastdruck, so ist der Schwenkwinkel soweit zu­ rückgenommen, daß nurmehr die Leckage der Verstellpumpe ge­ deckt wird. Die Steuereinheit 15 speichert diesen Schwenk­ winkel der Pumpe, der sich bei Druckgleichheit in den Lei­ tungen 23 und 24 unter Berücksichtigung der Leckage ein­ stellt und definiert diesen Schwenkwinkel als Winkel 0, ob­ wohl der eigentliche Schwenkwinkel gar nicht 0 ist. Damit wird erreicht, daß beim Anfahren des Aufzuges kein Durch­ sacken erfolgt, wenn nun bei Druckgleichheit die Steuerein­ heit 15 das Sperrventil 3 in die Offenstellung und ferner den Schalter S umschaltet, so daß der Druckregler 13 wir­ kungslos und der Geschwindigkeitsregler 14 wirksam geschal­ tet wird.

Dann liefert der in der Steuereinheit 15 enthaltene Positi­ onsregler einen Sollwert für die Fahrkorbgeschwindigkeit an die Vergleichsstufe 22. Der Geschwindigkeits-Sollwert wird so vorgegeben, daß ein stoßfreies Beschleunigen des Fahrkor­ bes 6 bis zur maximalen Geschwindigkeit gewährleistet ist. Nach der Beschleunigung fährt der Fahrkorb 6 mit konstanter Geschwindigkeit bis zum Näherungsschalter 21. Der Näherungs­ schalter 21 liefert ein entsprechendes Signal an die Steuer­ einheit 15, die an die Vergleichsstufe 22 einen Geschwindig­ keits-Sollwert liefert derart, daß ein stoßfreies Verzögern des Fahrkorbes erreicht wird. Dabei ist der Geschwindig­ keits-Sollwert in Abhängigkeit vom Lastdruck so angepaßt, daß am Ende der Verzögerungsstrecke genau die Position er­ reicht wird, die vom Näherungsschalter 19 vorgegeben ist. Mit dieser Steuerung ist es somit möglich, den Aufzug ohne Schleichfahrt zu betreiben und trotzdem ein genaues Einfah­ ren in die Station zu gewährleisten.

Während der Geschwindigkeitsregelung wird die zeitliche Än­ derung des Druckes, also das Signal der Druckdifferenzier­ stufe 26 als Führungsgröße in den Geschwindigkeitsregler 14 eingespeist. Dadurch wird die Geschwindigkeitsregelung bes­ ser gedämpft. Dies wirkt sich insbesondere beim Abbremsen aus. Ohne die verbesserten Dämpfungseigenschaften kann der Aufzug beim Abbremsen nur schwingend in die Endlage einfah­ ren. Diese Schwingungen werden unterdrückt, wenn zusätzlich in die Geschwindigkeitsregelung noch das Druckänderungssi­ gnal eingegeben wird.

Sobald der Näherungsschalter 19 anspricht, wird von der Steuereinheit 15 das Sperrventil 3 gesperrt und der Schalter S zurück auf den Druckregler 13 geschaltet. Nach einer vor­ wählbaren Zeit schaltet die Steuereinheit den Antriebsmotor 1 aus, worauf der Druck in der Leitung 23 abfällt und die Feder im Stellsystem 7 die Verstellpumpe wiederum zurück in die Position "maximale Förderung" stellt.

Die vorstehende Beschreibung geht davon aus, daß die Nähe­ rungsschalter 16, 17, 18; 19, 20, 21, wie sie für jede Station vorgesehen sind, eine schaltende Charakteristik aufweisen. In einer höherwertigen Ausbaustufe sollen erfindungsgemäß an den Haltepositionen 16; 19 Näherungsinitiatoren mit propor­ tionalem Signalverhalten eingesetzt werden. Solche Geräte können unterschiedliche Kennlinien aufweisen, nämlich ein von der Sollposition ausgehender linearer Spannungsanstieg mit einer bestimmten Steigung oder ein Spannungsverlauf mit zwei unterschiedlichen Steigungen. Solche Geräte sind be­ kannt.

Wenn z. B. durch Beladen des bestehenden Fahrkorbes in einer Station dieser infolge der Elastizität des Antriebes ab­ sinkt, so spricht der zugehörige Proportional-Näherungs­ initiator an und liefert bereits bei geringen Abweichungen von der Sollposition ein Signal, durch welches die Aufzugs­ anlage anläuft und den Fahrkorb im Schleichgang exakt in die Sollposition zurückbringt.

Durch den Einsatz der Proportional-Näherungsinitiatoren kann auch der Bremsvorgang beim Einlaufen in die Sollposition ge­ regelt erfolgen. Wird z. B. die dem Proportional-Näherungs­ initiator 19 zugeordnete Position von unten her angefahren, und erreicht der Fahrkorb mit voller Geschwindigkeit den Nä­ herungsschalter 21, so gibt dieser das Signal zum Abbremsen. Der Fahrkorb erreicht nun mit gesteuertem Geschwindigkeits­ verlauf den Meßbereich des Proportional-Näherungsinitiators 19 und wird von diesem positionsgeregelt in die exakte Soll­ position gebracht. Auf diese Weise wird mit Sicherheit jeg­ licher Abschaltstoß verhindert.

Claims (14)

1. Hydraulischer Aufzug mit einem Arbeitszylinder, dessen Stempel mit Druckmittel von einer hydraulischen Ver­ stellpumpe beaufschlagt wird, die von einem Elektromotor, insbesondere Asynchronmotor angetrieben ist, und deren Ver­ stelleinrichtung von einem elektrisch angesteuerten Ventil angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteue­ rung des Ventils (8) wahlweise ein Druckregler (13) oder ein Geschwindigkeitsregler (14) vorgesehen sind, wobei zum Inbe­ triebsetzen des Aufzugs der Druckregler (13) aktiviert wird, um durch Betätigung der Verstelleinrichtung (7) einen Pum­ pendruck stromauf eines zwischen Pumpe (2) und Arbeitszylin­ der (5) liegenden Sperrventil (3) aufzubauen, der gleich dem Lastdruck des Aufzugs stromab des Sperrventils ist, und wor­ auf nach Öffnen des Sperrventils (3) durch Betätigung der Verstelleinrichtung (7) das Fördervolumen der Verstellpumpe (2) auf einen einer Sollgeschwindigkeit des Aufzugs entspre­ chenden Wert eingestellt wird.

2. Hydraulischer Aufzug nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Umschaltung zwischen Druckregler (13) und Geschwindigkeitsregler (14) sowie zur Betätigung des Sperrventils (3) eine Steuereinheit (15) vorgesehen ist, der Signale für den Pumpendruck, den Lastdruck und Signale für die vom Aufzug anzufahrenden und angefahrenen Positionen zu­ geführt werden.

3. Hydraulischer Aufzug nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Druckgleichheit von Pumpendruck und Lastdruck der sich in diesem Zustand einstellende Schwenk­ winkel der hydraulischen Verstellpumpe mit dem Schwenkwinkel 0 definiert wird.

4. Hydraulischer Aufzug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal, das der zeit­ lichen Änderung des Pumpendrucks bzw. Lastdrucks entspricht, dem Geschwindigkeitsregler (14) als zusätzliche Führungs­ größe eingespeist wird.

5. Hydraulischer Aufzug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder anzufahrenden Posi­ tion des Aufzugs mehrere Näherungsschalter (16, 17, 18; 19, 20, 21) zugeordnet sind, deren Signale der Steuereinheit (15) zugeführt werden, und daß der Steuereinheit ein Soll­ wert (x) für eine anzufahrende Position zugeführt wird.

6. Hydraulischer Aufzug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß von der Steuereinheit (15) entsprechend den Ist- und Sollwerten der angefahrenen bzw. anzufahrenden Positionen des Aufzugs ein Positionsregler angesteuert wird, von dem abhängig von der Differenz zwischen dem vorgegebenen Sollwert (x) und den Istwert-Posi­ tionen des Aufzugs ein Sollwert für die Geschwindigkeit geliefert wird, der in einer Vergleichsstufe (22) mit dem Ist­ wert des Schwenkwinkels der Verstellpumpe (2) verglichen wird und die sich ergebende Regelabweichung dem Geschwindig­ keitsregler (14) zugeführt wird.

7. Hydraulischer Aufzug nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der vom Positionsregler in der Steuerein­ heit (15) ausgegebene Geschwindigkeits-Sollwert entspre­ chend der Beschleunigung, der maximalen Geschwindigkeit und der Verzögerung des Fahrkorbes (6) vorgegeben ist.

8. Hydraulischer Aufzug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverlauf für die Beschleunigung und Verzögerung des Fahrkorbes abhängig von der Last des Aufzuges, also lastdruckabhängig einstellbar ist.

9. Hydraulischer Aufzug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß von der Steuereinheit (15) das Ein- und Ausschalten des Antriebsmotors (1) für die Verstellpumpe (2), das Umschalten des Sperrventils (3), das Umschalten eines Schalters (S) für den Druckregler (13) bzw. den Geschwindigkeitsregler (14) vorgenommen wird.

10. Hydraulischer Aufzug nach einem-der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umschalten von Druck- auf Förderstrom-Regelung bzw. umgekehrt ein Minimalwertbe­ grenzer vorgesehen ist.

11. Hydraulischer Aufzug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverlauf für die Beschleunigung und Verzögerung des Fahrkorbes sowie für dessen Geschwindigkeit fahrtrichtungsabhängig ist.

12. Hydraulischer Aufzug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an den Haltepunkten des Aufzugs (Näherungsschalter 16, 19) Näherungsinitiatoren mit proportionalem Verhalten eingebaut sind.

13. Hydraulischer Aufzug nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Abweichung des Fahrkorbes von der Sollposition der entsprechende Proportional-Näherungsinitia­ tor ein Kommando zum Einschalten der Aufzugsanlage gibt und die Abweichung von der Sollposition aus geregelt wird.

14. Hydraulischer Aufzug nach Anspruch 12 oder 13, da­ durch gekennzeichnet, daß nach einer von einem Näherungs­ schalter (17, 18, 20, 21) eingeleiteten Verzögerung die Bremsfahrt geregelt durch Rückführung des Proportionalcosignals der Proportional-Näherungsinitiatoren (16, 19) er­ folgt.