DE2509228B2

DE2509228B2 - Elektro-hydraulischer Antrieb für Hebezeuge

Info

Publication number: DE2509228B2
Application number: DE19752509228
Authority: DE
Inventors: Hermann Schroeder; Fritz Zobeley
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1975-03-04
Filing date: 1975-03-04
Publication date: 1980-05-22
Also published as: FR2302952A1; DE2509228A1; DE2509228C3; FR2302952B1; GB1522044A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrohydraulischen Antrieb für Hebezeuge, insbesondere für Aufzüge, deren Plattform mit dem Kolben eines Hydraulikzylinders in Verbindung steht und durch Zu- oder Abfuhr des Arbeitsmediums angehoben oder abgesenkt wird, wobei die Zufuhr des Arbeitsmediums durch eine von einem Elektromotor angetriebene Pumpe erfolgt und zum Vermeiden eines ungewollten Absenkens der Plattform zwischen der Pumpe und dem Hydraulikzylinder ein steuerbares Rückschlagventil vorgesehen ist, und wobei sowohl bei Auf- als auch bei Abwärtsfahrt der Plattform das gesamte Arbeitsmedium den Ansaugstutzen der Pumpe passiert

Ein solcher hydraulischer Antrieb ist aus der DE-AS 12 00 490 bereits bekannt. Dort wird das Arbeitsmedium auf einem anderen Weg aus dem Hydraulikzylinder abgefü'irt, als es zugeführt wird, wobei für die Zufuhr Rückschlagventile und für die Abfuhr eine Drossel und ein Widerstandsventil Verwendung finden. Das steuerbare Rückschlagventil zum Absenken des Aufzugs wird vom Dpjck der Pumpe beaufschlagt, indem diese über das Rückschlagventil Arbeitsmedium ansaugt, bis sich durch das Widerstandsventil in der Leitung zwischen letzterem und der Pumpe ein ausweichender Druck aufgebaut hat. Das Absenken des Aufzuges erfolgt dadurch, daß das Arbeitsmedium durch das Eigengewicht der Kabine aus dem Hydraulikzylinder gedrückt wird, wobei die abschließende Menge durch eine einstellbare Drossel geregelt wird. Die Steuerung des Elektromotors beim Aufwärtshub erfolgt derart, daß der als po'umschaltbare Drehstrommotor ausgebildete Antriebsmotor lediglich beim Anfahren und beim Abbremsen des Aufzuges mit einer niedrigeren Drehzahl umläuft und auf eine höhere Drehzahl umschaltet, wenn der Anfahrvorgang beendet ist. Eine derartige Anordnung weist erhebliche Nachteile auf, weil der Aufzug je nach seiner Belastung beim Aufwärtshub und beim Abwärtshub mit vollkommen unterschiedlichen Geschwindigkeiten gefahren wird, was sich insbesondere bei größeren Förderhöhen negativ bemerkbar macht. Darüber hinaus erfolgt durch die Umschaltung des Motors ein ruckhaftes Fahren, was insbesondere bei Personenaufzügen auf jeden Fall vermieden werden soll. Schließlich erfordert die Einstellung der Drossel und des Widerstandsventils einen unverhältnismäßig hohen Aufwand, weil diese Teile entsprechend der jeweiligen Last neu einreguliert werden müssen.

Aus der DE-AS 22 45 485 ist ein elektrohydraulischer Antrieb bekannt, bei dem die Pumpe des Arbeitsmediums über eine weitere Welle mit einem zweiten Motor verbunden ist, der als Steuermotor zur Änderung der Pumpenkapazität und damit der Förderleistung dient. Eine Regelung der Fahrtgeschwindigkeit des Aufzuges ist nach dieser Anordnung nicht vorgesehen vielmehr soll im wesentlichen eine wirksamere Dämpfung von Schwingungen erreicht werden.

Die DE-PS 10 76 925 und die DE-OS 19 59 883 beschreiben Regeleinrichtungen unter Verwendung von Soll- und Istwertgebern. Dabei bezieht sich lediglich die DE-OS 19 59 883 auf einen Antrieb in Aufzügen. Den speziellen Verhältnissen in elektrohydraulischen Antrieben wird dort nicht Rechnung getragen.

Des weiteren ist ein hydraulischer Antrieb für Aufzüge durch die DE-OS 23 12 959 bekannt. Als Arbeitsmedium ist dabei öl vorgesehen. Die Pumpe, die über eine Schwungscheibe zur Erhöhung der Trägheit der umlaufenden Teile mit dem Elektromotor verbunden ist, weist eine konstante Fördermenge auf und die jeweils abgegebene ölmenge ändert sich proportional zur Drehzahl. Zur Steuerung des hydraulischen

Antriebes sind wenigstens ein elektromagnetisch betätigbares, aus drei Schaltblöcken bestehendes Schaltventil zur Umschaltung der Strömungsrichtung, ein Magnet-Umschaltventil mit zwei Schaltblöcken zum Betätigen des steuerbaren Rückschlagventils und ein motorisch angetriebenes Drosselventil mit zwei Schaltblöcken zur langsamen Vergrößerung oder Verringerung des öldurchsatzes erforderlich. Die Aufwärts-Fahrgeschwindigkeit des Fahrkorbes wird im wesentlichen durch Steuerung der Drehzahl der Pumpe geregelt, das Bremsen und Anhalten an einer Haltestelle hingegen erfolgt durch entsprechendes Umschalten der vorstehend genannten Ventile, durch die dem Hydraulikzylinder immer weniger von der Pumpe gefördertes öl zugeführt und immer mehr öl unmittelbar in den ölbehälter zurückgeleitet wird. Erst wenn der Fahrkorb bereits steht, wird der die Pumpe antreibende Motor plötzlich bis zum Stillstand abgebremst. Die Regelung dtr Abwärts-Fahrgeschwindigkeit des Fahrkorbes erfolgt durch Einstellung des ölrücklaufvs aus dem Hydraulikzylinder mittels Drosselventilen.

Bei einer derartigen Aufzugsteuerung muß es als nachteilig angesehen werden, daß ein umfangreiches Leitungssystem und eine Reihe von Steuerventilen benötigt werden, die störanfällig sind und außerdem genau aufeinander abgestimmt sein müssen, wenn ein reibungsloser Betrieb gewährleistet sein soll. Auch ist durch die Ventile und Drosselstellen mit einem t rhöhten Energieverlust zu rechnen, das Antriebsöl wird warm, wodurch sich die Viskosität ändert, so daß konstante Laufeigenschaften des Aufzugs nicht zu erwarten sind. Schließlich muß es als Nachteil gewertet werden, daß die Fahrgeschwindigkeit nicht lastunabhängig ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Antrieb für Hebezeuge der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die Plattform des Hebezeuges stoßfrei und weitgehend unabhängig von der jeweiligen Last und Viskosität des Öls mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß unmittelbar vom Hydraulikzylinder aus parallel zur Versorgungsleitung eine mit einem Magnet-Umschaltventil versehene Steuerleitung zum steuerbaren Rückschlagventil führt, daß die Auf- und Abwärts-Fahrgeschwindigkeit der Plattform allein durch stufenlose Regelung der Drehzahl des die Pumpe antreibenden Elektromotors erfolgt, für die ein Drehzahl-Sollwertgeber und ein Drehzahl-Istwertgeber vorgesehen sind, und daß der Drehzahl-Sollwert und der Drehzahl-Istwert — in elektrische Spannungen umgewandelt — laufend miteinander verglichen und die jeweils auftretende Differenz einem Regler mit hoher Verstärkung zugeführt wird, dessen Ausgangssignal übet bekannte Steuermittel die Drehzahl des Elektromotors beeinflußt.

Hierdurch wird erreicht, daß auch die Abwärtsfahrt des Aufzuges bei Belastung immer mit der genau vorgeschriebenen Geschwindigkeit erfolgt, daß der Aufzug ruckfrei und nicht unregelmäßig fährt und daß Temperaturschwankungen im öl, die hauptsächlich ho durch Drosselstellen in den Leitungen entstehen, nicht mehr zur Geltung kommen. Außerdem ist keine Pumpe mit veränderlicher Förderleistung und auch kein zweiter, der Steuerung dienender Motor erforderlich. Die notwendigen Regelgeräte sind verhältnismäßig ti^r> preiswert und ermöglichen eine genaue, stetige Regelung und nicht nur eine einfache Steuerung.

Um in jedem Falle eine einwandfreie Funktion der erfindungsgemäßen Steuerung zu erreichen, wird vorgeschlagen, zum Antrieb der Pumpe einen wenigstens in zwei Quadranten ohne Umschaltung regelbaren Elektromotor vorzusehen. Als ein derartiger Motor kann mit besonderem Vorteil sowohl ein Drehstrommotor als auch ein Gleichstrommotor Verwendung finden. Derartige Motoren haben den großen Vorteil, daß sie bei entsprechender Schaltung in beiden Drehrichtungen ein Antriebsdrehmoment oder aber a-jch ein starkes Bremsmoment abgeben können, wodurch bei richtiger Regelung jede Situation beherrschbar ist, unabhängig von den jeweils zu fassenden Lasten.

Es erweist sich als besonders günstig, daß der Istwertgeber wie an sich bekannt als Tachogenerator ausgebildet ist und daß der Istwert an der Geschwindigkeit der sich hebenden oder senkenden Plattform gemessen wird. Der so ermittelte Istwert wird mit dem Sollwert des Drehzahl-Sollwertgebers verglichen und die jeweils auftretende Differenz, also die Abweichung der Geschwindigkeit der Plattform von der vorgegebenen Geschwindigkeit, einem Regler mit hoher Verstärkung zugeführt, dessen Ausgangssignal über bekannte Steuermittel, beispielsweise eine Phasenanschnittsteuerung, die die Drehzahl des Elektromotors beeinflußt

Erfindungsgemäß ist es andererseits auch möglich, daß der Istwertgeber aus einem Durchflußmengenmesser und einem Generator gebildet wird, und daß der Istwert durch Messung der Durchflußmenge des Arbeitsmediums unmittelbar an der Pumpe ermittelt wird.

Um zu Beginn einer Abwärtsfahrt der Plattform ein ruckfreies Anfahren zu gewährleisten, wird nach der Erfindung die Anordnung so getroffen, daß der Elektromotor zunächst auf Aufwärtsfahrt geregelt wird, bis vor und unter dem Rückschlagventil gleicher Druck herrscht, und erst dann dieses durch ein Magnet-Umschaltventii geöffnet wird, so daß das Arbeitsmedium rückströmen kann.

Schließlich kann noch vorgesehen sein, daß in der Steuerleitung für das Rückschlagventil ein verstellbares Drosselorgan angeordnet ist.

Eine derartige erfindungsgemäße Steuerung dient schließlich noch dem großen Vorteil, daß sie jederzeit auch nachträglich in hydraulische Aufzüge eingebaut werden kann.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels kurz erläutert werden. Die Figur zeigt schematisch sowohl den hydraulischen als auch den elektrischen Teil der Steuerung, wobei allerdings alle im hydraulischen System auf Grund von Sicherheitsvorschriften einzubauenden Armaturen, welche die Wirkungsweise nicht beeinträchtigen, weggelassen sind. Gemeint sind hierbei im wesentlichen eine Rohrbruchsicherung, ein Druckschalter, Manometer und ein indirekt gesteuertes Sicherheitsventil.

In der Figur ist eine Plattform 1 unmittelbar auf einem in einem Hydraulikzylinder 2 verschiebbaren Kolben 3 befestigt. Vom Hydraulikzylinder 2 führt eine Versorgungsleitung 4 zu einem steuerbaren Rückschlagventil 5, welches bei Normalbetrieb den Durchfluß des Arbeitsmediums nur in Richtung zum Hydraulikzylinder 2 hin zuläßt. Das Rückschlagventil 5 steht über eine weitere Versorgungsleitung 6 mit einer Pumpe 7 in Verbindung, deren Ansaugstutzen 8 in einen Vorratsbehälter 9 für das Arbeitsmedium, beispielsweise öl, eintaucht. Angetrieben wird die Pumpe 7 durch einen Elektromotor 10, mit dem sie mittels einer Kupplung 11 mechanisch verbunden ist.

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Eine von der Versorgungsleitung 4 abgezweigte, mit einem verstellbaren Drosselorgan 12 versehene Steuerleitung 13 führt über ein aus zwei Schaltblöcken 14a und 14h sowie einem Elektromagneten 14c bestehendes Magnet-Umschaltventil 14 zum Rückschlagventil 5. Ferner ist das Umschaltventil 14 über eine Leckleitung

15 mit dem Vorratsbehälter 9 verbunden.

Von der elektrischen Seite her ist zur Steuerung des Elektromotors 10 ein Drehzahlsollwertgeber 16 vorgesehen, der über Schalter 17 außer den Befehlen »Fahren«, »Verzögern« oder »Halt« auch noch die Information erhält, welche Geschwindigkeit der Fahrkorb 1 bei der folgenden Fahrt erreichen soll. Als Drehzahlistwertgeber ist hier im Beispiel ein Tacho-Generator 18 vorgesehen, der mechanisch durch ein mit dem Fahrkorb Ϊ verbundenes Seil 19 angetrieben wird und die jeweilige Geschwindigkeit in eine elektrische Spannung umwandelt. Der elektrische Teil des Drehzahlistwertgebers 18 ist über eine Leitung 20 mit dem Ausgang 21 des Drehzahlsollwertgebers 16 zusammengeführt. Die so entstehende Regelabweichung, d. h. die Differenz zwischen der Sollwertspannung und der Istwertspannung wird einem Regler 22 mit hoher Verstärkung zugeführt, der seinerseits eine dem jeweiligen Elektromotor 10 angepaßte, an sich bekannte ₂ ^r> Motorsteuerung 23, beispielsweise eine Phaseanschnittsteuerung, für die Wicklung oder Wicklungen des Elektromotors 10 ansteuert.

An Stelle des Tacho-Generators 18 kann aber auch, wie in der Figur strichpunktiert dargestellt ist, beispielsweise ein Durchflußmengenmesser mit einem Generator als Drehzahlistwertgeber 24 Verwendung finden, der hinter der Pumpe 7 in die Versorgungsleitung 6 eingebaut wird. Die so erzeugte elektrische Spannung wird wie beschrieben über die Leitungen 25 und 20 mit dem Ausgang 21 des Drehzahlsollwertgebers

16 verbunden.

Es sie hier noch erwähnt, daß als Elektromotor zweckmäßigerweise ein Drehstrom-Asynchronmotor mit wenigstens zwei Wicklungen, nämlich einer Antriebswicklung und einer Bremswicklung vorgeschlagen wird, die entweder beide mit Drehstrom oder mit Drehstrom und Gleichstrom in an sich bekannter, hier nicht zur Erfindung gehörender Weise gespeist werden. Selbstverständlich können auch Gleichstrommotoren Anwendung finden, und zwar vorzugsweise Nebenschluß-Motoren, deren Drehzahl — wie bekannt — durch Änderung der Ankerspannung verändert werden kann.

zunächst leicht treibend, bis die Druckdifferenz vor und hinter dem Rückschlagventil 5 etwa Null ist, dann läuft die Spannung am Ausgang 21 des Sollwertgebers 16 auf eine vorher eingestellte Spannung. Die entstehende Differenz zwischen Sollwertspannung und Istwertspannung wird dem Regler 22 zugeführt, der seinerseits die Steuerung 23 derart beeinflußt, daß der Elektromotor 10 seine Drehzahl erhöht, bis die genannte Spannungsdiffewieder Null ist. Die Pumpe 7 fördert das

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45 renz

Wirkungsweise

Die Figur zeigt die Plattform 1 in ihrer untersten Stellung in die gesamte Anlage ist in ausgeschaltetem Zustand. Zu Beginn der Aufwärtsfahrt zeigt der Ausgang 21 des Sollwertgebers 16 den Wert Null, der Istwertgeber 18 bzw. 24 gibt kein Signal und der Elektromotor 10 mit der Pumpe 7 steht stilL Wird dem Elektromotor 10 Spannung zugeführt, so wirkt er

50 Arbeitsmedium aus dem Vorratsbehälter 9 über die Versorgungsleitung 6, das sich öffnende Rückschlagventil 5 und die Versorgungsleitung 4 in den Hydraulikzylinder 2, der Kolben 3 mit der Plattform 1 bewegt sich ruckfrei aus dem Ruhestand bis zum Erreichen der vorgegebenen Geschwindigkeit in Aufwärtsrichtung. Ist der eingestellte Verzögerungspunkt erreicht, so wird die Drehzahlvorgabe für den Sollwertgeber 16 auf Schleichdrehzahl zurückgenommen und seine Ausgangsspannung sinkt langsam bis auf einen eingestellten kleinen Wert ab, und im Haltepunkt auf Null, wodurch sich die Motordrehzahl verringert und sich die Plattform 1 ebenfalls langsamer bewegt und schließlich in der Haltestellung ruckfrei zum Stehen kommt. Das Rückschlagventil 5, durch das die Plattform 1 in ihrem Haltepunkt festgehalten wird, verhindert ein Rückströmen des Arbeitsmediums aus dem Hydraulikzylinder 2.

Soll die Plattform 1 in Abwärtsrichtung bewegt werden, so erfolgt die elektrische Steuerung an sich in gleicher Weise wie beschrieben. Hier wirkt der Elektromotor 10 zunächst in entgegengesetzter Ricntung und treibt die Pumpe 7 in Aufwärtsrichtung an, bis in der Versorgungsleitung 6 der gleiche Druck wie in der Versorgungsleitung 4 herrscht Danach allerdings wird der Magnet 14c des Magnet-Umschaltventils 14 erregt und bringt den Steuerblock 14b in Arbeitsstellung, so daß das Arbeitsmedium aus der Versorgungsleitung 4 über die Steuerleitung 13 in das Rückschlagventil 5 gelangt und diese öffnet Mit dem Rückströmen des Steuermediums aus dem Hydraulikzylinder 2 wird die Pumpe 7 und damit der Elektromotor 10 angetrieben, bis der Istwertgeber 18,24 die gleiche Spannung abgibt, die der Sollwertgeber 16 aufzeigt Danach wird der Elektromotor 10 — durch den Schub des Arbeitsmediums meist frühzeitig — auf Bremsen umgeschaltet und hält die vorgegebene Schwindigkeit, bis der Bremsvorgang bis zum Stillstand des Elektromotors 10 eingeleitet wird, wo die Plattform wieder ihre untere Endstellung erreicht hat Anschließend wird auch das Magnet-Umschaltventil 14 wieder in seine Ruhestellung gebracht

Durch den laufenden Vergleich des vorgegebenen Drehzahlsollwertes mit dem tatsächlichen Istwert und der entsprechenden Regelung des Elektromotors auf Antrieb, Bremsen oder sogar entgegengesetzte Drehung kann die Plattform unabhängig von ihrer Belastung und der Viskosität des Öles nahezu genau die Geschwindigkeiten einhalten, die ihr vorgeschrieben sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrohydraulischer Antrieb für Hebezeuge, insbesondere für Aufzüge, deren Plattform mit dem Kolben eines Hydraulikzylinders in Verbindung steht und durch Zu- oder Abfuhr des Arbeitsmediums angehoben oder abgesenkt wird, wobei die Zufuhr des Arbeitsmediums durch eine von einem Elektromotor angetriebene Pumpe erfolgt und zum Vermeiden eines ungewollten Absenkens der Platt- i« form zwischen der Pumpe und dem Hydraulikzylinder ein steuerbares Rückschlagventil vorgesehen ist, und wobei sowohl bei Auf- als auch bei Abwärtsfahrt der Plattform das gesamte Arbeitsmedium den Ansaugstutzen der Pumpe passiert, dadurch '5 gekennzeichnet, daß unmittelbar vom Hydraulikzylinder (2) aus parallel zur Versorgungsleitung (4) eine mit einem Magnet-Umschaltventil (14) versehene Steuerleitung (13) zum steuerbaren Rückschlagventil (5) führt, daß die Auf- und Abwärts-Fahrgeschwindigkeit der Plattform (1) allein durch stufenlose Regelung der Drehzahl des die Pumpe (7) antreibenden Elektromotors (10) erfolgt, für die ein Drehzahlsollwertgeber (16) und ein Drehzahlistwertgeber (18, 24) vorgesehen sind, und daß der Drehzahlsollwert und der Drehzahlistwert — in elektrische Spannungen umgewandelt — laufend miteinander verglichen und die jeweils auftretende Differenz einem Regler (22) mit hoher Verstärkung zugeführt wird, dessen Ausgangssignal jo über bekannte Steuermittel (23) die Drehzahl des Elektromotors (10) beeinflußt.

2. Elektrohydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Pumpe (7) ein Gleichstrommotor vorgesehen ist. a

3. Elektrohydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Pumpe (7) ein Drehstrommotor vorgesehen ist.

4. Eleklrohydraulischer Antneb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwertgeber (18) to wie an sich bekannt als Tacho-Generator ausgebildet ist und daß der Istwert an der Geschwindigkeit der sich hebenden oder senkenden Plattform (1) gemessen wird.

5. Elektrohydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwertgeber (24) aus einem Durchflußmengenmesser und einem Generator gebildet wird und daß der Istwert durch Messung der Durchflußmenge des Arbeitsmediums unmittelbar an der Pumpe (7) ermittelt wird. w

6. Elektrohydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn einer Abwärtsfahrt der Plattform (1) der Elektromotor (10) zunächst auf Aufwärtsfahrt geregelt wird, und daß das steuerbare Rückschlagventil (5) erst ¹^ geöffnet wird, wenn die Druckdifferenz vor und hinter dem Rückschlagventil (5) gleich Null ist.

7. Elektrohydraulicher Antrieb nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerleitung (13) für das Rückschlagventil (5) ein *<'■ verstellbares Drosselorgan (12) angeordnet ist.