DE3836212A1 - Verfahren und vorrichtung zur leistungsverbesserung eines motorgesteuerten, hydraulischen aufzugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Mittel zum Verbes­ sern der Leistung eines Hydraulikaufzugs, der mittels einer von einem Elektromotor gesteuerten Hydraulikpumpe angetrie­ ben wird. Dabei wird Öl aus einem Behälter durch eine Hauptleitung in einen Hubzylinder gepumpt, um den Aufzug aufwärts zu bewegen. Das Öl wird auf gesteuerte Weise durch die Pumpe zum Behälter zurückgeleitet, um den Aufzug ab­ wärts zu bewegen.

Die Fahrgeschwindigkeit eines hydraulischen Aufzugs wird entweder auf herkömmliche Weise mit Hilfe eines Steuerven­ tils gesteuert, beispielsweise gemäß US-PS 38 42 943 und 42 49 641 oder durch Ändern der Drehgeschwindigkeit des die Pumpe beaufschlagenden Elektromotors. Ein Beispiel für das zuletzt genannte Verfahren findet sich in der britischen Patentveröffentlichung 15 22 044. Da die Erfindung eine Verbesserung an den motorgesteuerten Systemen vorschlägt, wird auf diese in der folgenden Beschreibung eingegangen.

Bei einer motorgesteuerten Anlage wird der Aufzug auf fol­ gende Weise in Aufwärtsrichtung angetrieben:

• - Das Steuersystem startet den Elektromotor und die Pumpe in Aufwärtsrichtung und beginnt diese gemäß einem festlie­ genden Schema zu beschleunigen.
• - Der Druck des von der Pumpe fließenden Öls öffnet ein Ge­ genventil, welches zwischen der Pumpe und dem Zylinder an­ geordnet ist, so daß das in den Zylinder einfließende Öl beginnt, den Kolben nach oben zu drängen. Mit der sich be­ schleunigenden Umdrehung der Pumpe nimmt die Bewegungsge­ schwindigkeit des Kolbens und des Fahrkorbes entsprechend zu.
• - Wenn der Fahrkorb die nominelle Geschwindigkeit erreicht hat, laufen Elektromotor und Pumpe weiter mit konstanter Geschwindigkeit.
• - Wenn sich der Aufzug dem Bestimmungsstockwerk nähert, verringert das Steuersystem die Drehgeschwindigkeit des Mo­ tors auf solche Weise, daß der Aufzug in der gewünschten Weise verlangsamt wird, wenn sich der Fahrkorb dem Stock­ werkniveau annähert. Hat der Fahrkorb das Niveau des Be­ stimmungsstockwerks erreicht und läuft der Elektromotor so langsam, daß die Pumpe nur noch eine Strömung entsprechend ihrer internen Leckverluste erzeugt, dann wird das federbe­ lastete Gegenventil zwischen der Pumpe und dem Zylinder ge­ schlossen. Nunmehr kann der Motor angehalten werden, wo­ raufhin der Fahrkorb, unterstützt durch das Gegenventil, auf dem Stockwerksniveau stehenbleibt.

Auch die Abwärtsbewegung des Aufzugs wird mittels des Elek­ tromotors gesteuert, da es hierdurch möglich ist, das glei­ che Steuersystem wie für die Aufwärtsbewegung zu benutzen:

• - Das Gegenventil oder ein Absenkventil im Nebenschluß zum Gegenventil wird mittels eines Magnetventils geöffnet.
• - Das Öl kann dann aus dem Zylinder in die Pumpe strömen, die sich damit zu drehen beginnt und als Hydraulikmotor wirkt.
• - Das Steuersystem stellt die Geschwindigkeit des Elektro­ motors zum Bremsen der Pumpe so ein, daß die gewünschte Ge­ schwindigkeitsänderung des Fahrkorbes erzielt wird, nämlich Beschleunigung - Antrieb mit gleichbleibender Geschwindig­ keit - Verlangsamung.
• - In der letzten Stufe der Verlangsamung, wenn sich der Fahrkorb dem Bestimmungsniveau mit niedriger Geschwindig­ keit nähert, wird der Steuerstrom zum Gegenventil (Absenk­ ventil) unterbunden, woraufhin sich das Ventil schließt und der Aufzug zum Halten kommt. Die Zufuhr des elektrischen Stroms zum Motor kann nunmehr abgeschaltet werden.

Es ist wünschenswert, die von der Pumpe zum Elektromotor während des Abwärtsantriebs übertragene Energie in das Netz zurückzuleiten. Bei Verwendung eines Käfigläufermotors ge­ schieht das nur, wenn der Motor mit einer seine Synchronge­ schwindigkeit übersteigenden Geschwindigkeit läuft. In vielen Fällen verursacht jedoch das übersynchrone Nacheilen des Motors gemeinsam mit dem internen Leckverlust der Pumpe, daß die Geschwindigkeit bei der Abwärtsbewegung übergroß wird.

Diese Schwierigkeiten können vermieden werden, wenn zum Steuern des Motors ein Inverter benutzt wird; aber in den meisten Fällen ist diese Lösung zu teuer. Aus diesem Grund wird meistens kein generatormäßiger Abwärtsantrieb gewählt, bei dem der Motor Energie ins Netz speist, sondern statt­ dessen wird der Motor auf solche Weise gebremst, daß die von der Pumpe empfangene mechanische Energie in Wärme im Motor umgewandelt wird. Das hat nicht nur einen sehr gerin­ gen Wirkungsgrad der Anlage zur Folge, sondern auch eine wesentlich höhere Wärmebelastung des Motors als beispiels­ weise bei einem ventilgesteuerten System, bei dem der Motor während der ganzen Abwärtsbewegungsphase stillsteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Beibehaltung der Vor­ teile eines einfachen motorgesteuerten Systems die Leistung auf einfache Weise zu verbessern und die Wärmebelastung des Motors zu verringern.

Zur Lösung der zugrundeliegenden Aufgabe zeichnet sich die Erfindung im wesentlichen dadurch aus, daß beim Antrieb des Aufzugs in Abwärtsrichtung der Öldruck in der Hauptleitung mit Hilfe eines Gegenventils oder Absenkventils auf ein im wesentlichen vorherbestimmtes, konstantes Niveau reduziert wird, wobei das Ventil zum Ausgleich für den Pumpendruck eine Rückkopplungsverbindung mit der Hauptleitung über ein Druckausgleichsventil hat, welches das Strömungsvolumen durch das Gegenventil oder Absenkventil steuert.

Die durch die Erfindung erzielte Verbesserung der Leistung der Anlage wird erreicht durch Minimierung der während des Abwärtsfahrens aus dem Netz entnommenen Menge an elektri­ scher Energie. Das führt gleichfalls zu einer reduzierten Wärmebelastung des Motors und zu einem niedrigeren Arbeits­ druck in der Pumpe. Darüber hinaus ist, wie weiter unten noch näher erläutert wird, ein wesentlich rascheres An­ sprechvermögen der Anlage beim Anhalten des Fahrkorbes ver­ wirklicht, so daß der Fahrkorb exakter als zuvor angehalten werden kann.

Die weiteren Ausführungsbeispiele der Erfindung zeichnen sich durch die in den beigefügten Ansprüchen gekennzeichne­ ten Merkmale aus.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung des Prinzips eines der Ausführungsbeispiele der Erfindung;

Fig. 2 ein Beispiel der Anordnung des Fahrkorbs in den Aufzugschacht.

Wie aus dem das Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellenden Diagramm gemäß Fig. 1 hervorgeht, wird eine hydraulische Pumpe 3 von einem elektrischen Motor 2 ange­ trieben, der von einer gewöhnlichen Thyristor-Antriebsein­ heit 1 gesteuert ist, welcher an eine dreiphasige Netzver­ sorgung angeschlossen ist. Die Pumpe 3 steht mit einem Hub­ zylinder 4 über eine hydraulische Hauptleitung 16 und ein Gegenventil 5 in Verbindung. Im Ruhezustand der Anlage wird das Gegenventil geschlossen gehalten, das heißt, eine Spin­ del 6 des Ventils wird mittels einer am oberen Ende der Spindel angebrachten Feder 7 und durch den Druck des Öls im Federraum in abgesenkter Stellung gehalten.

Bei Erregung eines Magnetventils 10 kann das Öl im Raum oberhalb der Spindel 6 des Gegenventils 5 durch eine Dros­ sel 9, das Magnetventil 10 und ein vorgespanntes Ventil 11 in einen Behälter 15 fließen. Der Druck im Raum oberhalb der Spindel 6 des Gegenventils 5 sinkt rapid ab, und der Druck im hydraulischen Hubzylinder 4 beginnt, die Spindel 6 nach oben zu drücken, wobei das Gegenventil 5 allmählich geöffnet wird.

In diesem Stadium beginnt die Pumpe 3 zu laufen, und Öl be­ ginnt aus dem Behälter 15 zur Pumpe zu fließen. Zur glei­ chen Zeit beginnt der zunehmende Druck eine Spindel 12 des vorgespannten Ventils 11 in geschlossene Stellung zu schie­ ben, bis der auf die Spindel 12 wirkende Öldruck dem Druck einer Feder 13 gleicht. Damit hört der Druck in der Pumpe 3 zu steigen auf, weil das Gleichgewicht im Ventil 11 verur­ sacht, daß die Spindel 6 in ihrer gegenwärtigen Stellung angehalten wird, da der Ölfluß aus dem Gegenventil 5 durch eine Drossel 8 dem Fluß durch das vorgespannte Ventil 11 gleicht und kein wirksamer Fluß durch die Drossel 9 statt­ findet.

Wenn sich die Umdrehungsgeschwindigkeit der Pumpe 3 ändert, ändert sich gleichfalls der auf die Spindel 12 wirkende Druck, wodurch ihr Gleichgewichtszustand gestört und sie veranlaßt wird, eine neue Stellung einzunehmen, was die Strömung durch das vorgespannte Ventil 11 ändert. Als Er­ gebnis erscheint ein wirksamer Fluß durch die Drossel 9, und die Spindel 6 wird bewegt, so daß die Strömung durch das Gegenventil 5 der Strömung durch die Pumpe entspricht, und das bedeutet, daß der Druck in der Pumpe auf den einge­ stellten Wert wiederhergestellt wird und die Spindel 12 in ihre Ausgleichsposition zurückkehrt. Da der Druck damit konstant gehalten wird, hängt die Geschwindigkeit des Auf­ zugs allein von der Drehgeschwindigkeit der Pumpe und folg­ lich von der Stellung der Spindel 6 des Gegenventils 5 ab.

Wenn der Fahrkorb sich dem Bestimmungsniveau nähert, bewegt er sich mit geringer Geschwindigkeit, und die Spindel 6 des Gegenventils 5 befindet sich in der Nähe ihrer Schließstel­ lung. Im Moment des Anhaltens wird der Steuerstrom zum Ma­ gnetventil abgeschaltet und das Gegenventil unmittelbar ge­ schlossen, da der Raum oberhalb der Spindel 6 mit Öl ge­ füllt ist, welches durch das Gegenventil 5 und die Drosseln 8 und 9 aus dem hydraulischen Hubzylinder 4 strömt. Das Ventil wird vor allen Dingen deshalb schnell geschlossen, weil gemäß der Erfindung die Spindel sich bereits in der Nähe ihrer Schließstellung befindet, wenn sich der Aufzug mit langsamer Geschwindigkeit bewegt. Die Zufuhr von elek­ trischem Strom zum Pumpenmotor kann nunmehr abgeschaltet werden. Da bekanntermaßen die Spindel bei gegenwärtigen Aufzuganlagen keine Regelfunktion hat, bedeutet dies, daß mit der Erfindung ein wesentlicher Vorteil erzielt wird. Bei einem hier vorgesehenen Ventil 14 handelt es sich um ein pflichtgemäß vorgesehenes Sicherheitsventil, welches keine Bedeutung für den Betrieb der Anlage gemäß der Erfin­ dung hat.

Der auf die Pumpe wirkende Druck und folglich das Drehmo­ ment des Elektromotors wird vom Federdruck der Feder 13 des vorgespannten Ventils 11 bestimmt. Dieser Federdruck wird auf einfache Weise mittels einer Stellschraube am Ende des Ventils eingestellt, und zwar vorzugsweise auf einen sol­ chen Wert, daß nur ein Bruchteil (2 . . . 3 bar) des vom Fahr­ korb erzeugten Drucks vom Motor aufgenommen werden muß. Auf diese Weise kann der größte Teil des vom Fahrkorb erzeugten Drucks und die Last als Ganzes vom Gegenventil 5 übernommen werden. Um den größtmöglichen Vorteil zu erzielen sollte in der Tat der Pumpenlastdruck auf einen solchen Wert einge­ stellt werden, daß die Pumpe während des Abwärtsantriebs den Motor mit dem kleinstmöglichen Drehmoment umdreht, bei dem das elektrische Steuersystem den Aufzug noch in Über­ einstimmung mit der vorherbestimmten Geschwindigkeitskurve antreiben kann.

In Aufwärtsrichtung wird der Aufzug auf bekannte Weise an­ getrieben, und natürlich muß der elektrische Motor 2 sowie die Pumpe 3 im Stande sein, einen vollen Hubdruck im hydraulischen Hubzylinder 4 zu erzeugen. Wie schon erwähnt, zielt die Erfindung darauf ab, die Hitzebelastung des Mo­ tors auf ein Minimum einzuschränken, die sich aus der not­ wendigen Energieableitung ergibt, wenn der ganze Druck des hydraulischen Hubzylinders 4 auf die Pumpe 3 ausgeübt wird, wie das bei bekannten Anlagen der Fall ist. Die erwähnte Minimierung des Drucks bedeutet gleichfalls, daß die Vor­ richtung gemäß der Erfindung keine Energie erzeugt, die ins Netz zurückzuleiten wäre. Und damit ist es aus den schon genannten Gründen möglich, einfache Motorantriebe auf der Basis von Thyristoren zu verwenden. Natürlich erlaubt es die Erfindung, das den Motor drehende Drehmoment gegebenen­ falls auf einen Wert oberhalb des Mindestwertes zu erhöhen, so daß der Motor 2 beispielsweise bei Verwendung eines In­ verters als Generator wirken kann.

Statt die in Fig. 1 dargestellte Lösung anzuwenden, läßt sich die Erfindung auch dadurch verwirklichen, daß das Ge­ genventil 5 durch ein gewöhnliches Gegenventil zusammen mit einem parallel dazugeschalteten, steuerbaren Absenkventil, welches als Druckausgleichsventil wirkt, ersetzt wird. Statt eines vorgespannten Druckausgleichsventils als Ventil 11 kann auch ein direkt gesteuertes Druckausgleichsventil benutzt werden, bei dem die Strömung von der gleichen Spin­ del sowohl gemessen als auch geregelt wird.

Bei der Aufzuganlage, bei der das Verfahren gemäß der Er­ findung verwirklicht ist, können mit Vorteil auch Gegenge­ wichte wie die in normalen Aufzuganlagen zu findenden be­ nutzt werden, was in Fig. 2 dargestellt ist, die ein Bei­ spiel der Aufhängung eines Fahrkorbes zeigt. In dieser Fi­ gur ist ein Fahrkorb mit 17, ein Gegengewicht mit 18 und ein Hubzylinder mit 19 bezeichnet. Aus Gründen der Klarheit ist hier der Aufzugschacht 20 in übertrieben verkürzter Hö­ hendimension dargestellt.

Normalerweise können ventilgesteuerte, hydraulische Aufzüge nicht mit schweren Gegengewichten versehen werden, da der Druckunterschied über das Steuerventil hinweg sich im Ver­ hältnis zum Gegengewicht verringert. Bei einem gewöhnlichen Steuerventil muß dieser Druckunterschied beträchtlich sein, wenn sichergestellt werden soll, daß das Ventil steuerbar ist. Bei einer Anlage, bei der die Erfindung verwendet ist, kann das Gewicht des Gegengewichts 18 bis zu 70 . . . 80% des Gewichts des Fahrkorbes 17 ausmachen, da der Abwärtsölfluß für die Abwärtsbewegung des Aufzugs vom Motor in Gang ge­ setzt wird, der das Ventil selbst dann zuverlässig öffnet, wenn nur ein geringer Druckunterschied über das Gegenventil 5 gemäß Fig. 1 herrscht. Damit wird die Größe des Elektro­ motors, der Hydraulikpumpe und des Hubzylinders für den Aufzug, insbesondere im Hinblick auf die Hubbewegung weiter reduziert.

Claims (7)

1. Verfahren zur Leistungsverbesserung eines motorgesteu­ erten, hydraulischen Aufzugs, bei dem Öl mit einer von einem elektrischen Motor (2) gesteuerten hydraulischen Pumpe (3) aus einem Behälter (15) durch eine Hauptleitung (16) in einem Hubzylinder (4) gepumpt wird, um den Aufzug aufwärts zu bewegen, und bei dem das Öl auf gesteuerte Weise durch die Pumpe in den Behälter zurückgeleitet wird, um den Aufzug abwärts zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abwärtsan­ trieb des Aufzugs der Öldruck in der Hauptleitung (16) mit Hilfe eines Gegenventils oder Absenkventils (5) auf ein im wesentlichen vorherbestimmtes, konstantes Niveau abgesenkt wird, wobei das Ventil zum Ausgleich des Drucks in der Pumpe (3) eine Rückkopplungsverbindung mit der Hauptleitung (16) über ein Druckausgleichsventil (11) hat, welches das Strömungsvolumen durch das Gegenventil oder Absenkventil (5) steuert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die hydrauli­ sche Pumpe (3) belastende Druck auf einen solchen Wert ein­ gestellt wird, daß beim Abwärtsantrieb die Pumpe mit dem geringstmöglichen Motordrehmoment gedreht wird, welches es dem elektrischen Steuersystem (1) ermöglicht, den Aufzug in Übereinstimmung mit einer festgelegten Geschwindigkeits­ kurve anzutreiben.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen und Schließen des Gegenventils oder Absenkventils (5) mittels eines gesonderten Magnetventils (10) gesteuert wird, wel­ ches zwischen das Gegenventil oder Absenkventil (5) und das Druckausgleichsventil (11) geschaltet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrkorb (17) mit einem Gegengewicht (18) von solcher Größe versehen wird, daß der größte Teil des Gewichts des leeren Fahrkorbs ausgeglichen wird.

5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß An­ spruch 1 zur Leistungsverbesserung eines motorgesteuerten, hydraulischen Aufzugs mit einer an einen Elektromotor (2) angeschlossenen Hydraulikpumpe (3), einem Ölbehälter (15) und einer vom Behälter zur Pumpe und weiter zu einem Hubzy­ linder (4) des Aufzugs führenden Hauptleitung (16), dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsvorrich­ tung des Aufzugs während des Abwärtsantriebs aus einem Ge­ genventil oder Absenkventil (5) besteht, welches den Öl­ druck reduziert, und einem Druckausgleichsventil (11), wel­ ches an das zuerst genannte angeschlossen ist und den Druck in der Hauptleitung (16) wahrnimmt, wodurch der Druck in der hydraulischen Pumpe (3) auf einem im wesentlichen gleichbleibenden, vorherbestimmten Niveau gehalten werden kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein eigenes Ma­ gnetventil (10) zum Steuern des Öffnens und Schließens des Gegenventils oder Absenkventils (5) zwischen dieses Ventil und das Druckausgleichsventil (11) geschaltet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrkorb (17) mit einem Gegengewicht (18) versehen ist, welches den größten Teil des Gewichts des leeren Fahrkorbs (17) aus­ gleicht.