DE3722305A1 - Aufzug mit linearmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit Linearmotor versehenen Aufzug, der zusätzlich zum eigentlichen Fahr­ korb einen Linearmotor zum Bewegen des Aufzugs, einen mit dem Linearmotor zusammenwirkenden, im Aufzugschacht angebrachten Rotor, einen Antrieb für den Linearmotor auf der Basis der Frequenzumformertechnik sowie eine Bremseinrichtung zum Anhalten des Fahrkorbs aufweist.

Ein Linearmotor gilt allgemein als Elektromotor, bei dem die vom Motor geleistete Arbeit darin besteht, eine Last linear zu bewegen statt eine Welle zu drehen. Linearmo­ toren können auf so viele verschiedene Weise gebaut wer­ den wie herkömmliche Elektromotoren, und ihre Steuerung kann auf dem von Elektromotoren des Standes der Technik bekannten Frequenzumformerantrieb beruhen. Man kann Li­ nearmotoren mit einer Rotorwicklung (eines Synchronmo­ tors) vergleichen, die radial geschnitten und zu einem Band verflacht wurde und mit der ein sich linear ausbrei­ tendes Magnetfeld erzeugt wird, längs dessen die Last transportiert wird, oder mit einer zylindrischen Stator­ wicklung (eines Induktionsmotors), die längs einer Schie­ ne verschiebbar angeordnet ist, in welcher ein elektro­ magnetisches Feld wirksam ist.

Tatsächlich betrifft die Erfindung also eine Verbesse­ rung der Gesamtkonstruktion eines Aufzugs. Es ist üblich, die zum Anheben eines Fahrkorbes benötigte Kraft am Dach des Aufzugs längs der Wandkonstruktion des Fahrkorbes an­ greifen zu lassen. Hierzu ist der Fahrkorb häufig von einem massiven Rahmen umgeben, der diese Kräfte an das Dach überträgt, wo die Hub- oder Tragseile befestigt sind. Eine solche Konstruktion mit Tragseilen erfordert reichlichen Verbrauch an Material, da nicht nur für die Tragseile sondern auch für das Gegengewicht, den schweren Fahrkorb, die Führungen für das Gegengewicht sowie die Zug- und Umlenkscheiben Eisen benötigt wird. Außerdem nimmt das Gegengewicht im Aufzugschacht Raum ein, so daß der Fahrkorb keine den ganzen Schacht ausfüllende Größe haben kann.

Der Gebrauch von Linearmotoren im Zusammenhang mit Auf­ zugsanlagen ist aus US-PS 44 02 386 bekannt. In dieser Patentschrift wird die Benutzung eines Linearmotors am Gegengewicht des Aufzugs offenbart, womit gewisse Vor­ teile erzielt werden, in erster Linie Vorteile hinsicht­ lich der Raumeinsparung und kleinerer beweglicher Massen. Allerdings werden die durch das Vorhandensein eines Ge­ gengewichts und im Zusammenhang mit den Tragseilen be­ stehenden Schwierigkeiten ebensowenig gelöst wie die oben genannten allgemeinen Nachteile hinsichtlich der Konstruktion des Fahrkorbes.

Mit Hilfe der modernen Technik ist es möglich, Frequenzumformer für normale Linearmotoren der zwei-oder dreiphasigen Käfiganker­ bauart zu konstruieren.Eine solche Konstruktion eines Frequenz­ umformers kann beispielsweise mit Impulsbrei­ tenmodulation arbeiten und wird mit Leistungstransisto­ ren verwirklicht. Mit Hilfe eines Frequenzumformeran­ triebs wird eine geeignete Motorkonstruktion erhalten, da eine niedrigere als die Netzfrequenz von 50 oder 60 Hz benutzt werden kann. Wenn nämlich jemand versuchen würde, einen Aufzug mit einem Linearmotor zu bauen, der mit diesen Frequenzen arbeitet, ergäben normale Konstruk­ tionen eine zu große Geschwindigkeit des Aufzugs. Wenn andererseits die Aufzuggeschwindigkeit auf normale Weise beschränkt würde, ergäbe sich eine so hohe Anzahl an Nu­ ten, die der Motor haben muß, wenn keine Invertertechnik angewandt wird, daß eine Konstruktion ausgeschlossen wäre. Die Verwendung eines Linearmotors der Käfiganker­ bauart ohne Frequenzumformer hat einen äußerst niedrigen Wirkungsgrad zur Folge, weil die Geschwindigkeit durch Regeln des Schlupfes gesteuert werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der ge­ nannten Nachteile einen mit Linearmotor ausgestatteten Aufzug zu schaffen, der eine optimale Konstruktion so­ wohl des Fahrkorbes als auch der Aufzugmechanik unabhän­ gig von äußeren Faktoren abgesehen von den Abmessungen des Aufzugschachtes ermöglicht.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird ein Aufzug mit Linearmotor geschaffen, bei dem min­ destens ein Linearmotor, dessen Rotor aus einem ortsfe­ sten, langgestreckten Glied im Aufzugschacht besteht, fest in den Aufbau des Fahrkorbes eingebaut ist.

Die Erfindung bietet verschiedene Vorteile. So können im Vergleich mit herkömmlicher Aufzugkonstruktion minde­ stens das Gegengewicht, die Führungen für das Gegenge­ wicht, das Zugrad, die Maschinenbasis, die Seile, die Ausgleichsseile und der Satz von Ausgleichsrädern am Bo­ den des Schachtes fehlen. Da der Linearmotor unmittel­ bar an den Boden des Aufzugkorbes angebaut werden kann, wirkt die Kraft außerdem unmittelbar unterhalb der Last. Deshalb kann der Fahrkorbaufbau extrem leicht sein, da nur sein Boden hohen Festigkeitsanforderungen genügen muß. Ein weiterer Vorteil besteht in der Verringerung der Wartungs- und Einbauarbeit, denn beispielsweise sind die Seile Teile, die Verschleiß unterliegen und einen Hauptanteil an Arbeitsleistung beim Einbau erfor­ dern. Einen weiteren Vorteil bietet die Einsparung an Raum. Da das Gegengewicht mit seinen Führungen fehlt, kann der Aufzugschacht kleiner sein, und es ist nicht unbedingt ein Maschinenraum im Gebäude nötig.

Die Vorteile der Aufzugkonstruktion gemäß der Erfindung werden besonders deutlich bei kleinen Aufzugsanlagen für bis zu vier Personen, da beispielsweise das vom Motor zu liefernde Drehmoment leicht zu erreichen ist.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Aufzugs gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Fahr­ korb mit zwei Linearmotoren versehen ist, einem an jeder Seite des Fahrkorbes. Dadurch wird beim Anheben eine größere Gleichförmigkeit erzielt.

Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Auf­ zugs gemäß der Erfindung zeichnet sich durch einen Ener­ giespeicher aus, aus dem mindestens ein Teil der vom Li­ nearmotor des Aufzugs benötigten Hubenergie abgeleitet werden kann. Damit ist das Problem gelöst, daß der Li­ nearmotor ziemlich viel Energie braucht, wenn die Last nach oben bewegt wird, weil die Erleichterung aufgrund der Wirkung des Gegengewichtes fehlt. So kann beispiels­ weise die für den Aufzug erforderliche Anfangsenergie von einer am Boden des Schachtes angeordneten Batterie oder einem drehbaren Schwungrad unter Steuerung durch einen Frequenzumformerantrieb geliefert werden, oder die genannten Elemente können als elektrisches Gegenge­ wicht dienen, in welchem die Potentialenergie in Über­ einstimmung mit dem Eigengewicht des Fahrkorbes perma­ nent gespeichert ist. Der Einsatz eines solchen Energie­ speichers mit Hilfe von Frequenzumformertechniken ist bekannt und leicht zu verwirklichen.

Bei einem Aufzug dieser Art stellen die Bremsen ein be­ sonderes Problem dar, weil Seile fehlen. Die Bremsen müssen also am Fahrkorb selbst angebracht werden. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist diese Schwie­ rigkeit dadurch gelöst, daß die Bremsen des Aufzugs aus ortsfesten Seilen bestehen, die von der Decke zum Boden des Aufzugschachtes verlaufen und von Bremseinrichtun­ gen erfaßt werden, die als solche bekannt sind, damit der Fahrkorb durch Klemmwirkung und Reibung angehalten werden kann. Die Bremsseile als solche unterliegen keinem Verschleiß, weil sie sich nicht bewegen und folglich keiner Biegung unterliegen. Auch die als Sicherheits­ vorrichtung gedachte Greifeinrichtung kann auf ähnliche Weise konstruiert sein.

Eine Schwierigkeit kann sich auch dadurch ergeben, daß der Magnetisierungsstrom eines Linearmotors groß ist, wenn der Luftspalt breit ist. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Motor jedoch so konstruiert sein, daß der Rotor des am Fahrkorb ange­ brachten Linearmotors aus der Führung des Fahrkorbes an der Schachtwand besteht, die im wesentlichen vom Boden des Schachtes bis zur Decke reicht. Der Rotor kann, wenn nötig, mit Kupfer verkleidet sein, um die elektri­ schen Merkmale zu verbessern. Die Spannungsfrequenz für einen typischen Linearmotor liegt bei etwa 8 Hz. Da der Schlupf typischerweise etwa 10% beträgt, ist die Rotor­ frequenz meistens weniger als 1 Hz. Bei so niedriger Ro­ torfrequenz sind die Eisenverluste minimal, so daß der Rotor aus einem massiven Eisenkörper, beispielsweise aus der Führung bestehen kann.

Es soll nunmehr das vom Aufzugmotor zu liefernde Drehmo­ ment untersucht werden. Bei einem normalen Aufzug gilt etwa die folgende Gleichung

Mmax = 2,5 Mnim (1)

worin Mmax = vom Motor gefordertes höchstes Drehmoment, Mnim = durch die Last verursachtes Drehmoment.

Es zeigt sich, daß zusätzlich zum Ausgleich des durch die Last verursachten Drehmoments Mnim zum Beschleunigen der Massen das 1,5-fache an Drehmoment erforderlich ist, wenn der Aufzug funktionieren soll. Anders ausgedrückt, das 1,5-fache des zum Stützen der Last benötigten Dreh­ moments ist erforderlich, um die Massen zu beschleunigen. In einem normalen Aufzug gelten typischerweise folgende Werte:

Q =  1000 kg m 1 =  1400 kg m 2 =  1900 kg

worin Q = Nutzlast, m 1 = Gewicht des Fahrkorbes, m 2 = Gewicht des Gegengewichts. Das Gewicht des Fahrkorbes beträgt also etwa das 1,4-fache der Nutzlast, und die Gesamtmasse eines normalen Aufzugs ist 4300 kg.

Als nächstes soll der Fall der vorliegenden Erfindung erörtert werden. Wenn Q = 1000 kg, dann ist 2* Mnim nötig, um diese Last zu stützen, weil kein Gegengewicht vorhanden ist. Das Gewicht des Fahrkorbes läßt sich auch als um 1000 kg reduziert vorstellen, weil die Kon­ struktion vorteilhafter ist. Durch den Motor wird ande­ rerseits ein zusätzliches Gewicht von ca. 400 kg einge­ führt, so daß es netto zu keiner Änderung des Eigenge­ wichts des Fahrkorbes kommt. Zum Abstützen desselben ist folgendes nötig: 2 × 1,4 Mnim = 2,8 Mnim. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß nicht nur das Gegengewicht sondern auch alle rotierenden Trägheits­ massen fehlen, wie der Rotor des Motors, die Ablenk­ scheiben und die Scheiben für die Ausgleichsseile. Auf dieser Grundlage läßt sich grob abschätzen, daß die zu beschleunigenden Massen etwa um die Hälfte reduziert sind, so daß der oben aufgefundene, zum Beschleunigen benötigte Koeffizient (1, 5) des Drehmoments halbiert werden kann und folglich nur noch mit einem Beitrag von 0,75 Mnim berücksichtigt werden muß. Das benötigte Ge­ samtdrehmoment ergibt sich aus einer Summierung der oben genannten Teildrehmomente, wie folgt:

Mmax 1 = 2 Mnim+0,75 Mnim+2,8 Mnim = 5,55 Mnim

Es zeigt sich also, daß ein Drehmomenterfordernis be­ steht, welches etwa doppelt so groß ist wie bei einem normalen Aufzug. Da die Abmessungen des Motors allein von dem nötigen maximalen Drehmoment bestimmt sind, ist der Motor also etwa doppelt so groß wie ein herkömmli­ cher Aufzugmotor.

Da der Motor im Vergleich zu einem Aufzug mit Gegenge­ wicht die zweifache Last anheben muß, ist man leicht ge­ neigt anzunehmen, daß sich der Energieverbrauch verdop­ pelt. Das trifft aber nicht zu, da es mit der modernen Invertertechnik möglich ist, mit ziemlich gutem Wirkungs­ grad Energie in das speisende Netz zurückzuleiten. Es stimmt also, daß beim Anheben des Fahrkorbes die doppelte Energiemenge aus dem Netz entnommen wird. Wenn aber der Fahrkorb nach unten bewegt wird, wird dementsprechend mehr Energie ins Netz zurückgeleitet. Mit anderen Worten: der Gesamtenergieverbrauch ist unverändert.

Ein Aufzug gemäß der Erfindung bietet ferner außeror­ dentlich große Einsparungen an Material, da Gegengewichte usw. unnötig sind. Bei dem vorliegenden Beispiel ergibt sich eine Einsparung der Eisenmenge allein wegen des Fehlens des Gegengewichts im Aufzug gemäß der Erfindung von 1900 kg, was eine beachtliche Menge ist. Die Kon­ struktion des Aufzugs gemäß der Erfindung stellt also insgesamt eine wirtschaftlich vorteilhafte Lösung dar.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaf­ ten Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnun­ gen zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Aufzug gemäß der Erfin­ dung mit zwei Linearmotoren im Aufzugschacht;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Aufzug gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Linearmotor gemäß einem vorteilhaften Aus­ führungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Aufzugschacht 1 zu sehen, in welchem ein Fahrkorb 2 längs Führungen 3 (siehe Fig. 2) auf­ und abbewegt wird. Am Fahrkorb sind zwei Linearmotoren 4 angebaut, um den Fahrkorb gleichmäßig anzuheben. Am Boden des Schachtes ist ein Energiespeicher 5 für die Motoren vorgesehen. Im Schacht sind für die Motoren Ro­ torbleche 6 und ortsfeste Bremsseile 7 vorgesehen, die vom Boden bis zur Decke des Schachtes reichen. Der Fahr­ korb 2 ist mit entsprechenden Bremsbacken 8 versehen, die bei Bremsbetätigung das Bremsseil 7 zwischen sich festklemmen.

Aus Fig. 2 geht leicht hervor, wie wirksam der im Innern eines Schachtes vorhandene Raum bei einem Aufzug gemäß der Erfindung genutzt wird. Ferner zeigt Fig. 2 die An­ ordnung der Führungen 3 sowie von Führungsschuhen 9 im Verhältnis zu den Rotorblechen 6 und den Linearmotoren 4 bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel. Die Füh­ rungsschuhe 9 können zusätzlich zum Führen des Fahrkorbs 2 in einer gegebenen Bahn die Aufgabe haben, durch Lage­ änderung beispielsweise seitliche Stöße zu dämpfen, in­ dem sie möglicherweise in den Führungen vorhandene Ver­ werfungen und Biegungen ausgleichen.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine Führungsstange 10 des Fahrkorbes gleichzeitig den Rotor des Linearmotors bildet. Die Statorwicklungen sind zu beiden Seiten eines Steges 11 der Führungsstange 10 angeordnet und stehen in Verbindung mit der Stromzu­ fuhr zum Motor und mit einer Steuereinheit 12. Es ist also kein getrennter Rotor nötig, und die Statorwicklun­ gen können mit Führungsschuhen zum Dämpfen der Schwin­ gungen des Aufzugs versehen sein, wie oben beschrieben.

Claims (5)

1. Aufzug mit Linearmotor, der zusätzlich zum eigentlichen Fahrkorb (2) einen Linearmotor (4) zum Bewegen des Aufzugs, einen mit dem Linearmotor zusam­ menwirkenden, im Aufzugschacht (1) angebrachten Rotor (6, 10), einen Antrieb für den Linearmotor auf der Ba­ sis der Frequenzumformertechnik sowie eine Bremsein­ richtung (7, 8) zum Anhalten des Fahrkorbs aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Linearmotor (4) am Aufbau des Fahrkorbes (2) fest angebaut ist, dessen Rotor (6, 10) aus einem langge­ streckten, ortsfesten Glied im Aufzugschacht (1) besteht.

2. Aufzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrkorb mit zwei Linearmotoren, an beiden Seiten des Fahrkorbes (2) versehen ist.

3. Aufzug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Energie­ speicher (5) vorgesehen ist, aus dem der Linearmotor (4) mindestens einen Teil seiner Hubenergie entnehmen kann.

4. Aufzug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brems­ einrichtung ortsfeste Bremsseile (7), die sich von der Decke bis zum Boden des Aufzugschachtes (1) erstrecken, und an sich bekannte Bremsbacken (8) aufweist, die die Seile erfassen und den Aufzug durch Klemmwirkung und Reibung anhalten.

5. Aufzug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor des Linearmotors am Fahrkorb (2) eine Führung (10) an der Wand des Aufzugschachtes (1)aufweist, die sich im wesentlichen vom Boden bis zur Decke des Schachtes erstreckt.