DE2245485B2 - Hydraulischer Aufzug - Google Patents

Description

Ein Gerät zur Dämpfung von Schwingungen hydraulischer Aufzüge ist kürzlich entwickelt worden. bei welchem ein Hydrospeicher über eine Öffnung an seinem Einlaßteil mit einer von der Haupt-Hochdruckleitung abgehenden Leitung verbunden ist. Die Funktion des Hydrospeichers im Leitungssystem ist derart, daß ein Teil des Fluidstromes absorbiert wird. sobald der Fluiddruck in der Hochdruckleitung ansteigt, wohingegen zusätzliches Druckmittel in die Hochdruckleitung eingeführt wird, um eine schnelle Änderung des Fluiddruckes in der Leitung auszulösen, wenn der Fluiddruck in dieser Hochdruckleitung abnimmt. Der Hydrospeicher wirkt demnach zum Glätten von Druckänderungen in der Hochdruckleitung und verhindert dadurch die Entstehung von unerwünschten Druckwellen, so daßdie Kabine weitgehend schwingungsfrei beschleunigt oder abgebremst werden kann. Die angestrebte Glätlung der Druckändcrungen kann jedoch nicht zuverlässig erhalten werden, wenn das Fluid zum und vom Hydrospeicher mit einer übermäßig hohen oder einer sehr geringen Fließgeschwindigkeit strömt. Wenn die Öffnung einen geringen Widerstand gegenüber der Fluidströmung hat. fließt das Fluid meistens augenblicklich zum und vom f lydrospeicher. wohingegen wenn der Widerstand sehr hoch ist. eine lange Zeit für die Fluidströmung zum und vom Speicher erforderlich wird. Ist in einem l-'xtrcmfall der Widerstand außerordentlich hoch oder sehr gering, dann kann die gewünschte Fluiddruck-•Ucuerung und eine Glättung nicht erreicht werden. Fs gibt demnach einen Optimalwert für den Strömungswiderstand der am Einlaßteil des Hydrospeichers angeordneten Öffnung.

Andererseits soll der Hydrospeicher vom Gesichtspunkt der Schwingungsdämpfung her eine größtmögliche fluidabsorbierende und -abgebende Kapazi tat aufweisen. Je größer jedoch die Kapazität ist. un so größer sind auch die auftretenden Abweichunger der Position der Kabine in Ruhelage, die von der rela tiven Größe der Kabinen-Belastung, d.h. der Anzah der Passagiere, bestimmt werden. Daher besteht ein« bestimmte Begrenzung der praktisch einsetzbarer Speicherkapazität.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine verbesserte Vor richtungzurwirksamen Dämpfung von Schwingunget zu schaffen, bei welcher die Strömungsdämpfung dei in und aus einen Hydrospeicher strömenden Fluide« in Abhängigkeit von der Kabinenbelastung auf einen jeweils optimalen Wert gehalten wird. Diese Aufgabt wird durch die im Hauptanspruch unter Schutz ge stellten Merkmale gelöst und dadurch eine automa tische Änderung des Strömungs- bzw. Drosselwider Standes in Abhängigkeit von der Kabinenbelastunc sichergestellt.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines ir der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel? ausführlich beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung eines hydraulischen Aufzuges.

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Änderunger der Schwingungsdämpfung relativ zum Strömungswiderstand einer in der Nähe des Hydrospeichereinlasses angeordneten Drossel.

Fig. 3 das hydraulische Schaltbild einer erfindungsgemäßen Aufzugs-Ausführung.

Fig. 4a und 4b graphische Darstellungen der Beschleunigung relativ zur Belastung der Kabine, wenr der Strömungswiderstand eines in der Nähe des Speichereinlasses gemäß Fig. 3 angeordneten Drosselventils auf einem konstanten Wert gehalten wird.

Fig. 5a und 5b ähnliche «.aphische Darstellungen wie in Fig. 4a und 4b gezeigt, bei denen jedoch dei Strömungswiderstand des Drosselventils auf unterschiedliche Werte geändert wird.

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des in Fig. 3 dargestellten Drosselventils.

Fig. 7 eine graphische Darstellung des Verhältnisse« zwischen der Drosselstelle des Drosselventils und dei Kabinenlast.

Die Zeitkonstante Ta eines Hydrospeicher-Syslcrm in einem hydraulischen Aufzug muß konstant gehalten werdeii. damit es die gleiche, kontinuierliche Sammlerwirkung ohne Beeinflussung durch die Kabinenlasl aufweisen kann. Die Zeitkonstante Ta des Speichersystems ist gegeben durch die Gleichung

Ta = Ca ■ Ra .

(1)

wobei Ra der Drossel- bzw. Strömungswiderstand einer in der Nähe des Speichereinlasses angeordneten Öffnung und Ca die Kapazität des Hydrospeicher? ist.

Die Kapazität Ca kennzeichnet die Kondensierwirkung des Hydrospeichers und wird gegeben durch die Gleichung

Va i · Pai

η ■ P²(i>< ' <²>

CV? =

worin Pai der Druck eines anfanglich in die Blase de« Hydrospeichers eingeleiteten Gases, lai das Volumer des Gases unter dem Gasdruck Pai und die Nennkapazität des Hydrospeichers Paa der Gasdruck in der Spcicherblase vor Betätigung des hydraulischen

Aufzuges und ebenfalls der Fluiddruck im hydraulischen Zylinder vor Anfahren des Liftes und η ein Exponent im polytropen Bereich ist. Der Oasdruck Ptto verändert sich in Abhängigkeit von der Belastung der Aufzugskabine und hat eine .entsprechende Ände- S rung der Kapazität Ca zur Folge. Um somit den Zeitfaktor Ta konstant zu halten, ist es notwendig, den Wert Ra in Abhängigkeit von der Änderung des Druckwertes Pan zu variieren. Dies wird in bezug auf die Zeichnung genauer erläutert. iq

Fig. I zeigt schematisch die Strömung eines hydraulischen Fluides in einem hydraulischen Aufzugssystem. DerGrundgedanke für die Dämpfung von unerwünschten Schwingungen wird in bezug auf Fig. 1 beschrieben. Ein Motor 1 treibt eine hydraulische Pumpe 2 von veränderlicher Förderleistung, weiche ein Fluid. z.B. ein Öl, aus einem Tank3 über eine Niederdruckleitung4 und eine Hochdruckleitung5 unter Druck /u einem hydraulischen Zylinder8 fördert. Das im hydraulischen ZvliiulerS unter Druck stehende Fluid drück! einen Kolben9 n.ich aufwärts und erzeugt dadurch eine Aulwartsbewcuung einer am oberen Ende des Kolbens9 montierten Aufzugskabine 10. Bei eir er Abwärtsbewegung der Kabine 10 zieht die hydraulische Pumpe2 das Druckmittel aus dem hydraulischen ZvlinderS und befördert es in den Tank 3.

Eine mit einer Öffnung versehene Rücklaufleilung 15 ist zur Rückführung von Pumpenlecköl zum Tank 3 vorgesehen. Ein schwingungsdämpfender Hydrospeieher 18 ist mit der Hochdruckleitung5 verbunden, und eine Drossel 19 ist in der Fluidbahn zum und vom Hydrospeicher 18 angeordnet. Im Hydrospeicher 18 befindet sich eine mit einer Gasquelle verbundene Gummiblase in einem Stahlgehäuse.

Da sich das Dämpfungsverhältnis eines derartigen Aufzugsystems in Abhängigkeil vom Durchmesser ti der Drossel 19 ändert, läßt sich der entsprechende Drosselwiaerstand Ra errechnen.

Eine Kontinuität der Strömung wird ausgedrückt durch die Gleichung

Q_P=

(3)

worin Q„

(4)

Qa =

P - Pu Ru"

worin R der Strömuneswidcrsland der Öffnung in der Rückführlcitung gegenüber der Pumpenleckllüs-

sigkeit. Pa der Gasdruck in der Blase und Ha dei Drossclwiderstand der Drossel 19 bedeuten.

Unter der Voraussetzung, daß der Gasdruck gleiel dem Fluiddruck im Hydrospeicher ist, errechnet sicli

Q„ = Ca ■ Pa ,

worin C„ gegeben wird durch

J an

C =

η Pm·

(ft)

worin Vtio das Gasvolumen und Pan der Gasdruck vor Anlaufen des hydraulischen Aufzuges bedeuten. Die Gleichungen (6) und (7) leiten sich aus dem Gasgesetz

Pa · I a" = konstant /g,

ab. worin Pa der Gasdruck, Va das Gasvolumen und Ii der Exponent der polytroper* Änderung ist. Aus der Bedingung der durch die Gleichung

Pui· I ai = Pan ■ I an (¹J)

gegebenen isotherniischen Änderung errechnet sich die kapazität Cu des Hydrospeicherszu

/1 Pili·-

(ίο.

worin Pui der Ausgangsdruck des in die Speicherblasc eingeleiteten Gases und 1 V//das Ausgangsvolumen des Gases bei dem Druck Pui sind. Aus den Gleichungen (5) und (6) ist die folgende Gleichung abgeleitet:

Tu Pu + Pu= P.
worin Tu gegeben wird durch

Tu= Ca Ru.

(12)

Die Gleichung (11) sagt aus. daß sich der Fluiddruck im Hydrospeicher einer ersten Befehlsverzögerung gegenüber einer Fluiddruckänderung in der Hochdruckleitung ändert.

Die Bewegung des Kabinenkolbens wird gegeben durch die Bezichune

die theoretische Menge des von der Pumpe abgeforderten Fluides. -1 die Druckfläche des Kolbens, ν die Verschiebung des Kolbens. P der Fluiddruck in der Hochdruckleitung und im hydraulischen Zylinder. Q₁ die Leckflüssigkeitsmenge. Γ das Fluidvolumen in der Hochdruckleitung und im hydraulischen Zylinder. B der Elastizitätsmodul de.·* Fluides und Q₁, die zum und vom Speicher strömende Fluidmcngc bedeuten. Der erste Ausdruck des rechten Gliedes der Gleichung (3) gibt die Strömung des Fluidcs auf Grund der Kolbcnverschicbung und der dritte Ausdruck die Menge des komprimierten Fluide« in der Hochdruckleitung und im hydraulischen Zylinder pro Zeiteinheit an. Die l.eckflüssigkeitsmengc Q_{ und die in oder aus dem Hydrospeicher strömende Fluidmcnge Q_n bestimmt sich aus den Beziehungen m ■

= A P ■

(13)

worin m die Masse der Kabine und des Kolbens bedeuten. Die Übertragungsfunktion t7(.v). welche die Beziehung zwischen der Menge Q_p des von der Pumpe beförderten Fluides und der Beschleunigung ν der Kabine wiedergibt, kann durch die »L APLACE-Tr.-.nsformation« der Gleichungen (3) zu (13) und die Bcrcciinung daraus wie folgt ermittelt werden:

S²X

Qr

.V·' + — 1+w f — S" . ,

TfM ' TO/ I TOTi/

τα
(14)

worin

in = .·/

¹ ml

^tO=B

φ - ( a ■

Somit ist die charakteristische Gleichung des Aufzugssystems:

te/

το

oti/

τα

(15)

Der Drossclwidersland Rn der in tier Nähe des Spcichercingangcs angeordneten Drossel 19 ergibt sich aus .

Ä«=¹²«'¹'. (IA) -

worin μ der Viskositütskocffi/ient des Fluides. ti der Durchmesser der ÖfTnung und / die ÖfTnungslängc sind. Die Gleichung (15) kann ausgedrückt werden durch '5

(.V + ;.) (S² + 2<pfin.V + Ωη¹) = 0. (17)

worin φ in dieser Gleichung (17) das Dämpfungsverhältnis des Liftsystems angibt. Unter dem Gesichtspunkt der Schwingungsdämpfung ist dieses Dämpfungsverhältnis φ vorzugsweise so groß wie möglich zu wählen.

Fig. 2 zeigt die Ergebnisse der Berechnung des Dämpfungsvcrhältnisscs φ relativ zum Drossclwiderstand Ra und dem Durchmesser </der in der Nähe des Speichereingangs angeordneten Drossel. Das Verhältnis zwischen Ra oder ti und φ ändert sich in Abhängigkeit von den Ladebedingungen der Kabine. In der Fig. 2 kennzeichnet die durchgezogene Kurve 0"„ Beladung, die groß gestrichelte Kurve eine 50prozentige und die Ianggestricheltc Kurve eine lOOprozentige Beladung. In jeder Kurve befindet sich ein Wert von Ra oder ü, der ein Maximalwert des Dämpfungsverhältnisses φ wiedergibt. Der Strömungswidersland Ra bei maximalem Dämpfungsverhältnis ψ vergrößert sich mit Ansteigen der Belastung. Somit kann das maximale Dämpfungsverhältnis φ stets durch Vergrößerung von Ra mit der Lastvergrößerung erhalten werden.

Die Erfindung basiert auf den oben beschriebenen Erkenntnissen und strebt eine Änderung des Drosselwiderstandes Ra in Abhängigkeit von der Belastung :m. Wenn somit der Drossclwiderstand Ra auf die verschiedenen Werte Λ,. R₂ und /?, gemäß Fig. 2 in Abhängigkeit von O. 50 und 100",, Belastung geändert wird, kann der Hydrospeicher zur Erzielung eines stets maximalen Dämpfungsverhältnisses φ betrieben werden.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird im einzelnen an Hand von Fig.3 erläutert. Ein Motorl treibt eine hydraulische Pumpe 2 von veränderlicher Förderleistung, welche ein Fluid. z.B. Öl. aus einem Tank 3 durch eine Niederdruckleitung 4 fördert und es unter Druck über eine Hochdruckleitung5n. ein Rückschlagventil 26 und eine weitere HochdruckleitungSÄ in einen hydraulischen Zylinder8 drückt. Das im hydraulischen Zylinder8 unter Druck stehende Fluid drückt einen Kolben 9 nach aufwärts und erzeugt dadurch eine Aufwärtsbewegung einer am oberen Kolbenende montierten Kabine 10. Bei der Abwärtsbewegung der Kabine 10 saugt die hydraulische Pumpe2 das Fluid aas dem Hydraulikzylinder8 und fördert es in den Tank 3. Bei der Aufwärtsbewegung der Kabine 10 ist das "Rückschlagventil 26 zur offenen Stellung gespannt, wenn der Fluiddruck in der Hochdruckleitung5« den Fluiddruck in eier Hochdruck-Ieitung5ft übersteigt. Bei der Abwärtsbewegung der Kabine f0 liegt die Spule32 eines magnetisch betä-1 igten l^:mschaltventik31 an einer Ueliitigungsspan nung. um unter Druck stehendes Fluid zum Rück schlagvcntii 26 über die Leitungen 33 und 34 zn leiten wobei das Rückschlagventil 26 in die offene Stellung verspannt ist. Zur Ableitung von Fluid aus der hydrau lischen Pumpe 2 in ilen Tank 3 ist eine Riickführlci lung 15 vorgesehen. Ein Stcucrmotor36 ist über cim Welle37 /ur Änderung der i'umpenknp;izitäl und so mit der von der Pumpe2 abströmenden FluJdmcngi mit der Pumpe2 verbunden.

Ein Hydrospeicher 18 ist an die HochdrucklcitungS/ über ein verstellbares Drosselventil39 zur Verhinde rung von Schwingungen des Aufzugssystems ange schlossen. Das Drosselventil39 kann vom Typ eine druckmittelbctätigten Ventils der in Fig. 6 gezeigter Ausführung sein. Das im hydraulischen Zylinder! unter Druck stehende Fluid gelangt über eine Leitunj 41 in eine Druckkammer53 des Drosselventils39 um erzeugt da einen Druck auf einen KolbenSl. der nor malerwcise von einer Feder 50 gegen die zur Leitung41 führende Öffnung gedrückt wird. Eine weitere Öffiiuni 54 stellt über eine Leitung 52 die Verbindung zur Hoch druckleitung 5Λ zum Zu- und Abführen von unte. Druck sfehcndem Fluid in und aus dem Hydrospeichci 18 her. Der Bereich der Öffnung54 verkleinert sich bc uner Vergrößerung des durch die Leitung41 aufge brachten Fluiddruckes. um einen vergrößerten Strö mungsvviderstand entsprechend einer vergrößerter Kabinenlast zu erzeugen. Mit anderen Worten ver größer! sich der Fluiddruck in der Hochdrucklci tung5/? mit einer Vergrößerung der Anzahl der Passa giere in der Kabine 10. und das Ventil39 spricht au diesen Fluiddruck an. so daß der Bereich der Öffnunj 54 in der in Fig. 7 dargestellten Weise kleiner wire und sich dabei auch die Menge des zum Hydro speicher 18 über diese Öffnung54 strömenden Fluide; verringert.

Daher kann, wie unicr Hinweis auf Fig. 2 beschric ben. das maximale Dämpfungsverhältnis ψ stet: unabhängig von der Kabinenlast erhalten werden.

Die Fig.4a und 4b sind graphische Darstellunger der Kabinen-Beschleunigung relativ zur Zeit, wenr Ra in Fig. 2 bei Ra= R, = konstant unter einei 0"„igen und einer 100"„igen Belastungsbedingunj der Kabine festgesetzt ist. Die Kurven zeigen die tat sächlich gemessenen Beschleunigungswerte der Ka bine, wenn diese von einem Startpunkt zu einerr Haltepunkt nach aufwärts bewegt wird, *n der die Beschleunigung bei 0"„iger Belastung zeigenden Fig.4; ist der Drossel- bzw. Strömungswiderstand derar gewählt, daß das Dämpfungsverhältnis φ den maxima len Wert einnimmt. Somit erscheint in Fig.4a eine erste Wellenlinie der Schwingung allein, und es kanr eine gute Wellenform erhalten werden. In der die Be schleunigungbei I00ⁿ„igerBelastungzeigenden Fig.41 nimmt das Dämpfungsverhäitnis φ anstatt des maximalen Wertes den in der Fig. 2 durch den Punkt c gekennzeichneten Wert ein. was zu einer unzureichenden Dämpfung der Schwingungen führt.

Die Fig.5a und 5b sind den Kurvenbüdern dci Fig.4a und 4b ähnliche graphische Darstellungen die sich von diesen jedoch dadurch unterscheiden, dal der Wert Ra in Abhängigkeit von der Belastung dei Kabine durch Ansprechen des selbsttätig verstellbarer Drosselventils39 gemäß Fig. 3 automatisch änderbai ist. Im einzelnen wird der Wert Ra automatisch zu R und /?3 in Fig. 2 verändert, und zwar in Abhängigkei von einer 0- und einer 100°„igen Belastung der Kabine

Dither entsteht nur eine einzige Kurvenschlcife der Schwingung in beiden (icwichlsbcdingungcn. und eine gute Kennlinienform kiinn unter jeder Ladebedingung erhalten werden.

Der vorstehenden Beschreibung kann entnommen virilen, daß der hydraulische Aufzug gemäß der hrftndung ein komfortables Fahrgefühl vermittelt, weil die Strömung eines hydraulischen Fluides durch das Drosselventil geändert wird, um die von der Kabine getragene Last anzupassen sowie um das Dämpfungsverhältnis φ im oder in der Nähe des Maximalwertes zu halten. Die erfindiingsgemäße Geschwindigkeitssteuerung kann außerordentlich einfach aus-

geführt werden, da das Dümpfungsverhältnis φ auf einfache Weise ständig in der Nähe des Maximalwertes gehalten wird.

Während die Erfindung an Hand eines Ausfübrungsbeispiels beschrieben worden ist. bei welchem der Fluiddruck zur indirekten Anzeige der Kabinenbelastung und dadurch zur Änderung des Strömungswiderstandes erfaßt wird, ist es offensichtlich, daß die gleiche Wirkung auch durch Erfassen der Belastung ίο in der Kabine mittels irgendeiner zweckmäßigen bekannten Einrichtung und durch Steuerung des veränderlichen Drosselventils in Abhängigkeit von dieser erfaßten Last erfolgen kann.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Aufzug mit einem an die Leitung zwischen Pumpe und Arbeitszylinder angeschlossenen Hydrospeicher zum Absorbieren von Druckwellen in der Druckflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hydruspeicher{18) ein verstellbares Drosselventil (39) vorgeschaltet ist und daß eine Vonichtung zur Änderung des Wider- to Standes dieses Drosselventils vorgesehen ist. die den Strömungswiderstand mit ansteigender Belastung der Aufzugskabine (10) vergrößert.

2. Hydraulischer Aufzug nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (39) druckmittelbetätigt ist und auf Änderungen des Fluiddruekes in der Hochdruckleitung^) anspricht, -he durch Änderungen der Kabinenbelastung \erursachl werden

3. Hydraulischer Aufzug nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand des Drosselventils(39) in Abhängigkeit von der Kabinenbelastung /um Erhalt eines Dämpfungs\erhältnisses φ in citiir in der Nähe des Maximalwertes geändert wird.

4. Hydraulischer Aufzug nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrospeicher(18) mit ein.-m Hochdruckleitungsteil(5Λ) zwischen dem Hydraulikzylinder (8) und einem Rückschlagventil (26) verbunden is₍.