DE29718384U1

DE29718384U1 - Drive for an elevator car

Info

Publication number: DE29718384U1
Application number: DE29718384U
Authority: DE
Original assignee: Struckmeier Antriebstechn GmbH
Current assignee: Wittur De GmbH
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2007-09-27

Description

Antrieb für eine AufzugskabineDrive for an elevator car

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine an wenigstens einem Tragseil hängende Aufzugskabine mit einem Elektromotor, einem Drehzahl-Untersetzungsgetriebe und einer Treibscheibe .The invention relates to a drive for an elevator car suspended on at least one suspension cable, comprising an electric motor, a speed reduction gear and a traction sheave.

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 insbesondere in Hochhäusern zum Einsatz kommen, werden getriebelose und daher entsprechend große, sehr teure Antriebseinheiten verwendet. Elektrische Antriebe von Aufzügen mit einer Kabinengeschwindigkeit bis 2,5 m/Sek. werden dagegen, sofern nicht hydraulische Antriebssysteme eingesetzt werden, in der Regel mit einem Getriebe ausgerüstet. Je nach Priorität der gestellten Anforderungen, insbesondere an den Wirkungsgrad und Bauraum, das Geräusch- und Schwingungsverhalten sowie die Investitions- und Wartungskosten, kommen Schneckengetriebe oder mehrstufige Stirnradgetriebe, Planetengetriebe oder Schnecken-Stirnradgetriebe zur Anwendung. Die Drehmoment-ÜbersetZungen der Getriebe liegen in dem Bereich von 10 bis 70, wobei der Bereich von 15 bis 3 5 besonders häufig vorkommt.The current state of the art in elevator drives is presented in an overview in the magazine "LIFT-REPORT" 1997, pp. 32-39. According to this, the first criterion for choosing the drive is the maximum travel speed. For elevators with travel speeds of over 2.5 m/sec., as used in high-rise buildings in particular, gearless and therefore correspondingly large, very expensive drive units are used. Electric drives in elevators with a cabin speed of up to 2.5 m/sec., on the other hand, are usually equipped with a gear unless hydraulic drive systems are used. Depending on the priority of the requirements, in particular in terms of efficiency and installation space, noise and vibration behavior, and investment and maintenance costs, worm gears or multi-stage spur gears, planetary gears or worm-spur gears are used. The torque ratios of the gearboxes are in the range of 10 to 70, with the range of 15 to 35 being particularly common.

Das einstufige Schneckengetriebe ist das klassische Aufzugsgetriebe. Es hat allerdings den Nachteil eines ungünstigen Wirkungsgrads. Außerdem braucht ein Schneckengetriebe wegen der niedrigen Festigkeitswerte des üblicherweise aus Bronze bestehenden Schneckenrads einen größerenThe single-stage worm gear is the classic elevator gear. It does, however, have the disadvantage of poor efficiency. In addition, a worm gear requires a larger torque due to the low strength values of the worm wheel, which is usually made of bronze.

Bauraum als ein mehrstufiges Stirnradgetriebe und unterliegt schnellerem Verschleiß.installation space than a multi-stage spur gear and is subject to faster wear.

Um Übersetzungen in dem genannten Bereich zu realisieren, benötigt man bei Stirnradgetrieben zwei oder drei Getriebestufen, 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 verhältnismäßig großen Zahl der Getriebeteile wird bisher für die am häufigsten vorkommenden Anwendungen bis 2,5 m/Sek. Kabinengeschwindigkeit 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 bestimmten verhältnismäßig hohen Nenndrehzahlen - normalerweise 1.500 oder 3.000 U/min - der Motoren und den nicht zu unterschreitenden Mindestdurchmessern der Treibscheiben. Für Fahrgeschwindigkeiten bis 2,5 m/Sek. ergeben sich aus diesen Parametern notwenigerweise 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 erscheinen deshalb als zugleich notwendig und vorteilhaft. Ein Übergang zu getriebelosen Antriebseinheiten, wie bei schnellen Aufzügen für Hochhäuser, verbietet sich aus Kostengründen, denn solche Antriebe wären mindestens doppelt so teuer wie die üblichen Antriebe mit Getriebe.In order to achieve ratios in the range mentioned, two or three gear stages are required for spur gears, as ratios of more than about 5 to 6 in one stage are uneconomical. With planetary gears, ratios of 5 to 9 are achieved in one stage, so that two stages are usually required. Despite the relatively large number of gear parts, the combination of a small motor with a multi-stage spur gear or planetary gear, in addition to the worm gear version, is considered to be the only sensible solution for the most common applications up to 2.5 m/sec. cabin speed. This is due to the relatively high nominal speeds of the motors determined by the number of poles - normally 1,500 or 3,000 rpm - and the minimum diameters of the traction sheaves, which must not be undercut. For travel speeds of up to 2.5 m/sec. These parameters necessarily result in speed reductions in the range mentioned, usually 15 to 35. In the same ratio, the torque is multiplied in the gearbox, which allows a small motor to be used, whose torque is correspondingly increased. The motor-gearbox combinations used to date therefore appear to be both necessary and advantageous. A transition to gearless drive units, as in high-speed elevators for high-rise buildings, is not possible for cost reasons, as such drives would be at least twice as expensive as the usual drives with gears.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufzugsantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, der bessereThe invention is based on the object of creating an elevator drive of the type mentioned above, which provides better

• ··

-3--3-

Eigenschaften als die bekannten Motor-Getriebe-Einheiten bei vergleichbaren oder sogar niedrigeren Kosten bietet.properties than the known engine-gearbox units at comparable or even lower costs.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Getriebe ein Stirnrad-, Kegelrad- oder Planetengetriebe mit einer einzigen Getriebestufe und der Elektromotor ein frequenz- oder spannungsgeregelter Drehstrom-Asynchronmotor ist, der bei höchster Fahrgeschwindigkeit der Aufzugskabine mit einer Drehzahl betreibbar ist, die wesentlich kleiner als seine Höchstdrehzahl ist.The above object is achieved according to the invention in that the gear is a spur gear, bevel gear or planetary gear with a single gear stage and the electric motor is a frequency or voltage controlled three-phase asynchronous motor which can be operated at the highest travel speed of the elevator car at a speed which is significantly lower than its maximum speed.

Der erfindungsgemäße Vorschlag löst sich von dem bisherigen Denkschema, daß bei Verwendung eines Getriebes dessen Drehzahluntersetzungsverhältnis aus der Nenndrehzahl des Motors, dem Treibscheibendurchmesser und der maximalen Kabinengeschwindigkeit 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 überraschenderweise den bekannten Motor-Getriebe-Einheiten überlegen. The proposal according to the invention breaks away from the previous way of thinking that when using a gearbox, its speed reduction ratio must be calculated from the nominal speed of the motor, the traction sheave diameter and the maximum car speed. Even if it seems incomprehensible and disadvantageous at first glance not to use the nominal speed and maximum power of the motor for the highest travel speed of the elevator, but only a fraction of it, this solution is surprisingly superior to the known motor-gearbox units.

Ein erster Vorteil besteht darin, daß die Antriebsgeräusche und Schwingungen verringert werden können, weil der Motor und das Eingangsrad des Getriebes bei maximaler Fahrgeschwindigkeit wesentlich langsamer laufen. Dazu trägt weiterhin 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.A first advantage is that the drive noise and vibrations can be reduced because the motor and the input gear of the transmission run much more slowly at maximum driving speed. This is also helped by the fact that only a single gear stage is engaged. This also has the advantageous consequence that the transmission can achieve an efficiency of 99%. In addition, the proposed single-stage transmission takes up very little space and only a small oil chamber. Manufacturing costs and maintenance effort are much lower than with the known drives.

-4--4-

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 Motor als in der bekannten Kombination mit einem mehrstufigen Getriebe mit vielfach stärkerer Drehmoment-Übersetzung. Die Verteuerung ist jedoch, anders als der große Kostenunterschied zur getriebelosen Antriebseinheit vermuten läßt, infolge der beibehaltenen einen Getriebestufe und der Tatsache, daß geregelte Drehstrom-Asynchronmotoren auch bei niedriger Drehzahl mit demselben Drehmoment betrieben werden können wie bei ihrer Höchstdrehzahl, so gering, daß sie durch die Einsparungen beim Getriebe kompensiert wird.The design of the motor not according to the torque that results from a speed calculation taking into account the nominal speed of the motor, the traction sheave diameter and the speed reduction required to achieve the driving speed, but rather the torque that is obtained directly from the load torque occurring on the traction sheave and the torque multiplication of the single-stage gear transmission, does indeed require a larger and more expensive motor than in the known combination with a multi-stage transmission with a much higher torque transmission. However, contrary to what the large cost difference compared to the gearless drive unit would suggest, the increase in price is so small that it is compensated for by the savings in the transmission due to the retention of one gear stage and the fact that regulated three-phase asynchronous motors can be operated with the same torque at low speed as at their maximum speed.

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 Kabinengeschwindigkeiten eingesetzt werden, mußte bisher bei Geschwindigkeiten, 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-Another advantage of the new drive is the simple adaptation to different travel speeds. Since, in order to achieve economical batch sizes, gears with the same gear ratio are used for elevators with different cabin speeds, previously, for speeds that were to be higher than the speed resulting from the nominal speed of the motor, the gear ratio and a desired small diameter of the traction sheave, compensation had to be carried out by using a larger traction sheave, which has the disadvantage of higher torques in the event of sudden rope loading. With the drive according to the invention, with the same gear and the smallest possible traction sheave, only the operating speed of the motor needs to be adjusted in accordance with the respective

• &diams; ·•&diams; ·

-5--5-

wünschten maximalen Fahrgeschwindigkeit eingestellt zu werden. desired maximum driving speed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing.

Fig. 1 eine vereinfachte Gesamtansicht eines Aufzugs mit einer daneben noch einmal vergrößert dargestellten erfindungsgemäßen Antriebseinheit;Fig. 1 is a simplified overall view of an elevator with a drive unit according to the invention shown again enlarged next to it;

Fig. 2 einen axialen Längsschnitt durch die Antriebseinheit nach Fig. 1.Fig. 2 is an axial longitudinal section through the drive unit according to Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein insgesamt mit 10 bezeichneter Aufzug dargestellt, bei dem in herkömmlicher Weise eine Kabine 12 und ein Gegengewicht 14 an senkrechten Schienen 16 bzw. 18 geführt 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 2 6 an. Der Antrieb der Treibscheibe 2 2 in beiden Drehrichtungen erfolgt durch eine Motor-Getriebe-Einheit 28, bestehend aus einem elektrischen Motor 30, einem undrehbar auf der Motorwelle sitzenden Ritzel 32 und einem undrehbar auf der Welle 34 der Treibscheibe 22 sitzenden Stirnrad 36. Die beiden Zahnräder haben vorzugsweise eine Schrägverzahnung, so daß mindestens zwei Zähne in Eingriff sind. Zum Ausgleich von Axialkräften können gegenläufig schrägverzahnte Zahnradpaare eingesetzt werden.In Fig. 1, an elevator is shown, designated as a whole by 10, in which a cabin 12 and a counterweight 14 are guided on vertical rails 16 and 18, respectively, in a conventional manner. The cabin 12 and the counterweight 14 are connected to one another by parallel support cables 20, which run over a traction sheave 22 at the top. A hand-ventilated brake 26 engages a flange edge 24 that is firmly connected to the traction sheave 22. The traction sheave 22 is driven in both directions of rotation by a motor-gear unit 28, consisting of an electric motor 30, a pinion 32 that is non-rotatably mounted on the motor shaft, and a spur gear 36 that is non-rotatably mounted on the shaft 34 of the traction sheave 22. The two gears preferably have helical teeth, so that at least two teeth are in engagement. To compensate for axial forces, counter-rotating helical gear pairs can be used.

Der Motor 30 ist ein durch einen Frequenzumrichter mit Rotorfluß-Vektor-Regelung derart geregelter Drehstrom-Asyn-The motor 30 is a three-phase asynchronous motor controlled by a frequency converter with rotor flux vector control.

chronmotor, daß sein Drehmoment über den gesamten Drehzahlbereich 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 darauf zu achten, daß der Motor 30 in dem Drehzahlbereich, in dem er betrieben wird, mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet und ein ausreichendes Drehmoment entwickelt.chronmotor that its torque is constant over the entire speed range up to the maximum speed. It goes without saying that other types of motor control, e.g. voltage control, are also possible. It is only necessary to ensure that the motor 30 works with a high degree of efficiency and develops sufficient torque in the speed range in which it is operated.

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 Zahnbelastung günstig - ergibt sich eine Drehmomentübersetzung von etwa 6. Daraus folgt, daß im Vergleich zu Antrieben mit herkömmlichen mehrstufigen Stirnradgetrieben mit entsprechend stärkerer Übersetzung bei der dargestellten Antriebseinheit der Motor 3 0 ein entsprechend größeres Drehmoment erzeugen und mit einer entsprechend niedrigeren Drehzahl betrieben werden muß.The single-stage gear consisting of the pinion 32 and the spur gear 36 should have as large an overlap as possible. If the pinion has 17 teeth and the spur gear 103 teeth - the prime number is favorable because of the distribution of the tooth load - a torque ratio of about 6 results. This means that, in comparison to drives with conventional multi-stage spur gears with a correspondingly higher ratio, the motor 30 in the drive unit shown must generate a correspondingly greater torque and be operated at a correspondingly lower speed.

Fig. 2 veranschaulicht, wie klein bei der neuen Motor-Getriebe-Einheit der Bauraum sein kann. Vorzugsweise wird dabei auch noch der innere Hohlraum der als Topfscheibe ausgebildeten 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 hinein. Wie gezeigt, genügt am Boden des Getriebegehäuses 38 ein kleiner Ölraum 44. Die Bremse 26 ist oben auf dem Getriebegehäuse 3 8 befestigt oder könnte auf der B-Seite des Motors angebracht sein.Fig. 2 illustrates how small the installation space can be with the new motor-gear unit. Preferably, the inner cavity of the drive pulley 22, which is designed as a cup disk, is also used for one-sided mounting of the spur gear 36 or the drive pulley shaft 34 that supports it. The otherwise flat gear housing 38, which rests on supports 40, extends correspondingly deep into the drive pulley 22 with the bearing 42 for the shaft 34. As shown, a small oil chamber 44 at the bottom of the gear housing 38 is sufficient. The brake 26 is attached to the top of the gear housing 38 or could be attached to the B-side of the motor.

Bei Verwendung eines einstufigen Stirnradgetriebes sind die Treibscheibe 22 und der Motor 30 auf einander gegenüberliegenden Seiten des Getriebegehäuses 38, versetzt zueinander, angeordnet. Wenn statt des Stirnradgetriebes 34, 3 6 ein einstufiges Planetengetriebe zum Einsatz kommt, liegen die Motorwelle und die Treibscheibenwelle in Flucht. Noch eine weitere Alternative zur Anpassung an vorgegebene Einbauverhältnisse bietet die Verwendung eines einstufigen Kegelradgetriebes, vorzugsweise mit Hypoidverzahnung. In diesem Fall kreuzen sich die Motor- und die Treibscheibenwelle. Auch die Lagerung des dem Stirnrad 36 entsprechenden Kegelrads kann in den Hohlraum der Treibscheibe 22 hineingerückt sein.When using a single-stage spur gear, the drive pulley 22 and the motor 30 are arranged on opposite sides of the gear housing 38, offset from one another. If a single-stage planetary gear is used instead of the spur gear 34, 36, the motor shaft and the drive pulley shaft are in alignment. Another alternative for adaptation to given installation conditions is the use of a single-stage bevel gear, preferably with hypoid gearing. In this case, the motor and drive pulley shafts cross each other. The bearing of the bevel gear corresponding to the spur gear 36 can also be moved into the cavity of the drive pulley 22.

Es versteht sich, daß die Herstellung der Stirnräder, Planetenräder und Kegelräder nach denselben Grundsätzen erfolgen sollte, die bisher für die Fertigung der Getrieberäder für Aufzugsgetriebe gelten. Es versteht sich weiterhin, daß insbesondere bei Verwendung eines einstufigen Planetengetriebes ein größeres als das vorstehend nur beispielhaft genannte Übersetzungsverhältnis gewählt werden kann. Es sollte aber immer nur eine einzige Getriebestufe der genannten Getriebe zum Einsatz kommen, um ihre Vorteile gegenüber 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.It goes without saying that the manufacture of spur gears, planetary gears and bevel gears should be carried out according to the same principles that previously applied to the manufacture of gear wheels for elevator gears. It goes without saying that, particularly when using a single-stage planetary gear, a higher gear ratio than that mentioned above as an example can be selected. However, only a single gear stage of the gears mentioned should ever be used in order to exploit their advantages over a worm gear. The smaller gear ratio is, as explained above, compensated for by the design and operation of the motor in the range well below its maximum speed.

Claims

Protection claims

1. Drive for an elevator car (12) suspended from at least one support cable (20), with an electric motor (30), a speed reduction gear (32, 36) and a traction sheave (22), characterized in that the gear (32, 36) is a spur gear, bevel gear or planetary gear with a single gear stage and the electric motor (30) is a frequency- or voltage-controlled three-phase asynchronous motor which can be operated at the highest travel speed of the elevator car (12) at a speed which is significantly lower than its maximum speed.

2. Drive according to claim 1, characterized in that the speed reduction ratio of the spur gear (32, 36) or the bevel gear is at most about 6:1 and the reduction ratio of the planetary gear is at most about 9:1.

3. Drive according to claim 1 or 2, characterized in that the gears (32, 36) of the spur gear or planetary gear have helical teeth and the gears of the bevel gear have hypoid teeth.

4. Drive according to one of claims 1 to 3, characterized in that at the maximum travel speed of the elevator car (12) the speed of the motor (30) is at most 2/3 of its maximum speed.

5. Drive according to claim 4, characterized in that at the maximum travel speed of the elevator car

-2-

(12) the speed of the motor (30) is at most 1/2, preferably at most 1/4, of its maximum speed.

6. Drive according to claim 4 or 5, characterized in that the three-phase asynchronous motor is controlled by a frequency converter with rotor flux vector control such that its torque is constant regardless of the speed.

7. Drive according to one of claims 4 to 6, characterized in that the three-phase asynchronous motor (3 0) has a fully laminated stator provided with cooling channels without a housing.

8. Drive according to one of claims 1 to 7, characterized in that the drive pulley (22) has essentially the smallest possible diameter in the system-related frame.

9. Drive according to one of claims 1 to 8, characterized in that the bearing (42) of the output-side gear (36) of the transmission is arranged entirely or partially within the drive pulley.