DE19728674A1 - Hydraulischer Aufzug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Aufzug mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen.

Aus DE 196 01 724 A1 ist ein hydraulischer Aufzug mit einem Arbeitszylin­ der bekannt, dessen Stempel mit Druckmittel von einer hydraulischen Verstell­ pumpe beaufschlagt wird. Mit Hilfe einer Steuerung läßt sich der Fahrkorb ruckfrei und stoßfrei anfahren und verzögern, um zielgenau in eine Station einzufahren. Hierzu wird das Verstellsystem der Verstellpumpe von einem Druckregler oder einem Geschwindigkeitsregler angesteuert. Der im Arbeitszylinder eingesteuerte hydraulische Druck ist bei solchen Aufzügen verhältnismäßig gering. Der Grund hierfür liegt darin, daß wegen der Kompressibilität des Druckmittels bei hohen Drücken und langen Hüben die Kabine bei Beladung um beträchtliche Wegstrecken durchsackt. Mit dem niedrigen hydraulischen Druck läßt sich zwar dieser Nachteil vermeiden, doch ist es andererseits nicht möglich, mit einem Gegengewicht An­ triebsenergie zu sparen, wie dies bei elektromechanischen Aufzügen der Fall ist. Da die bekannten hydraulischen Aufzüge über einen einseitig wirkenden Zylinder an­ gehoben werden und die Absenkbewegung durch das Eigengewicht erfolgt, kann nur ein sehr ein kleines Gegengewicht vorgesehen werden, wenn die Kabine ohne Zuladung abgesenkt werden soll. Deshalb wird auf ein Gegengewicht verzichtet, d. h. für die Hubbewegung ist die Antriebsleistung entsprechend dem gesamten an­ zuhebenden Gewicht aufzubringen. Damit ist die zu installierende Leistung spürbar höher im Vergleich zu elektromechanischen Aufzügen mit Gegengewicht.

Aus DE-OS 36 29 032 ist ein Aufzug mit einem Gegengewicht hydraulisch angetrieben. Hier läuft ein erstes Seilstück vom Gegengewicht über eine obere schachtfeste Umlenkrolle zur Oberseite der Kabine und ein zweites Seilstück vom unteren Ende des Gegengewichts über untere schachtfeste Umlenkrollen zum Boden der Kabine. Dieses Seilstück wird entweder über eine Hydromaschine in beiden Richtungen angetrieben oder von einem Gleichlaufzylinder. Die installierte Lei­ stung ist dadurch verringert, daß nur etwa die halbe Nutzlast angehoben werden muß. Andererseits gelten aber auch für diese Anordnungen die Beschränkungen hinsichtlich des Gegengewichts, wie oben erläutert.

Ferner ist aus DE 40 08 792 A1 ein hydraulischer Antrieb mit zwei verstellba­ ren Hydromaschinen für einen Differentialzylinder bekannt, wobei der kolbenseitige Zylinderraum des Differentialzylinders über eine erste verstellbare Hydromaschine mit einem Tank und über eine zweite verstellbare Hydromaschine mit dem kolben­ stangenseitigen Zylinderraum verbunden ist. Beide Hydromaschinen sind gemein­ sam von einem E-Motor angetrieben. Dabei wird über die verstellbaren Hydroma­ schinen in beiden Bewegungsrichtungen der Kolbenstange des Differentialzylinders der Druckmittelaustausch so vorgenommen, daß der Kolben hydraulisch einge­ spannt ist. Dieser bekannte Antrieb ist beispielsweise für eine Kunststoffmaschine vorgesehen, bei der die Extrudierschnecke gegen einen Staudruck angetrieben wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe liegt demgegenüber darin, den Energiebedarf am Antrieb eines hydraulischen Aufzugs zu verringern.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe mit den Merkmalen des Patent­ anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird in einer Merkmalskombination gesehen, die einerseits da­ durch bestimmt ist, daß der bekannte Antrieb eines Differentialzylinders über zwei verstellbare Hydromaschinen, also ein Differentialzylinder mit eingespanntem Kol­ ben sinnvoll für den hydraulischen Antrieb eines Aufzugs verwendet werden kann, und andererseits darin, daß nunmehr der hydraulische Aufzug mit einem Gegenge­ wicht versehen werden kann, dessen Größe so bemessen wird, daß die installierte Antriebsleistung reduziert werden kann. Es kann also stets ein Gegengewicht vorge­ sehen sein, das eine spürbare Leistungsverringerung des Antriebs zur Folge hat und außerdem läßt sich nun der hydraulische Druck im System erhöhen, da der Kolben des Differentialzylinders eingespannt fährt.

Die verstellbaren Hydromaschinen sind mit einer Druckregelung und einer Förderstromregelung versehen, d. h. das Schluck- bzw. Fördervolumen der Hydro­ maschinen, nämlich ihr Schwenkwinkel wird von einer an sich bekannten Stellein­ richtung eingestellt, die druck- bzw. förderstromabhängig angesteuert wird. Mit der Förderstromregelung läßt sich die Kabine mit Hilfe von durch Sollwerte vorgegebe­ nen Geschwindigkeiten verfahren, so daß eine allmähliche Beschleunigung als An­ fahrrampe und als Verzögerungsrampe einstellbar ist. Über die Druckregelung läßt sich der Systemdruck abhängig von der Nutzlast bzw. der Zuladung der Kabine einstellen.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. So läßt sich die Größe des Gegengewichts optimieren sowie auch die Seilführung und auch die Anbringung des Gegengewichts verändern, um entsprechende Über­ setzungsverhältnisse zwischen dem Hub des Differentialzylinders und dem Fahrweg der Kabine zu erreichen.

Die Begriffe hydraulischer Aufzug sowie Kabine und Seilstücke sind nicht einschränkend zu verstehen. So kann es sich um ein beliebiges Hebezeug mit einem Last-Fördermittel und flexiblen Tragmitteln handeln.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Aufzuges in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 1 mit einem an der Kolben­ stange des Differentialzylinders angeordneten Gegengewicht und

Fig. 3 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 1 mit einer geänderten Seil­ führung.

Fig. 4 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 1, ohne Seileinscherung.

In Fig. 1 hängt eine Kabine 1 zwischen einem oberen Seilstück 2 und einem unteren Seilstück 3. Abweichend von der Darstellung wird das obere Seilstück 2 meistens an der Oberseite der Kabine 1 und das Seilstück 3 am Boden der Kabine 1 befestigt.

Zum Antrieb des Aufzuges dient ein Differentialzylinder 4 mit einem kolben­ seitigen Zylinderraum 5 und einem kolbenstangenseitigen Zylinderraum 6. An der aus dem Zylinder 4 nach oben austretenden Kolbenstange 8 des Kolbens 9 sind zwei Umlenkrollen 10 und 12 gelagert.

Das obere Seilstück 2 läuft über eine schachtfeste Umlenkrolle 14, dann über die Umlenkrolle 12 an der Kolbenstange 8 und ist schachtseitig oberhalb der Kabine 1 bei 15 befestigt. Das untere Seilstück 3 läuft über untere Umlenkrollen 16 und dann aufwärts über die zweite Umlenkrolle 10 an der Kolbenstange 8 und ist unter­ halb der Kabine 1 bei 17 am Schachtboden befestigt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, führt die Kabine 1 eine Hubbewegung aus, wenn der Kolben 9 im Differentialzylinder 4 nach unten verschoben wird, also Druckmit­ tel in den kolbenstangenseitigen Zylinderraum 6 eingespeist wird und dabei Druckmittel aus dem kolbenseitigen Zylinderraum 5 ausgeschoben wird. Anderer­ seits führt die Kabine 1 eine Senkbewegung aus, wenn der Kolben 9 nach oben ver­ schoben wird, also Druckmittel in den kolbenseitigen Zylinderraum 5 eingespeist und aus dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum 6 herausgeschoben wird.

Die dargestellte Seileinscherung führt zu einer Übersetzung von 1 : 2, d. h. die von der Kabine 1 zurückgelegte Wegstrecke ist etwa doppelt so groß wie der Hub des Differentialzylinders. Ferner hängt die Kabine 1 über ein weiteres Seilstück 20 und Umlenkrollen 21 an einem Gegengewicht 22.

Der kolbenseitige Zylinderraum 5 oder Kolbenraum ist über eine Leitung 25 an eine erste verstellbare Hydromaschine 26 sowie an eine zweite verstellbare Hy­ dromaschine 28 angeschlossen. Beide Hydromaschinen 26 und 28 sind gekuppelt und gemeinsam von einem E-Motor 30 angetrieben. Mit einer nicht dargestellten Stelleinrichtung läßt sich jeweils der Schwenkwinkel jeder Hydromaschine 26, 28 verstellen und damit das Schluck- und Fördervolumen beider Maschinen einstellen. Ferner ist der Schwenkwinkel beider Hydromaschinen 26, 28 über Null hinaus in die Gegenrichtung verschwenkbar, so daß die Hydromaschine als Pumpe oder Mo­ tor arbeitet. Im Pumpenbetrieb fördert die Hydromaschine 26 aus einem Tank T Strömungsmittel in die Leitung 25, während sich im Motorbetrieb die Strömungs­ richtung umkehrt und die Hydromaschine 26 als Motor arbeitend Strömungsmittel in den Tank zurückführt. Die zweite Hydromaschine 28 fördert je nach Schwenk­ winkeleinstellung entweder Druckmittel aus der Leitung 25 in eine Leitung 27 und damit in den kolbenstangenseitigen Zylinderraum 6 bzw. Ringraum des Differen­ tialzylinders 4, oder aus dem Ringraum 6 zurück in den Kolbenraum 5. Die Leitung 27 ist über ein Druckbegrenzungsventil 31 abgesichert, das bei zu hohem Druck öffnet und damit Strömungsmittel in den Tank T abspritzt. In entsprechender Weise ist die Leitung 25 mit dem Druckbegrenzungsventil 33 abgesichert.

In den Leitungen 25 bzw. 27 sind noch je ein Sperrventil 34 und nahe am Dif­ ferentialzylinder 4 ein Ventil 35 zur Rohrbruchsicherung vorgesehen, wie dies be­ kannt ist. Das Sperrventil 34 kann nur geöffnet werden, wenn die stromauf und stromab gemessenen Drücke der Drucksensoren 36 bzw. 37 gleich sind, um ein Durchsacken der Kabine 1 zu vermeiden, wenn der von den Verstellmaschinen auf­ gebrachte hydraulische Druck beispielsweise geringer sein sollte als der von der Last herrührende hydraulische Druck im Kolbenraum oder Ringraum des Differen­ tialzylinders 4.

Die Betriebsweise ist wie folgt: Soll eine Hubbewegung ausgeführt werden, so fördert die Hydromaschine 28 als Pumpe arbeitend Druckmittel aus der Leitung 25 und damit aus dem Kolbenraum 5 in die Leitung 27 und so in den Ringraum 6 des Differentialzylinders 4. Die Hydromaschine 26 fördert dagegen als Pumpe arbeitend die Menge, die von der Hydromaschine 28 nicht benötigt wird, also die Differenz­ menge des Volumens zwischen Kolbenraum und Ringraum in den Tank T. Für die Senkbewegung fördert die Hydromaschine 26 Strömungsmittel aus dem Tank T in die Leitung 25 und in den Kolbenraum 5. Die Hydromaschine 28 fördert Strö­ mungsmittel aus dem Ringraum 6 in den Kolbenraum 5.

Die Hydromaschinen können - wie bereits erwähnt - in beiden Richtungen fördern, also vom Tank T in den Kolbenraum 5 sowie umgekehrt, bzw. aus dem Ringraum 6 in den Kolbenraum 5 und umgekehrt. Die Hydromaschinen sind druck­ geregelt, d. h. das Schluck- bzw. Fördervolumen wird über den Schwenkwinkel so eingestellt, daß ein bestimmter Druck im hydraulischen System hervorgerufen wird. In Fig. 1 erhält der nicht dargestellte Druckregler Drucksignale, die an den Druck­ sensoren 36, 37 gemessen werden. Ferner ist für die Hydromaschinen 26, 28 eine nicht dargestellte Förderstromregelung vorgesehen, mit der ein bestimmtes ge­ wünschtes Geschwindigkeitsprofil der Kabine 1 gefahren werden kann.

Der wesentliche Vorteil dieses Antriebs liegt vor allem darin, daß unabhängig von der Höhe des hydraulischen Drucks im System immer ein Gegengewicht 22 verwendet werden kann, so daß damit die aufzubringende Antriebsleistung und so die installierte Leistung der Hydromaschinen 26, 28 bzw. des Antriebsmotors 30 verringert werden kann. Wenn das Gegengewicht der Größe nach so gewählt wird, daß es in der Mitte zwischen minimaler und maximaler Last liegt, so ergibt sich die geringste notwendige Leistung. Dabei bestimmt sich das Gegengewicht bei einer Übersetzung von 1 : 1 (Kabinenwegstrecke = Kolbenhub) mit

Das bedeutet, daß bei minimaler Last, also geringster Zuladung oder Leerka­ bine für die Absenkbewegung Antriebsleistung zugeführt werden muß, während bei der Hubbewegung der Kabine gebremst werden muß. Beim Bremsen arbeiten die abbremsenden Hydromaschinen als Motoren und liefern einen übersynchronen An­ trieb für den E-Motor 30, der dann als Generator arbeitet und Energie ins Netz zu­ rückspeist.

Damit ergibt sich die Betriebsweise wie folgt:
Für die Hubbewegung:
Last < Gegengewicht - Bremsbetrieb E-Motor 30 arbeitet als Generator
Last < Gegengewicht - Antrieb E-Motor 30 arbeitet als Motor
Für die Senkbewegung:
Last < Gegengewicht - Antrieb E-Motor 30 arbeitet als Motor
Last < Gegengewicht - Bremsbetrieb E-Motor 30 arbeitet als Generator
Damit ist es möglich, den Energiebedarf des hydraulischen Aufzuges zu ver­ ringern und auf das niedrige Niveau eines elektromechanischen Aufzuges mit Ge­ gengewicht herunterzudrücken. Zusätzlich ergibt sich der Vorteil der Energierück­ speisung ohne zusätzlichen Aufwand im Abbremsbetrieb. Die Energierückspeisung gilt nicht nur für eine konstante Fahrtbewegung der Kabine, sondern auch kurzzeitig bei dynamischen Abbremsvorgängen.

Wie bereits erwähnt, ist der Kolben des Differentialzylinders hydraulisch ein­ gespannt. Die Druck- bzw. Positionsregelung und Geschwindigkeitsregelung des hydraulischen Aufzuges ist wie folgt vorgesehen:

Dabei ist die erste Hydromaschine 26 druckgeregelt und die zweite Hydroma­ schine 28 förderstromgeregelt, wenn die von der Kabine 1 und dem Gegengewicht 22 auf den Differentialzylinder 4 ausgeübte Kraft im Sinne einer Verkleinerung des Ringraums 6 wirkt. Dagegen ist die erste Hydromaschine 26 förderstromgeregelt und die zweite Hydromaschine 28 druckgeregelt, wenn die von der Kabine 1 und dem Gegengewicht 2 auf den Differentialzylinder ausgeübte Kraft im Sinne einer Verkleinerung des Kolbenraums 5 wirkt.

In Fig. 2 sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zur Vereinfachung sind die in Fig. 1 dargestellten Ventile 34, 35 weggelassen. Der Un­ terschied zu Fig. 1 besteht darin, daß bei der gleichen Seileinscherung das Gegen­ gewicht 42 unmittelbar mit der Kolbenstange 8 verbunden ist. Im Gegensatz zu Fig. 1, bei der das Gegengewicht 22 direkt über die Umlenkrollen 21 mit der Kabine 1 verbunden ist, verändert sich in Fig. 2 die Größe des Gegengewichts 42 im Ver­ hältnis zur Last.

In Fig. 3 ist die Seilführung so verändert, daß sich eine vierfache Übersetzung ergibt, d. h. die Wegstrecke der Kabine 1 ist viermal so groß wie der Hub des Diffe­ rentialzylinders 4. Hierzu ist das obere Seilstück 2 nach der Umlenkrolle 12 an der Kolbenstange 8 des Differentialzylinders 4 nochmals über eine weitere Umlenkrolle 44 und 45 geführt, während das Seilstück 3 über eine Seilvorspannungsrolle 46 über die Umlenkrolle 16 und die Umlenkrolle 10 an der Kolbenstange 8 zurück zu einer weiteren schachtfesten Umlenkrolle 48 und eine zweite Umlenkrolle 49 an der Kol­ benstange zum Befestigungspunkt 17 geführt wird. In Fig. 3 ist das Gegengewicht 22 wiederum direkt über das Seilstück 20 mit der Kabine 1 verbunden.

Fig. 4 zeigt eine stark vereinfachte Ausführungsform, bei der die Kabine 1 über das unmittelbar über die Umlenkrollen 21 laufende Seil 20 mit dem Gegenge­ wicht 22 verbunden ist. Die Aufhängung der Kabine erfolgt also ohne Seileinsche­ rung. Alle anderen Bestandteile der in Fig. 4 dargestellten Anlage sind bereits in der vorhergehenden Beschreibung erläutert worden.

Claims (10)

1. Hydraulischer Aufzug mit einer Kabine, einem Gegengewicht und einem Differentialzylinder, dessen Kolben hydraulisch eingespannt ist, wobei der kolben­ seitige Zylinderraum (Kolbenraum) des Differentialzylinders über eine erste ver­ stellbare Hydromaschine mit dem Tank und über eine zweite verstellbare Hydroma­ schine mit dem stangenseitigen Zylinderraum (Ringraum) des Differentialzylinders verbunden ist und beide Hydromaschinen mit einem E-Motor gekuppelt sind, da­ durch gekennzeichnet, daß die Größe des Gegengewichts (22, 42) so gewählt ist, daß bei leerer Kabine (1) für die Hubbewegung der E-Motor (30) abbremst und für die Senkbewegung die als Pumpen arbeitenden Hydromaschinen (26, 28) antreibt und bei beladener Kabine (1) für die Hubbewegung der E-Motor (30) die Pumpen an­ treibt und für die Senkbewegung abbremst.

2. Hydraulischer Aufzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer 1 : 1 Aufhängung des Gegengewichts (22) zur Kabine (1) das Gegengewicht (22) gleich
ist.

3. Hydraulischer Aufzug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hydromaschinen (26, 28) eine Förderstromregelung und eine Druckrege­ lung vorgesehen ist, wobei die erste Hydromaschine (26) druckgeregelt und die zweite Hydromaschine (28) förderstromgeregelt ist, wenn die von der Kabine (1) und dem Gegengewicht (22) auf den Differentialzylinder (4) ausgeübte Kraft im Sinne einer Verkleinerung des Ringraumes (6)

4. Hydraulischer Aufzug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zum Abbremsen der E-Motor übersynchron angetrieben wird und Energie in eine Energiequelle zurückspeist.

5. Hydraulischer Aufzug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kolbenstange (8) des Differentialzylinders (4) zwei Um­ lenkrollen (10, 12) aufweist, ein oberes schachtseitig befestigtes Seilstück (2) über die erste Umlenkrolle (12) zur Kabine (1) und ein schachtseitig befestigtes unteres Seilstück (3) über die zweite Umlenkrolle (10) zur Kabine (1) verläuft, wobei die Wegstrecke der Kabine doppelt so groß ist wie der Hub der Kolbenstange (8) des Differentialzylinders.

6. Hydraulischer Aufzug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Seilstück (2, 3) mehrfach um Umlenkrollen verläuft.

7. Hydraulischer Aufzug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gegengewicht mit einer über eine schachtseitig gelagerte Umlenkrolle (21) laufenden Seilstück (20) unmittelbar mit der Kabine (1) verbun­ den ist.

8. Hydraulischer Aufzug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gegengewicht (42) an der Kolbenstange (8) des Differen­ tialzylinders (4) befestigt ist.

9. Hydraulischer Aufzug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem Kolbenraum (5) und dem Ringraum (6) des Diffe­ rentialzylinders (4) und der zweiten Hydromaschine (28) jeweils ein Sperrventil (34) und ein Ventil (35) zur Rohrbruchsicherung vorgesehen ist.

10. Hydraulischer Aufzug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gegengewicht (22) mit einem über mindestens eine Schacht­ seite gelagerte Umlenkrolle (21) laufenden Seilstück (20) unmittelbar mit der Ka­ bine (1) verbunden ist und die Kolbenstange (8) des Differentialzylinders (4) mit dem Boden der Kabine (1) verbunden ist.