DE19742499A1 - Antrieb für eine Aufzugskabine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine an wenigstens einem Tragseil hängende Aufzugskabine mit einem Elektromo­ tor, einem Drehzahl-Untersetzungsgetriebe und einer Treib­ scheibe.

Der aktuelle Stand der Technik bei Aufzugsantrieben ist in der Zeitschrift "LIFT-REPORT" 1997, S. 32-39 im Überblick dargestellt. Danach ist ein erstes Kriterium für die Wahl des Antriebs die maximale Fahrgeschwindigkeit. Für Aufzüge mit Fahrgeschwindigkeiten über 2,5 m/Sek., wie sie insbe­ sondere in Hochhäusern zum Einsatz kommen, werden getriebe­ lose und daher entsprechend große, sehr teure Antriebsein­ heiten verwendet. Elektrische Antriebe von Aufzügen mit ei­ ner Kabinengeschwindigkeit bis 2,5 m/Sek. werden dagegen, sofern nicht hydraulische Antriebssysteme eingesetzt wer­ den, in der Regel mit einem Getriebe ausgerüstet. Je nach Priorität der gestellten Anforderungen, insbesondere an den Wirkungsgrad und Bauraum, das Geräusch- und Schwingungsver­ halten sowie die Investitions- und Wartungskosten, kommen Schneckengetriebe oder mehrstufige Stirnradgetriebe, Plane­ tengetriebe oder Schnecken-Stirnradgetriebe zur Anwendung. Die Drehmoment-Übersetzungen der Getriebe liegen in dem Re­ reich von 10 bis 70, wobei der Rereich von 15 bis 35 beson­ ders häufig vorkommt.

Das einstufige Schneckengetriebe ist das klassische Auf­ zugsgetriebe. Es hat allerdings den Nachteil eines ungün­ stigen Wirkungsgrads. Außerdem braucht ein Schneckenge­ triebe wegen der niedrigen Festigkeitswerte des üblicher­ weise aus Bronze bestehenden Schneckenrads einen größeren Bauraum als ein mehrstufiges Stirnradgetriebe und unter­ liegt schnellerem Verschleiß.

Um Übersetzungen in dem genannten Bereich zu realisieren, benötigt man bei Stirnradgetrieben zwei oder drei Getriebe­ stufen, da Übersetzungen von mehr als etwa 5 bis 6 in einer Stufe unwirtschaftlich sind. Bei Planetengetrieben erreicht man in einer Stufe Übersetzungen von 5 bis 9, so daß in der Regel zwei Stufen gebraucht werden. Trotz der verhältnis­ mäßig großen Zahl der Getriebeteile wird bisher für die am häufigsten vorkommenden Anwendungen bis 2,5 m/Sek. Kabinen­ geschwindigkeit die Kombination eines kleinen Motors mit einem mehrstufigen Stirnrad- oder Planetengetriebe neben der Ausführung mit Schneckengetriebe als einzig sinnvolle Lösung angesehen. Das liegt an den durch die Polzahl be­ stimmten verhältnismäßig hohen Nenndrehzahlen - normaler­ weise 1500 oder 3000 U/min - der Motoren und den nicht zu unterschreitenden Mindestdurchmessern der Treibscheiben. Für Fahrgeschwindigkeiten bis 2,5 m/Sek. ergeben sich aus diesen Parametern notwendigerweise Drehzahluntersetzungen in dem genannten Bereich von meistens 15 bis 35. Im gleichen Verhältnis findet im Getriebe eine Drehmomentvervielfachung statt, die es erlaubt, einen kleinen Motor einzusetzen, dessen Drehmoment entsprechend stark übersetzt wird. Die bisher praktizierten Motor-Getriebe-Kombinationen erschei­ nen deshalb als zugleich notwendig und vorteilhaft. Ein Übergang zu getriebelosen Antriebseinheiten, wie bei schnellen Aufzügen für Hochhäuser, verbietet sich aus Ko­ stengründen, denn solche Antriebe wären mindestens doppelt so teuer wie die üblichen Antriebe mit Getriebe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufzugsan­ trieb der eingangs genannten Art zu schaffen, der bessere Eigenschaften als die bekannten Motor-Getriebe-Einheiten bei vergleichbaren oder sogar niedrigeren Kosten bietet.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Getriebe ein Stirnrad-, Kegelrad- oder Planetenge­ triebe mit einer einzigen Getriebestufe und der Elektromo­ tor ein frequenz- oder spannungsgeregelter Drehstrom-Asyn­ chronmotor ist, der bei höchster Fahrgeschwindigkeit der Aufzugskabine mit einer Drehzahl betreibbar ist, die we­ sentlich kleiner als seine Höchstdrehzahl ist.

Der erfindungsgemäße Vorschlag löst sich von dem bisherigen Denkschema, daß bei Verwendung eines Getriebes dessen Dreh­ zahluntersetzungsverhältnis aus der Nenndrehzahl des Mo­ tors, dem Treibscheibendurchmesser und der maximalen Kabi­ nengeschwindigkeit zu berechnen ist. Auch wenn es auf den ersten Blick unverständlich und unvorteilhaft erscheint, für die höchste Fahrgeschwindigkeit des Aufzugs nicht die Nenndrehzahl und höchste Leistung des Motors auszunutzen, sondern nur einen Bruchteil davon, ist diese Lösung überra­ schenderweise den bekannten Motor-Getriebe-Einheiten über­ legen.

Ein erster Vorteil besteht darin, daß die Antriebsgeräusche und Schwingungen verringert werden können, weil der Motor und das Eingangsrad des Getriebes bei maximaler Fahrge­ schwindigkeit wesentlich langsamer laufen. Dazu trägt wei­ terhin bei, daß nur eine einzige Zahnradgetriebestufe in Eingriff ist. Dies hat außerdem die vorteilhafte Folge, daß das Getriebe einen Wirkungsgrad von 99% erreichen kann. Darüber hinaus beansprucht das vorgeschlagene einstufige Getriebe nur wenig Raum und auch nur einen kleinen Ölraum. Herstellkosten und Wartungsaufwand sind wesentlich geringer als bei den bekannten Antrieben.

Die Auslegung des Motors nicht nach dem Drehmoment, das sich aus einer Drehzahlberechnung unter Berücksichtigung der Nenndrehzahl des Motors, des Treibscheibendurchmessers und der zur Erreichung der Fahrgeschwindigkeit notwendigen Drehzahluntersetzung ergibt, sondern das unmittelbar aus dem an der Treibscheibe auftretenden Lastmoment und der Drehmomentvervielfachung des einstufigen Zahnradgetriebes gewonnen wird, bedingt zwar einen größeren und teureren Mo­ tor als in der bekannten Kombination mit einem mehrstufigen Getriebe mit vielfach stärkerer Drehmoment-Übersetzung. Die Verteuerung ist jedoch, anders als der große Kostenunter­ schied zur getriebelosen Antriebseinheit vermuten läßt, in­ folge der beibehaltenen einen Getriebestufe und der Tatsa­ che, daß geregelte Drehstrom-Asynchronmotoren auch bei niedriger Drehzahl mit demselben Drehmoment betrieben wer­ den können wie bei ihrer Höchstdrehzahl, so gering, daß sie durch die Einsparungen beim Getriebe kompensiert wird.

Ein weiterer Vorteil des neuen Antriebs ist die einfache Anpassung an unterschiedliche Fahrgeschwindigkeiten. Da zur Erzielung wirtschaftlicher Losgrößen Getriebe mit derselben Übersetzung für Aufzüge mit unterschiedlichen Kabinenge­ schwindigkeiten eingesetzt werden, mußte bisher bei Ge­ schwindigkeiten, die größer sein sollten als die sich aus der Nenndrehzahl des Motors, der Getriebeübersetzung und einem anzustrebenden kleinen Durchmesser der Treibscheibe ergebende Geschwindigkeit, ein Ausgleich durch Verwendung einer größeren Treibscheibe erfolgen, womit der Nachteil höherer Momente bei stoßartiger Seilbelastung verbunden ist. Bei dem erfindungsgemäßen Antrieb braucht bei gleichem Getriebe und kleinstmöglicher Treibscheibe lediglich die Betriebsdrehzahl des Motors entsprechend der jeweils ge­ wünschten maximalen Fahrgeschwindigkeit eingestellt zu wer­ den.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Gesamtansicht eines Aufzugs mit einer daneben noch einmal vergrößert dargestellten erfindungsge­ mäßen Antriebseinheit;

Fig. 2 einen axialen Längsschnitt durch die Antriebseinheit nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein insgesamt mit 10 bezeichneter Aufzug dar­ gestellt, bei dem in herkömmlicher Weise eine Kabine 12 und ein Gegengewicht 14 an senkrechten Schienen 16 bzw. 18 ge­ führt sind. Die Kabine 12 und das Gegengewicht 14 sind durch parallel geführte Tragseile 20 miteinander verbunden, die oben über eine Treibscheibe 22 laufen. An einem fest mit der Treibscheibe 22 verbundenen Flanschrand 24 greift eine handbelüftete Bremse 26 an. Der Antrieb der Treib­ scheibe 22 in beiden Drehrichtungen erfolgt durch eine Mo­ tor-Getriebe-Einheit 28, bestehend aus einem elektrischen Motor 30, einem undrehbar auf der Motorwelle sitzenden Rit­ zel 32 und einem undrehbar auf der Welle 34 der Treib­ scheibe 22 sitzenden Stirnrad 36. Die beiden Zahnräder ha­ ben vorzugsweise eine Schrägverzahnung, so daß mindestens zwei Zähne in Eingriff sind. Zum Ausgleich von Axialkräften können gegenläufig schrägverzahnte Zahnradpaare eingesetzt werden.

Der Motor 30 ist ein durch einen Frequenzumrichter mit Ro­ torfluß-Vektor- Regelung derart geregelter Drehstrom-Asyn­ chronmotor, daß sein Drehmoment über den gesamten Drehzahl­ bereich bis zur Höchstdrehzahl konstant ist. Es versteht sich, daß auch andere Arten der Regelung des Motors, z. B. eine Spannungsregelung, möglich sind. Es ist lediglich da­ rauf zu achten, daß der Motor 30 in dem Drehzahlbereich, in dem er betrieben wird, mit einem hohen Wirkungsgrad arbei­ tet und ein ausreichendes Drehmoment entwickelt.

Das aus dem Ritzel 32 und dem Stirnrad 36 bestehende einstufige Getriebe sollte eine möglichst große Überdeckung haben. Wenn das Ritzel 17 Zähne und das Stirnrad 103 Zähne aufweist - die Primzahl ist wegen der Verteilung der Zahn­ belastung günstig - ergibt sich eine Drehmomentübersetzung von etwa 6. Daraus folgt, daß im Vergleich zu Antrieben mit herkömmlichen mehrstufigen Stirnradgetrieben mit entspre­ chend stärkerer Übersetzung bei der dargestellten Antriebs­ einheit der Motor 30 ein entsprechend größeres Drehmoment erzeugen und mit einer entsprechend niedrigeren Drehzahl betrieben werden muß.

Fig. 2 veranschaulicht, wie klein bei der neuen Motor-Ge­ triebe-Einheit der Bauraum sein kann. Vorzugsweise wird da­ bei auch noch der innere Hohlraum der als Topfscheibe aus­ gebildeten Treibscheibe 22 zur einseitigen Lagerung des Stirnrads 36 bzw. der dieses tragenden Treibscheibenwelle 34 ausgenutzt. Das im übrigen flache Getriebegehäuse 38, welches auf Trägern 40 ruht, ragt mit der Lagerung 42 für die Welle 34 entsprechend tief in die Treibscheibe 22 hin­ ein. Wie gezeigt, genügt am Boden des Getriebegehäuses 38 ein kleiner Ölraum 44. Die Bremse 26 ist oben auf dem Ge­ triebegehäuse 38 befestigt oder könnte auf der B-Seite des Motors angebracht sein.

Bei Verwendung eines einstufigen Stirnradgetriebes sind die Treibscheibe 22 und der Motor 30 auf einander gegenüberlie­ genden Seiten des Getriebegehäuses 38, versetzt zueinander, angeordnet. Wenn statt des Stirnradgetriebes 34, 36 ein einstufiges Planetengetriebe zum Einsatz kommt, liegen die Motorwelle und die Treibscheibenwelle in Flucht. Noch eine weitere Alternative zur Anpassung an vorgegebene Einbauver­ hältnisse bietet die Verwendung eines einstufigen Kegelrad­ getriebes, vorzugsweise mit Hypoidverzahnung. In diesem Fall kreuzen sich die Motor- und die Treibscheibenwelle. Auch die Lagerung des dem Stirnrad 36 entsprechenden Kegel­ rads kann in den Hohlraum der Treibscheibe 22 hineingerückt sein.

Es versteht sich, daß die Herstellung der Stirnräder, Pla­ netenräder und Kegelräder nach denselben Grundsätzen erfol­ gen sollte, die bisher für die Fertigung der Getrieberäder für Aufzugsgetriebe gelten. Es versteht sich weiterhin, daß insbesondere bei Verwendung eines einstufigen Planetenge­ triebes ein größeres als das vorstehend nur beispielhaft genannte Übersetzungsverhältnis gewählt werden kann. Es sollte aber immer nur eine einzige Getriebestufe der ge­ nannten Getriebe zum Einsatz kommen, um ihre Vorteile ge­ genüber einem Schneckengetriebe auszunutzen. Die kleinere Übersetzung wird, wie oben dargelegt, durch die Auslegung und den Betrieb des Motors im Bereich weit unterhalb seiner Höchstdrehzahl ausgeglichen.

Claims (9)

1. Antrieb für eine an wenigstens einem Tragseil (20) hän­ gende Aufzugskabine (12) mit einem Elektromotor (30), einem Drehzahl-Untersetzungsgetriebe (32, 36) und einer Treibscheibe (22), dadurch gekennzeichnet, daß das Ge­ triebe (32, 36) ein Stirnrad-, Kegelrad- oder Planeten­ getriebe mit einer einzigen Getriebestufe und der Elek­ tromotor (30) ein frequenz- oder spannungsgeregelter Drehstrom-Asynchronmotor ist, der bei höchster Fahrge­ schwindigkeit der Aufzugskabine (12) mit einer Drehzahl betreibbar ist, die wesentlich kleiner als seine Höchstdrehzahl ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehzahl-Untersetzungsverhältnis des Stirnradge­ triebes (32, 36) bzw. des Kegelradgetriebes höchstens etwa 6 : 1 und das Untersetzungsverhältnis des Plane­ tengetriebes höchstens etwa 9 : 1 beträgt.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnräder (32, 36) des Stirnrad- bzw. Planeten­ getriebes schrägverzahnt und die Zahnräder des Kegel­ radgetriebes hypoidverzahnt sind.

4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei der maximalen Fahrgeschwindigkeit der Aufzugskabine (12) die Drehzahl des Motors (30) höchstens 2/3 seiner Höchstdrehzahl beträgt.

5. Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der maximalen Fahrgeschwindigkeit der Aufzugskabine (12) die Drehzahl des Motors (30) höchstens 1/2, vor­ zugsweise höchstens 1/4, seiner Höchstdrehzahl beträgt.

6. Antrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrom-Asynchronmotor durch einen Frequenz­ umrichter mit Rotorfluß-Vektor-Regelung derart geregelt ist, daß sein Drehmoment unabhängig von der Drehzahl konstant ist.

7. Antrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Drehstrom-Asynchronmotor (30) einen vollgeblechten, mit Kühlkanälen versehenen Stator ohne Gehäuse aufweist.

8. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Treibscheibe (22) im anlagebe­ dingten Rahmen im wesentlichen den kleinsten in Frage kommenden Durchmesser hat.

9. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lagerung (42) des abtriebseitigen Zahnrads (36) des Getriebes ganz oder teilweise in­ nerhalb der Treibscheibe angeordnet ist.