DE19715224C2 - Hydroseilaufzug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydroseilaufzug nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Das Arbeitsprinzip bisher bekannter Hydroseilaufzüge mit Differentialzylindern ist derart, daß an der Zylinderkolbenstange die zu bewegende Last, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Gegengewichts, angekoppelt ist. Zum Bewegen der Last wird in einem Arbeitsraum des Differentialzylinders, der von dem oberen Ringzylinderraum gebildet wird, ein Arbeitsfluid unter Druck eingepreßt, um den Zylinderkolben nach unten und damit die Last nach oben zu befördern. Für eine entgegengesetzte Bewegung wird Arbeitsfluid aus dem Arbeitsraum abgezogen, die Bewegung erfolgt dabei allein durch das nach unten ziehende Gewicht der Last, beispielsweise eines rucksackgeführten Förderkorbes. Eine derartige Kon­ struktion zeigt aber eine Reihe von Nachteilen. Zum einen ist die für den Betrieb erforderliche Motorleistung sehr groß, da die durch den Arbeitsfluiddruck zu kom­ pensierende Last weitgehend der Gesamtlast, die zu bewegen ist, entspricht. Nachteilig ist ferner, daß mit einem Gegengewicht diese Last nur bedingt ausge­ glichen werden kann, da die Last selbst für die Abwärtsbewegung derselben ver­ antwortlich ist, da ein "aktiver" Bewegungsbetrieb, allein durch den Differentialzy­ linder gesteuert, für eine Abwärtsbewegung nicht möglich ist. Auch die erforderli­ che Fluidmenge, die für eine Bewegung des Kolbens zwischen den beiden End­ positionen erforderlich ist, ist sehr groß, was in einer entsprechend großdimen­ sionierten Auslegung der Anlage resultiert.

Aus DE 29 21 446 A1 ist ein Antrieb für einen Hydroseilaufzug bekannt, bei dem ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder zum Einsatz kommt. Als weiterer Stand der Technik sind DE 36 29 032 A1 sowie DE 27 35 310 und DE-Z.: Lift-Report, Heft 1, Jan. '96, S. 18-24 "Hydaulikaufzüge" zu nennen.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen Hydroseilaufzug anzuge­ ben, der insbesondere im Hinblick auf die zum Betrieb erforderliche Leistung ver­ bessert ist und einen sparsameren Betrieb ermöglicht.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Hydroseilaufzug der eingangs genann­ ten Art erfindungsgemäß vorsehen, daß jedem Arbeitsraum wenigstens ein den Fluidfluß regelndes Sperrorgan vorgeschaltet ist, wobei jeweils ein Sperrorgan als Lasthalteventil bzw. Senkbremsventil ausgebildet ist, dem jeweils ein separates Rückschlagventil zugeordnet ist, daß ein weiters Sperrorgan, insbesondere ein 2/2-Wege-Ventil vorgesehen ist, über welches in Abhängigkeit der Fluidförderung Arbeitsfluid in den Reservefluidbehälter führbar ist, und daß das Fördermittel des als 1 : 2-Aufzugs ausgeführten Hydroseilaufzugs einen frequenzgeregelten Elek­ tromotor umfaßt.

Bei dem erfindungsgemäßen Hydroseilaufzug kommt also ein Zylinder zum Ein­ satz, bei dem beide Arbeitsräume, nämlich der kolbenseitige Raum und der ring­ förmige Kolbenstangenraum mit Fluid beaufschlagt werden. Auf diese Weise ist es mit besonderem Vorteil möglich, in beiden Bewegungsrichtungen aktiv zu ar­ beiten, wobei abhängig von der geforderten Bewegung das Fluid entsprechend dem jeweiligen Arbeitsraum zugeführt beziehungsweise abgezogen wird. Infolge des Fluidkreislaufes ist damit ein wesentlich geringerer Leistungsbedarf für die jeweilige Bewegung gegeben. Ein weiterer beachtlicher Vorteil liegt darin, daß die Abwärtsbewegung der Last beim erfindungsgemäßen Aufzug ebenfalls aktiv er­ folgt, nämlich dadurch, daß in den unteren Kolbenarbeitsraum Fluid eingepreßt wird. Bedingt hierdurch ist es vorteilhaft möglich, auch das Gegengewicht ent­ sprechend exakter auszulegen, da dieses in diesem Fall die gesamte Last aus­ gleichen kann, was ebenfalls für eine beachtliche Reduzierung der erforderlichen Leistung von Vorteil ist.

Der Fluidkreislauf ist ein teilgeschlossener Kreislauf, in den ein Reservefluidbehäl­ ter integriert ist. Diese vorteilhafte Ausbildung ermöglicht es, das Arbeitsfluid zwi­ schen den beiden Arbeitsräumen lediglich umzufördern und die jeweilige erforder­ liche Differenzmenge, die beim Umfördern entweder zugeführt wird, oder aber abgeführt werden muß, in einen Reservefluidbehälter zu führen, was vorteilhaft dazu führt, daß nur eine geringe Differenzölmenge im entsprechend klein zu di­ mensionierenden Reservefluidbehälter vorhanden sein muß, denn diese beträgt maximal die sich aus den unterschiedlichen Arbeitsraumvolumina ergebende Dif­ ferenz.

Um für einen effizienten Betrieb Sorge tragen zu können, sieht die Erfindung vor, daß jedem Arbeitsraum wenigstens ein den Fluidfluß regelndes Sperrorgan vor­ geschaltet ist, wobei jeweils ein Sperrorgan als Lasthalteventil beziehungsweise Senkbremsventil ausgebildet ist, dem jeweils ein separates Rückschlagventil zu­ geordnet ist. Dabei kann zumindest ein Sperrorgan, gegebenenfalls ein Lasthalte­ ventil beziehungsweise Senkbremsventil in einer die beiden Arbeitsräume verbin­ denden Flusidleitung angeordnet sein. Ferner ist ein weiteres Sperrorgan, insbe­ sondere ein 2/2-Wege-Ventil vorgesehen, über welches in Abhängigkeit der Fluidförderung Arbeitsfluid in den Reservefluidbehälter führbar ist. In der Fluidlei­ tung zwischen dem Fördermittel und dem Reservefluidbehälter selbst kann we­ nigstens ein Sperrorgan, insbesondere ein Rückschlagventil vorgesehen sein, um einen unbeabsichtigten Fluidfluß zu verhindern. Der Hydroseilaufzug selbst ist vorteilhaft ein 1 : 2-Aufzug, bei dem die Bewegungsstrecke des Zylinderkolbens der doppelten Wegstrecke der bewegten Last entspricht.

Da durch den teilgeschlossenen Fluidkreislauf vorteilhaft lediglich ein Umfördern des Arbeitsfluids erforderlich ist, sieht die Erfindung ferner vor, daß das Fördermit­ tel eine motorisch betriebene reversierbare Schraubenspindelpumpe ist. Der An­ trieb insbesondere dieser reversierbaren Schraubenspindelpumpe erfolgt zweck­ mäßigerweise mittels eines frequenzgeregelten Elektromotors, den das Fördermit­ tel erfindungsgemäß umfaßt. Die Verwendung eines frequenzgeregelten Antriebs besitzt gegenüber bekannten Hydroseilaufzügen mit konventioneller Steuerung den Vorteil, daß die im Stand der Technik erforderliche Bypass-Steuerung nicht mehr erforderlich ist, da in der Beschleunigungs- und Verzögerungsphase nicht mehr der überschüssige Volumenstrom gegen Systemdruck in den Fluidtank be­ fördert werden muß.

Um die Möglichkeit einer Eilgangschaltung zu realisieren, bei der in beiden Dreh­ richtungen der Schraubenspindelpumpe bei gleicher Drehzahl die Zylinderkolben­ geschwindigkeit die gleiche ist, ist in weiterer Erfindungsausgestaltung vorgese­ hen, daß der Differentialzylinder ein Übersetzungsverhältnis von 2 : 1 aufweist, da in diesem Fall die beim Umfördern des Arbeitsfluids fließenden Volumenströme in einem derartigen Verhältnis zueinander stehen, daß eine gleiche Kolbenge­ schwindigkeit sowohl bei Auf- als auch bei Abwärtsbewegung ermöglicht wird.

Wie bereits beschrieben, ist der Reservefluidbehälter beim erfindungsgemäßen Hydroseilaufzug wesentlich kleiner dimensionierbar bedingt durch die geringere Fluidmenge, die er aufzunehmen hat. In diesem Zusammenhang sieht eine im Hinblick auf eine Optimierung der Größe des Gesamtsystems gewählte Erfin­ dungsalternative vor, daß die Größe des Reservefluidbehälters in Abhängigkeit des maximalen Differenzvolumens der beiden Arbeitsräume gewählt ist. Da der Reservefluidbehälter im Vergleich zum bekannten Stand der Technik entspre­ chend klein dimensionierbar ist, kann er außerhalb des Schachtes, in dem der Hydroseilaufzug angeordnet ist, vorgesehen sein, beispielsweise in einem ent­ sprechenden Schaltraum oder Steuerschrank. Selbstverständlich besteht parallel die Möglichkeit, den Fluidbehälter auch innerhalb des Schachtes anzuordnen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im nachfolgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeich­ nungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Hydroseilaufzugs, und

Fig. 2 eine prinzipielle Schaltskizze des Fluidkreislaufs des erfindungsge­ mäßen Hydroseilaufzugs.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Hydroseilaufzug umfassend einen Differen­ tialzylinder 1, an dessen Kolbenstange 2 ein Gegengewicht 3 gekoppelt ist. Dem Gegengewicht 3 ist eine erste Umlenkrolle 4 zugeordnet, um welche ein Seil 5, das endseitig an einer Befestigungsstelle 6 hängt, geführt ist und zu einer zweiten Umlenkrolle 7 läuft. Das Seil 5 ist am anderen Ende an einer Befestigungsstelle 8 am Rahmen 9 einer nur teilweise gezeigten Kabine befestigt. Diese gezeigte 1 : 2- Anlage ermöglicht einen Betrieb derart, daß bei einer Bewegung der Kolbenstan­ ge 2 des Differentialzylinders 1 um eine Strecke x der Rahmen 9 und damit die Kabine, also die Last, um eine Strecke 2x bewegt wird. Der Diffentialzylinder 1 weist zwei Arbeitsräume auf, wie sich anhand von Fig. 2 ergibt. An jedem Arbeits­ raum ist ein Fluidein- beziehungsweise -auslaß 10, 11 vorgesehen, an den jeweils eine Zuleitung 12, 13 angeschossen ist. Die Leitungen 12, 13 stehen mit einem Steuerblock 14 in Verbindung, dessen "Innenleben" bezüglich Fig. 2 näher erläu­ tert wird. Wie Fig. 1 ferner zeigt, ist in den Fluidkreislauf ferner ein Fördermittel 15 mit einer reversierbaren Schraubenspindelpumpe 16 integriert, die über einen fre­ quenzgeregelten Elektromotor 17 angetrieben wird. Die Regelung des Motors er­ folgt über eine Frequenzregelung 18, der die Aufzugssteuerung 19 nachgeschaltet ist. Der Fluidkreislauf zeigt ferner einen Reservefluidbehälter 20, der ebenfalls über entsprechende Leitungen 21, 22 mit dem Steuerblock 14 in Verbindung steht. Zum Bewegen der Last wird nun, abhängig von der Bewegungsrichtung, Fluid innerhalb des Fluidkreislaufs umgefördert. Soll beispielsweise die Last an­ gehoben werden, das heißt, die Kolbenstange 2 muß nach unten gefahren wer­ den, so wird Arbeitsfluid in den oberen Arbeitsraum über den Zulauf 10 eingeför­ dert, während gleichzeitig aus dem unteren Arbeitsraum entsprechend Arbeitsfluid abgezogen wird. Da aus dem unteren Arbeitsraum mehr Fluid abläuft, als oben zuzuführen ist, bedingt durch die unterschiedlich großen Differenzvolumina, wird das überschüssige Arbeitsfluid dem Reservebehälter 20 zugeführt. Im umgekehr­ ten Fall wird dem unteren Arbeitsraum das Arbeitsfluid zugeführt, um den Kolben nach oben zu bewegen, wobei zu aus dem oberen Arbeitsraum abfließende Fluid und zusätzlich die Differenzmenge aus dem Reservefluidbehälter 20 eingepreßt wird.

Die genaue Arbeitsweise ergibt sich aus Fig. 2. Gezeigt ist links der Differentialzy­ linder 1 mit seiner Kolbenstange 2. Zu entnehmen sind ferner die beiden Arbeits­ räume 23 (oberer, ringförmiger Arbeitsraum) und 24 (unterer Arbeitsraum). Die dicke strichpunktierte Linie A gibt dabei die Trennung zwischen dem den Hydrosei­ laufzug beinhaltenden Schacht und dem Schaltschrank aus Fig. 1 wieder. Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, ist in die Zuleitung 13 zum unteren Arbeitsraum 24 ein erstes Lasthalteventil 25 und ein diesem zugeordnetes Rückschlagventil 26 geschaltet. Der Zuleitung 12 zum oberen Arbeitsraum 23 ist in eine Verbindungsleitung 27 zwischen den beiden Fluidleitungen 12, 13 ein zweites Lasthalteventil 28 und, in Verlängerung der Zuleitung 12, ein diesem zugeordnetes Rückschlagventil 29 vorgeschaltet. Gezeigt ist ferner der Reservefluidbehälter 20, dem zwei Rück­ schlagventile 30, 31 zugeordnet sind. Ferner ist die reversierbare Schraubenspin­ delpumpe 16 und ihr frequenzgeregelter Elektromotor 17 zu entnehmen.

Durch die Rückschlagventile 26, 29 und das Lasthalteventil 28 wird der Aufzug lecagefrei im abgeschalteten Zustand gehalten. Die Lasthalteventile 25 und 28 dienen dazu, den Differentialzylinder sanft und ohne Druckspitzen beziehungs­ weise Druckschwankungen zu beschleunigen oder zu verzögern. Diese Lasthalte­ ventile 25, 28 werden durch den Rücklaufdruck, den Vorlaufdruck und entspre­ chend dem Ansteuerverhältnis geregelt. Sie selbst haben keinen Einfluß auf die Zylindergeschwindigkeit. Soll nun beispielsweise die Kolbenstange 2 abgesenkt werden, wird vom Arbeitsraum 24 das Arbeitsfluid über das Lasthalteventil 25 mittels der Schraubenspindelpumpe 16 abgesaugt und über das Rückschlagventil 29 dem oberen Arbeitsraum 23 zugeführt. Das Lasthalteventil 28 ist in diesem Fall gesperrt. Da bei einer 2 : 1-Auslegung des Differentialzylinders 1 dem oberen Ar­ beitsraum 23 nur die Hälfte an Arbeitsfluid zuzuführen ist, fließt die andere Hälfte des von der Schraubenspindelpumpe 16 angesaugten Volumens über ein 2/2- Wege-Ventil 32 in den Reservefluidbehälter 20. Das Ventil 32 kann elektrisch oder über eine gestrichelt dargestellte Steuerleitung 33 hydraulisch angesteuert wer­ den. Der Vorlaufvolumenstrom zum Arbeitsraum 23 wird durch die Frequenzrege­ lung des Elektromotors 17 bestimmt, da entsprechend der Frequenz am Motor 17 eine Drehzahl eingestellt wird, aus der sich der jeweilige von der Pumpe 16 geför­ derte Volumenstrom ergibt.

Im umgekehrten Betrieb, wenn also die Kolbenstange angehoben werden soll, wird wiederum über die reversierbare Schraubenspindelpumpe 16 das Arbeitsfluid umgefördert, wobei in diesem Fall vom Arbeitsraum 23 austretendes Fluid über das Lasthalteventil 28 und das Rückschlagventil 26 direkt in den Arbeitsraum 24 gefördert wird. Die erforderliche Differenzmenge wird in diesem Fall über das Rückschlagventil 31 von der Pumpe 16 aus dem Reservefluidbehälter 20 ange­ saugt. Das Rückschlagventil 31 dient hier als Nachsaugventil.

Aus Fig. 2 ergibt sich auch, daß bei einem Übersetzungsverhältnis von 2 : 1 des Differentialzylinders eine Eilgangschaltung möglich ist. Diese wird durch das Lasthalteventil 28 in der Verbindungsleitung 27 zwischen den beiden Arbeitsräu­ men 23 und 24 ermöglicht. Wird Arbeitsfluid vom Arbeitsraum 23 in den Vorlauf des Arbeitsraums 24 gefördert, ist in diesem Fall bei einem Übersetzungsverhält­ nis von 2 : 1 der ablaufende Volumenstrom des Arbeitsraums 23 gleich dem Pum­ penförderstrom, da der Ablaufstrom genau der Hälfte des zuzuführenden Fluidvolumens entspricht, folglich also die andere Hälfte von der Pumpe 16 gelie­ fert werden muß. Der Zylinder wird mit dem erforderlichen doppelten Volumen­ strom an der Zylinderkolbenseite versorgt und ermöglicht so die gleiche Kolben­ geschwindigkeit bei gleichem Pumpenförderstrom, wie bei umgekehrter Fluidför­ derrichtung, also bei umgekehrter Zylinderbewegungsrichtung. Fig. 2 zeigt schließlich noch zwei weitere Ventile 34, 35, die beide als Sicherungsventile die­ nen.

Die sich aus dem erfindungsgemäßen Aufbau ergebenden Vorteile sowohl im Hinblick auf die Leistung als auch die erforderliche Fluidmenge ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle. Gegenübergestellt ist einmal ein gewöhnlicher Hy­ draulikaufzug in 1 : 2-Auslegung und zwei erfindungsgemäße "Energiesparaufzüge" mit unterschiedlichen Förderhöhen und damit verschiedenen Differentialzylindern. Wie aus der Tabelle ersichtlich, beträgt die Motorleistung beim bekannten Aufzug 28 Kilowatt, wohingegen die erforderliche Leistung bei den erfindungsgemäßen Hydraulikaufzügen auf 5,5 Kilowatt sinkt. Dies allein bedingt durch die beidseitige Druckbeaufschlagung der Arbeitsräume. Auch die Verlustleistung ist beachtlich niedriger als bei bisher bekannten Aufzügen. Wie der Tabelle ferner zu entneh­ men ist, beträgt auch die erforderliche Ölmenge verglichen mit dem bisher be­ kannten Aufzug nur einen Bruchteil, wofür hier jeweils die vom Reservefluidbehäl­ ter aufzunehmende Maximalmenge angegeben ist. Auch die Volumenströme bei den erfindungsgemäßen Hydraulikaufzügen sind beachtlich geringer. Angegeben sind ferner die jeweils wirkenden Zylinderdrucke, wobei für die erfindungsgemä­ ßen Differentialzylinder die jeweiligen Arbeitsraumdrucke (1. Wert für den kolben­ seitigen Arbeitsraum, 2. Wert für den ringflächenseitigen Arbeitsraum) exempla­ risch aufgeführt sind.

Claims (7)

1. Hydroseilaufzug, umfassend eine Antriebsvorrichtung mit einem mit einem Arbeitsfluid beaufschlagbaren Differentialzylinder zum Bewegen einer Last, insbesondere einer eine Zuladung aufnehmenden Kabine, wobei der Diffe­ rentialzylinder in einen ein Fördermittel für das Arbeitsfluid aufweisenden Fluidkreislauf eingebunden ist und zwei Arbeitsräume aufweist, die beide in Abhängigkeit der geforderten Bewegung mit Arbeitsfluid beaufschlagbar sind, wobei der Fluidkreislauf ein teilgeschlossener Kreislauf ist, in den ein Reservefluidbehälter integriert ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Ar­ beitsraum (23, 24) wenigstens ein den Fluidfluß regelndes Sperrorgan vor­ geschaltet ist, wobei jeweils ein Sperrorgan als Lasthalteventil (25, 28) bzw. Senkbremsventil ausgebildet ist, dem jeweils ein separates Rückschlag­ ventil (26, 29) zugeordnet ist, daß ein weiters Sperrorgan, insbesondere ein 2/2-Wege-Ventil (32) vorgesehen ist, über welches in Abhängigkeit der Fluidförderung Arbeitsfluid in den Reservefluidbehälter (20) führbar ist, und daß das Fördermittel (15) des als 1 : 2-Aufzugs ausgeführten Hydroseilauf­ zugs einen frequenzgeregelten Elektromotor (17) umfaßt.

2. Hydroseilaufzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sper­ rorgan, gegebenenfalls ein Lasthalteventil (28) bzw. Senkbremsventil in ei­ ner die beiden Arbeitsräume (23, 24) verbindenden Fluidleitung (27) ange­ ordnet ist.

3. Hydroseilaufzug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fluidleitung zwischen dem Fördermittel und dem Reservefluidbehälter wenigstens ein Sperrorgan, insbesondere ein Rückschlagventil (31) vorge­ sehen ist.

4. Hydroseilaufzug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Fördermittel (15) eine motorisch betrieben rever­ sierbare Schraubenspindelpumpe (16) ist.

5. Hydroseilaufzug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Differentialzylinder (1) ein Übersetzungsverhältnis von 2 : 1 aufweist.

6. Hydroseilaufzug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Größe des Reservefluidbehälter (20) in Abhängigkeit des maximalen Differenzvolumens der beiden Arbeitsräume (23, 24) ge­ wählt ist.

7. Hydroseilaufzug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Reservefluidbehälter außerhalb des Schachtes, in dem der Hydroseilaufzug angeordnet ist, vorgesehen ist.