DE4034666A1 - Hydraulischer aufzug mit geringem energieverbrauch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Aufzug mit geringem Energiever­ brauch gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Im übrigen befaßt sich die Erfindung mit der Steuerung, insbesondere der Geschwindigkeitssteuerung des hydraulischen Aufzugs mit einem Leistungs­ speicher zur Speicherung von Hubenergie.

Es ist eine hydraulische Hubvorrichtung bekannt, wie sie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist. Ein Tauchkolben oder Stempel 15 trägt einen Käfig 2 zur Aufnahme von Personen und/oder Lasten am oberen Ende und taucht in ei­ nen Hydraulikzylinder 16 ein. Ein Arbeitsfluid X strömt aus einem Öltank in den Zylinder 16 oder von diesem in den Öltank entsprechend der Arbeits­ weise einer nicht gezeigten Hydraulikpumpe, so daß der Käfig 2 aufwärts und abwärts bewegt wird. Es ist weiterhin bekannt, gemäß Fig. 3 das obere Ende des Käfigs 2 mit einem Ende eines Drahtes 17 zu verbinden, der über Rollen 18 zu einem Gewicht 19 führt, das am anderen Ende des Drahtes befestigt ist. Dieses Gegengewicht zieht den Käfig 2 bei dessen Aufstieg aufwärts, so daß die von der Hydraulikpumpe zu bewältigende Last um den Anteil des Ge­ gengewichts verringert wird.

Im Falle einer hydraulischen Hubvorrichtung gemäß Fig. 2 ergibt sich die er­ forderliche Antriebsleistung des Pumpenmotors beim Aufstieg des Aufzugs mit einer Geschwindigkeit V aus der folgenden Gleichung, in der das Ge­ wicht des Käfigs 2 mit A, das Gewicht des Stempels 15 mit B und das maxi­ male Ladegewicht mit W bezeichnet ist:

(A+B+W)×V (1)

Da die Gesamtlast in diesem Falle hoch ist, wird ein Motor mit hoher Lei­ stung benötigt, und es kommt zu einer nennenswerten Erhöhung der Tem­ peratur des Arbeitsfluids.

Im Falle einer Hubvorrichtung gemäß Fig. 3 ergibt sich die Leistung des An­ triebsmotors beim Aufstieg des Käfigs mit einer Geschwindigkeit V aus der folgenden Gleichung, in der das Gewicht des Gegengewichts 19 mit Z be­ zeichnet ist:

(A+B+W-Z)×V (2)

Die Last und damit die erforderliche Motorleistung sind daher geringer als im obigen Fall. Da jedoch das Gegengewicht von dem zugehörigen Gebäude aufgenommen werden muß, wird zusätzlicher Platz in dem Gebäude benötigt, und eine dem aufzunehmenden Gewicht entsprechende statische Auslegung ist ebenfalls erforderlich.

Beim Abstieg der beschriebenen hydraulischen Hubvorrichtung ist es üblich, das Arbeitsfluid in dem Zylinder durch ein Drosselventil in den Öltank zu­ rückströmen zu lassen und dabei die Geschwindigkeit durch das Eigenge­ wicht des Aufzugs zu steuern. Im Falle eines Aufzugs gemäß Fig. 3 ist dies je­ doch nur möglich, wenn das Gewicht Z des Gegengewichts geringer als das Gesamtgewicht (W+A+B) der Last, des Käfigs und des Stempels ist.

Bei herkömmlichen hydraulischen Hubvorrichtungen wurde ein Dreiphasen- Induktionsmotor (im folgenden Motor genannt) kombiniert mit einer Hydraulik­ pumpe, und das Arbeitsfluid wurde von dem Öltank in den Zylinder durch eine Hydraulikpumpe und umgekehrt von dem Zylinder in den Öltank über ein hydraulisches Richtungssteuerventil gepumpt, so daß die Hubvor­ richtung aufwärts und abwärts bewegt werden könnte. Dabei erfolgte die Geschwindigkeits­ steuerung des Aufzugs durch Richtungssteuerung des Durch­ satzes des Arbeitsfluids mit Hilfe eines Richtungssteuerventils (Pilotventils). Bei einer derartigen Steuerung war jedoch die Charakteristik des Steuerven­ tils beim Beginn der Abwärtsfahrt nicht zufriedenstellend, so daß der Start unkomfortabel war. Bei der Beschleunigung vibrierte der Aufzug erheblich. Das Arbeitsfluid erwärmte sich stark.

Es ist daher versucht worden, die Drehzahl des Motors über die Frequenz der Stromquelle zu ändern und eine Stromquelle mit Inverter-Steuerung zu ver­ wenden. Diese und andere Lösungsansätze haben bisher jedoch nicht zum Er­ folg geführt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Aufzug zu schaffen, der einen geringen Energiebedarf aufweist und mit einem relativ kleinen Motor auskommt und dessen Arbeitsfluid sich nicht übermäßig erwärmt. Ferner soll die Geschwindigkeitssteuerung dahingehend verbessert werden, daß gleich­ mäßig und komfortabel gefahren werden kann, ohne daß es zu Beginn des Abstiegs zu Stößen kommt. Auch bei Ankunft nach einer Abwärtsfahrt soll der Komfort erhöht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen hydraulischen Aufzug mit einer Verbindungsleitung zwischen einem Zylinder eines Hauptaufzugs, der einen Stempel sowie einen mit diesem verbundenen Käfig zur Aufnahme von Personen und/oder Lasten bei der Auf- und Abwärtsbewegung entspre­ chend der Fluidzufuhr oder -abfuhr in bezug auf den Hauptzylinder umfaßt, und einem Ausgleichsaufzug, der einen Stempel umfaßt, an dem ein festes Ausgleichsgewicht und ein einstellbares Ausgleichsgewicht befestigt sind, und einem Ausgleichszylinder. Der Aufzug ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder über eine Hydraulikpumpe verbunden ist, daß die Druckdiffe­ renz zwischen hydraulischem Druck in der Verbindungsleitung auf der Seite des Hauptaufzugs und der Seite des Ausgleichsaufzugs dadurch gering gehal­ ten ist, daß das einstellbare Ausgleichsgewicht etwa die Hälfte der Maximal­ last ausmacht, daß ein Notablaßventil zur Abgabe des Arbeitsfluids auf der Seite des Hauptaufzugs vorgesehen ist, daß eine Hydraulikpumpe zur Modifizie­ rung der relativen Positionen des Hauptzylinders und des Ausgleichszylinders vorgesehen ist, die für den Fall, daß das Lastgewicht des Hauptaufzugs größer als das einstellbare Ausgleichsgewicht ist, das Arbeitsfluid vom Ausgleichszy­ linder zum Hauptzylinder des Hauptaufzugs fördert durch Antreiben der Hy­ draulikpumpe in der Verbindungsleitung beim Aufstieg des Hauptaufzugs, während das Arbeitsfluid in dem Hauptzylinder in Richtung des Ausgleichszy­ linders strömt, wenn der Hauptaufzug unter seinem Eigengewicht absinkt, und die Hydraulikpumpe und der Motor durch das strömende Arbeitsfluid ge­ dreht werden, und daß, wenn das Lastgewicht des Hauptaufzugs kleiner als das einstellbare Ausgleichsgewicht ist, das Arbeitsfluid in dem Ausgleichszy­ linder durch die Verbindungsleitung in Richtung des Hauptzylinders strömt, indem der Ausgleichsaufzug unter seinem Eigengewicht absinkt, und die Hy­ draulikpumpe und der Motor durch das strömende Arbeitsfluid beim Aufstei­ gen des Hauptaufzugs gedreht werden, während ein Hydraulikkreis zum För­ dern des Arbeitsfluids vom Hauptzylinder zum Ausgleichszylinder durch An­ treiben der Hydraulikpumpe in der Verbindungsleitung beim Absinken des Hauptaufzugs gebildet ist, und daß eine Einrichtung zur Inverter-Steuerung des Motors für das Antreiben der Hydraulikpumpe vorgesehen ist.

Weiterhin besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Steuerung der Ge­ schwindigkeit des Aufzugs, bei dem ein Aufzug, der mit einem Stempel ver­ bunden ist, aufwärts und abwärts durch Einleiten eines Arbeitsfluids von ei­ nem Öltank in einen Zylinder über ein Steuerventil mit Hilfe einer Hydraulik­ pumpe bewegt wird, mit einer Leitung für das Arbeitsventil, die das Steuer­ ventil und die Hydraulikpumpe über ein Rückschlagventil mit einem Öltank verbindet, wobei der Motor, der die Hydraulikpumpe antreibt, durch eine In­ verter-Energiequelle mit zugehöriger Steuereinrichtung steuerbar ist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Druck innerhalb der Leitung negativ gemacht wird durch Antreiben des Motors über einen vorgegebenen Zeitraum und Betätigung der Hydraulikpumpe in Richtung einer Rückführung des Arbeitsfluids zum Öltank und damit zum Absenken des Anlaufwiderstan­ des des Motors und der Hydraulikpumpe bei Beginn der Abwärtsfahrt des Aufzugs, daß Druck an die Leitung angelegt wird durch Öffnen des Steurven­ tils und Einleiten von Arbeitsfluid aus dem Zylinder in die Leitung und die Hydraulikpumpe, daß das Arbeitsfluid in den Öltank zurückgeführt wird, daß die Hydraulikpumpe und der Motor durch Zurückströmen des Arbeitsfluids antreibbar sind, daß zugleich die Anzahl der Umdrehungen des Motors mit Hilfe eines Detektors ermittelt wird und daß der Motor um die gleiche An­ zahl von Umdrehungen gedreht wird wie die synchrone Anzahl der Umdre­ hungen durch Einschalten der Inverter-Energiequelle, wenn die Anzahl der Umdrehungen die synchrone Umdrehungsanzahl des Motors erreicht hat.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Aufzugs mit geringem Energiebedarf;

Fig. 2 und 3 sind Darstellungen herkömmlicher Fahrstühle;

Fig. 4 veranschaulicht schematisch einen hydraulischen Aufzug mit einer Vorrichtung zur Geschwindigkeitskontrolle mit Hilfe einer Inverter-Leistungsquelle;

Fig. 5 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Steuerung ge­ mäß der Erfindung;

Fig. 6 zeigt in einem Diagramm die Charakteristik des Leistungs­ verbrauchs bei der Aufwärtsbewegung des hydraulischen Aufzugs;

Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Öffnung des Steuerventils und einer Anzahl von Umdrehungen des Motors bei Abwärtsbewegungen des Aufzugs zeigt.

Erfindungsgemäß wird ein Ausgleichsgewicht verwendet, das etwa das halbe Gewicht des maximalen Lastgewichts W des Aufzugs aufweist. Das Ausgleichs­ gewicht ist an einem festen Gewicht eines Ausgleichsaufzugs angebracht. Die Druckdifferenz zwischen dem Hydraulikdruck in einer Verbindungsleitung auf der Seite des Hauptaufzugs und in der Verbindungsleitung auf der Seite des Ausgleichsaufzugs ist gering. Wenn der Hauptaufzug ohne Aufnahme von Personen oder Lasten aufsteigt, ist die Last auf der Seite des Ausgleichsauf­ zugs im ½ W größer. Durch Verbindung der Zylinder der beiden Fahrstühle und durch Absenken des Ausgleichsaufzugs mit Hilfe seines Eigengewichts wird der Hauptaufzug mit einem Druck angehoben, der etwa ½ W ent­ spricht. In diesem Falle wird die Hydraulikpumpe daher nicht benötigt. Es wird daher auch keine elektrische Energie zum Antreiben der Hydraulikpumpe benötigt. Da die Hydraulikpumpe zu dieser Zeit gedreht wird, während das Arbeitsfluid durch die Verbindungsleitung strömt, kann der Motor als Ge­ nerator wirken und Leistung zu dem Inverter zurückführen. Wenn dies zu­ nimmt, kann die Leistung mit Hilfe einer äußeren Dämpfungswiderstandsein­ heit als thermische Energie für verschiedene Verwendungen, etwa die Her­ stellung von Warmwasser, zur Heizung etc. oder zur Abgabe außerhalb des Raumes mit Vorteil eingesetzt werden.

Wenn in diesem Falle der Hauptaufzug absteigt, wird das Arbeitsfluid in dem Hydraulikzylinder, das unter dem Druck des Gewichts des Käfigs und des Stem­ pels des Hauptaufzugs steht, in den Unterzylinder des Ausgleichsaufzugs ge­ leitet. Dabei wird ein Druck, der etwa ½ W entspricht, durch die Hydraulik­ pumpe hinzugefügt. Auf diese Weise steigt der Ausgleichsaufzug mit dersel­ ben Geschwindigkeit V auf, mit der der Hauptaufzug absinkt. Die für den Mo­ tor in diesem Falle erforderliche Leistung ergibt sich etwa aus folgender Glei­ chung:

½ W×V (3)

Es ist daher vorteilhaft, daß es möglich ist, mit einem Motor mit sehr gerin­ ger Leistung, verglichen mit einem Betrieb nach den obigen Gleichungen (1) oder (2) zu arbeiten.

Wenn andererseits der Hauptaufzug unter Zugabe der maximalen Gewichtsbe­ lastung W aufsteigt, wird die Last auf der Seite des Hauptaufzugs um ½ W größer. Daher wird das Arbeitsfluid in dem Unterzylinder, das durch das Ge­ wicht des Ausgleichsgewichts, des festen Gewichts und des Stempels des Ausgleichsaufzugs belastet ist, in den Hauptzylinder des Hauptaufzugs über­ führt, während einer Druck, der dem Gewicht ½ W entspricht, durch die Hydraulikpumpe hinzugeführt wird. Auf diese Weise steigt der Hauptaufzug auf, und der Ausgleichsaufzug sinkt ab. Die für den Motor der Hydraulikpumpe erforderliche Leistung wird in diesem Falle ähnlich wie in Gleichung (3) ausgedrückt, indem die Aufstiegs- und Abstiegsgeschwindigkeit des Aufzugs als V angesetzt wird. Auch in diesem Falle ergibt sich daher eine beträchtliche Energieeinsparung.

Wenn der Hauptaufzug unter den genannten Voraussetzungen absinkt, indem die Zylinder der beiden Fahrstühle verbunden und der Hauptaufzug aufgrund seines Eigengewichts herabgelassen wird, steigt der Ausgleichsaufzug mit der­ selben Geschwindigkeit auf, mit der der Hauptaufzug absinkt. Es ist daher nicht notwendig, die Hydraulikpumpe anzutreiben, und die zurückgewonnene Energie kann genutzt werden, wie oben beschrieben wurde.

Wie dargelegt, beträgt das Gewicht des Ausgleichsaufzugs etwa die Hälfte des maximalen Lastgewichts. Dieses Gewicht ist von der Wirksamkeit her beson­ ders wichtig, so daß die Druckdifferenz zwischen der Verbindungsleitung auf der Seite des Hauptaufzugs und derjenigen auf der Seite des Ausgleichsauf­ zugs insgesamt beim Gebrauch des Aufzugs gering ist.

Da ein Notablaßventil in der Verbindungsbahn auf der Seite des Hauptaufzugs vorgesehen ist, kann auch bei einer Beschädigung des Ausgleichsaufzugs oder der Hydraulikpumpe der Hauptaufzug abgesenkt werden.

Da die Hydraulikpumpe austretendes Arbeitsfluid dem Unterzylinder zuführt, wird die relative Position des Ausgleichsaufzugs im Verhältnis zu dem Haupt­ aufzug stets konstant gehalten.

Da die Leistung des Motors geringer ist, wie aus Gleichung (3) hervorgeht, kann ein kleiner und kostengünstiger Motor verwendet werden, dessen elektrische Installation ebenfalls kostengünstig ist.

Da das Arbeitsfluid im wesentlichen zwischen den Zylindern ausgetauscht wird, kann der Öltank zur Speicherung des Arbeitsfluids verhältnismäßig klein gehalten werden. Dies bietet räumliche Vorteile. Da im übrigen die Er­ wärmung des Arbeitsfluids gering ist, kann die erforderliche Ölmenge ge­ senkt werden.

Da der Ausgleichsaufzug in einem nicht benötigten Teil eines Gebäudes un­ tergebracht werden kann, ist es nicht erforderlich, zusätzlichen Raum zu schaffen, und es ist auch nicht notwendig, Änderungen der Gebäudestatik vorzunehmen. Da die Stromquelle des Antriebsmotors inverter-gesteuert ist, entfällt der unkomfortable Stoß während der Beschleunigung aufgrund der Geschwindigkeitssteuerung (siehe japanische Patentanmeldung 2-1 52 784). Im übrigen ist es auch möglich, eine übliche variable Pumpe ohne Inverter zu verwenden.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kehrt beim Absinken des Aufzugs das Arbeitsfluid in dem Zylinder in den Öltank über das Steuerventil und die Hydraulikpumpe zurück, da das Steuerventil unterhalb des Zylinders geöffnet wird. Dabei werden die Hydraulikpumpe und der mit dieser verbun­ dene Motor gedreht. Die Beziehung zwischen der Öffnung des Steuerventils und der Drehung des Motors ist in Fig. 7 gezeigt. Bei zunehmender Öffnung, d. h. über die Zeit, nimmt die Drehzahl des Motors nach und nach zu. Wenn die Öffnung groß ist bzw. längere Zeit anhält und der absinkende Aufzug be­ schleunigt ist, tritt beim Start kein Stoß auf, wenn das zurückfließende Öl nicht mit der Frequenz des Inverters synchronisiert ist.

Wenn daher die Drehzahl des Motors vor Erreichen der vollen Absinkge­ schwindigkeit beliebig ist, wird der Motor zwangsweise mit derselben Dreh­ zahl gedreht wie der Inverter-Antrieb. Auf dieses Weise hängt die Menge des Arbeitsfluids, das in den Öltank zurückkehrt, bezogen auf die Zeiteinheit, nicht von der Öffnung des Ventils ab, sondern sie wird konstant, so daß die Abstiegsgeschwindigkeit des Aufzugs über die Drehzahl des Motors gesteuert werden kann.

Eine herkömmliche verbesserte Geschwindigkeitskontrolle mit Hilfe des In­ verter-Antriebs ist in der oben beschriebenen Weise aufgebaut, jedoch reicht der Komfort vor dem Start mit Inverter-Schaltung nicht aus. Dies beruht auf dem höheren Anlaufwiderstand des Motors und der Hydraulikpumpe, die in diesem Fall als Hydraulikmotor wirkt, so daß der höhere Druck am Ausgang des Steuerventils dazu führt, daß diese schwerer zu starten sind und die Cha­ rakteristik der Ventilsteuerung nicht zufriedenstellend ist.

Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß die Motor-Stromquelle einge­ schaltet vor dem Start die Inverter-Steuerung und vor der Öffnung des Steu­ erventils. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird die Hydraulikpumpe 22 gedreht in Richtung eines Transports des Arbeitsfluids in der Leitung 35, die mit der Hydraulikpumpe 22 und dem Steuerventil 26 verbunden ist, bei der das Arbeitsfluid in den Öltank 23 zurückkehrt und der Startwiderstand eliminiert wird. Kurze Zeit später wird die Motor-Stromquelle abgeschaltet. Da auf diese Weise der Druck innerhalb der Leitung 35 negativ wird, wird das Arbeitsfluid in dem Öltank 23 über das Rückschlagventil 36 in die Leitung 35 gezogen, und es kehrt in den Tank 23 über die Hydraulikpumpe 22 zurück, so daß eine Zirkulation entsteht. Sodann strömt das Arbeitsfluid in dem Zylinder 24 in die Leitung 35 durch Öffnung des Steuerventils 26, so daß die Leitung 35 Druck ausgesetzt wird. Das Arbeitsfluid kehrt gleichzeitig weiterhin über die Hydraulikpumpe 22 in den Öltank 23 zurück, so daß das Absinken des Auf­ zugs 27 beginnt. Auf diese Weise wird die zuvor erwähnte Inverter-Steuerung durchgeführt, nachdem die Hydraulikpumpe 22 durch das rückkehrende Öl zwangsweise angetrieben worden ist.

Wie erwähnt wurde, wird durch Drehen des Motors über die Hydraulikpumpe vor Beginn der Abwärtsfahrt des hydraulischen Aufzugs und dadurch, daß der Druck in der Strömungsleitung unterhalb des Steuerventils negativ gemacht wird, die Möglichkeit geschaffen, daß die Hydraulikpumpe als Ölmotor zu Be­ ginn der Abwärtsfahrt arbeiten kann. Da der Motor keinen Anlaufwiderstand bietet, ergibt sich durch die Charakteristik des Steuerventils, daß der Start der Aufzugbewegung gleichmäßig und komfortabel erfolgt und die Fahrt ins­ gesamt stabil ist.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydrau­ lischen Aufzugs mit geringem Energiebedarf in weiteren Einzelheiten erläu­ tert werden.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Aufzugs mit geringem Energieverbrauch. Eine Verbindungsleitung 8 verbindet den Hauptzylinder 1 und den Ausgleichszylinder 6 des Hauptaufzugs 4, so daß dessen Stempel 3 mit dem zugehörigen Käfig 2 zur Aufnahme von Personen und/oder Lasten am oberen Ende aufwärts und abwärts bewegt werden kann, indem Arbeits­ fluid aus dem Arbeitszylinder 1 aus- oder in diesen einströmen kann. Der Aus­ gleichsaufzug 7 umfaßt einen Stempel 3′, an dem ein festes Gewicht 5 ange­ bracht ist, und einen Unterzylinder oder Ausgleichszylinder 6. Ein Hydraulik­ netz 12 umfaßt eine Hydraulikpumpe 10, die durch einen Motor 9 angetrie­ ben wird, der eine nicht gezeigte Inverter-Steuerung aufweist. Weiterhin um­ faßt der Hydraulikkreis Geschwindigkeits-Einstellventile 11, 11′ in der Ver­ bindungsleitung 8 und auf der Seite des Hauptaufzugs in der Verbindungslei­ tung 8 ein Notablaßventil 20, das ein Rückschlagventil zur Abgabe von Arbeitsfluid bei Notfällen umfaßt. Auf der Seite des Ausgangsaufzugs befindet sich in der Verbindungsleitung 8 eine Modifizierungs-Hydraulikpumpe 14, die Arbeitsfluid zu dem Ausgleichszylinder 6 pumpt.

Der Ausgleichsaufzug 7 umfaßt ein Ausgleichsgewicht 13, das etwa das halbe Gewicht der Maximallast des Hauptaufzugs 4 aufweist und mit dem festen Ge­ wicht 5 verbunden ist.

Da die Geschwindigkeits-Steuerventile 11 und 11′ Rückschlagventile enthal­ ten, können die Haltepositionen der Fahrstühle vollständig kompensieren.

Anschließend soll die Art der Energieersparnis erläutert werden.

I. Hauptaufzug ohne Belastung durch Personen oder Gegenstände

In diesem Falle ist der Druck auf der Seite des Ausgleichsaufzugs 7 höher entsprechend einem Teil der Last des Ausgleichsgewichts. Zum Anheben des Hauptaufzugs wird das Arbeitsfluid in die Verbindungsleitung 8 eingeleitet, indem der Ausgleichsaufzug 7 aufgrund seines Eigengewichts herabgelassen wird. Die Verbindungsleitung 8 wird mit Hilfe des Strömungssteuerventils 11′ geleert auf der Seite des Ausgleichsaufzugs 7, und der Geschwindigkeit des Arbeitsfluids in dem Ausgleichszylinder 6 auf der Seite des höheren Druckes, so daß das Fluid in den Hauptzylinder 1 auf der Seite des niedrige­ ren Druckes strömt und der Hauptaufzug 4 angehoben wird. Da die Hydraulik­ pumpe 10 weiterhin gedreht wird, kann der Motor 9 als Generator arbeiten, und die Rotationsenergie wird dem Inverter zugeführt als Leistung, die ge­ speichert oder anderweitig abgegeben werden kann.

Wenn der Hauptaufzug gesenkt werden soll, wird die Verbindungsleitung 8 mit Hilfe des Geschwindigkeits-Steuerventils 11 auf der Seite des Hauptauf­ zugs 4 geöffnet, und die Hydraulikpumpe 10 wird gedreht, so daß das Arbeitsfluid in dem Hauptzylinder 1 auf der Seite niedrigen Druckes zur Seite höheren Druckes überführt wird. Der Druck, der auf das Arbeitsfluid mit Hilfe der Hydraulikpumpe 10 ausgeübt werden muß, ist ein Druck, der nicht ge­ ringer als der Gegenwert des Ausgleichsgewichts 13 ist.

II. Maximale Last W im Hauptaufzug

In diesem Falle ist der Druck auf der Seite des Hauptaufzugs 4 höher entspre­ chend einem Teil der Last des Ausgleichsgewichts. Zum Anheben des Haupt­ aufzugs 4 wird die Verbindungsleitung 4 mit Hilfe des Geschwindigkeits- Steuerventils 11′ auf der Seite des Ausgleichsaufzugs 7 geöffnet, und die Hydraulik­ pumpe 10 wird gedreht, so daß Arbeitsfluid aus dem Ausgleichszylin­ der 6 auf der Seite niedrigen Druckes in den Hauptzylinder 1 auf der Seite höheren Druckes gelangt. Dabei wird der Druck des Fluids wenigstens ent­ sprechend der Last des Einstellgewichts zum Anheben des Hauptaufzugs 4 gesteigert.

Wenn der Hauptaufzug 4 gesenkt werden soll, wird die Verbindungsleitung 8 auf der Seite des Hauptaufzugs 4 mit Hilfe des Geschwindigkeits-Steuerven­ tils 11 geöffnet, so daß das Arbeitsfluid von dem Hauptzylinder 1 auf der Seite höheren Druckes zu dem Ausgleichszylinder 6 auf der Seite niedrigeren Druckes gelangt, während der Hauptaufzug 4 unter seinem Eigengewicht ab­ sinkt. Dadurch wird zugleich die Geschwindigkeit des aufsteigenden Aus­ gleichsaufzugs und des absinkenden Hauptaufzugs 4 gesteuert. Die zurückge­ wonnene Leistung wird in dem Inverter gesammelt oder zur Stromquelle zu­ rückgeführt.

III. Effekt der Energieersparnis

Anschließend soll der Effekt der Energieersparnis bei Verwendung des Aus­ gleichsaufzugs 7 an einem Beispiel berechnet werden. Die Maße und Gewichte der Teile des Hauptaufzugs und des Ausgleichsaufzugs sind in Tabelle 1 wiedergegeben.

Zunächst ist die zu addierende Last stets eine Summe aus dem Gewicht des Stempels, des festen Ausgleichsgewichts und des einstellbaren Ausgleichsge­ wichts des Ausgleichsaufzugs 7, so daß der statische Druck in dem Aus­ gleichszylinder 6 der Gleichung 4 entspricht, wenn die Querschnittsfläche des Ausgleichszylinders mit (35/2)²π = 961,6 cm² angesetzt wird.

Wenn sich keine Last in dem Käfig 2 des Hauptaufzugs 4 befindet, ergibt sich der statische Druck in dem Hauptzylinder 1 aus der nachfolgenden Glei­ chung, weil die Querschnittsfläche des Hauptzylinders ermittelt worden ist als (30/2)²π = 706,5 cm².

Wenn die maximale Belastung (13 000 kg) auf der Seite des Hauptaufzugs 4 hinzuaddiert wird, dieser also voll beladen ist, ergibt sich der statische Druck in dem Hauptzylinder 1 aus der anschließend wiedergegebenen Gleichung:

Aus dieser Gleichung kann die maximale Differenz des Druckes im Hauptzy­ linder 1 und im Ausgleichszylinder 6 bestimmt werden. Wegen der Wider­ stände, die im System auftreten und +3 kg/cm² beim aufsteigenden Zylinder und -3 kg/cm² beim absteigenden Zylinder ausmachen, unterscheiden sich die statischen Drücke gemäß Gleichungen (4), (5) und (6) beim Aufstieg und Abstieg des Aufzugs voneinander. Die statischen Drücke im lastfreien Zustand und im vollbeladenen Zustand ergeben sich aus den Tabellen 2 und 3.

Tabelle 2

Tabelle 3

Aus den Tabellen 2 und 3 geht hervor, daß die maximale Druckdifferenz 15,2 kg/cm² ist. Dies entspricht der Maximalleistung des Motors 9. Wenn an­ dererseits kein Ausgleichsaufzug 7 installiert wird, entspricht die Leistung des Motors dem statischen Druck des aufsteigenden Hauptaufzugs bei voller Belastung, d. h. 41,9 kg/cm² gemäß Tabelle 3. Wenn die Geschwindigkeit, mit der der Stempel mit dem Außendurchmesser von 300 mm hochgescho­ ben wird, dieselbe ist, verringert sich erfindungsgemäß der Energiever­ brauch auf 1/2,75, wie folgende Gleichung zeigt:

Nunmehr soll anhand von Fig. 4 die Geschwindigkeits-Steuerung des hydrau­ lischen Aufzugs durch die Inverter-Stromquelle näher erläutert werden.

Fig. 4 zeigt eine Geschwindigkeits-Steuereinrichtung für den hydraulischen Aufzug mit Hilfe einer Inverter-Stromquelle.

Die Inverter-Stromquelle 31 und die Steuerungseinrichtung 33 treiben die Hydraulikpumpe 22 an, indem die Drehzahl des Motors 21 kontrolliert wird, und auf diese Weise wird die Geschwindigkeit des Aufzugs 27 und des mit diesem verbundenen Stempels 25 gesteuert.

Wenn der Aufzug aufsteigt, erhöht der Motor 21 die Drehzahl entsprechend den Befehlen der Inverter-Steuereinrichtung 33, und dadurch erhöht sich auch die Drehzahl der Hydraulikpumpe 22, so daß das Arbeitsfluid von dem Öltank 23 in den Zylinder 24 über die Hydraulikpumpe 22, die Leitung 35 und das Steuerventil 26 eingeleitet wird. Wenn umgekehrt das Arbeitsfluid in den Öltank 23 zurückkehrt, sinkt der Aufzug 27 ab.

Die Steuerung beim Aufsteigen und Absinken des hydraulischen Aufzugs bei gleichzeitiger Steuerung der Motordrehzahl des Motors 21 erfolgt mit Hilfe der Inverter-Steuerungseinrichtung 33 (Frequenzeinstellung, Widerstand, In­ verter-Steuerschalter für Aufsteigen und Absinken etc.), sowie mit Hilfe von Steuerschaltern 28 (Sensoren zur Abtastung der Höhe des Aufzugs etc.), der Inverter-Steuerungs-Stromquelle 31 (Beschleunigung und Verzögerung mit Hilfe von Zeitschaltern) und des Aufzugs 27 selbst (Schalter im Käfig). Die Dämpfungseinheit 32 dient zur Abgabe der Leistung, die aus dem Motor 21 zurückgewonnen worden ist, an die Inverter-Steuerungs-Stromquelle 31 als eine thermische Energie. Diese Energie wird verwendet zur Erwärmung von Wasser, zum Heizen etc. oder nach außen abgegeben.

Anschließend soll der Aufstieg des Aufzugs erläutert werden.

Beim Aufstieg des Aufzugs sind die Frequenz, die Spannung etc. der Inverter- Steuerungs-Stromquelle 31 gesteuert durch die Steuereinrichtung 33, Schal­ ter innerhalb und außerhalb des Käfigs des Aufzugs 27 etc., durch die die Drehzahl des Motors 21 geändert wird. Wenn der Motor 21 betrieben wird, dreht sich die mit diesem verbundene Hydraulikpumpe 22, so daß auf der Aus­ gangsseite ein Druck abgegeben wird. Auf diese Weise wird das Arbeitsfluid von dem Öltank 23 in den Zylinder 24 überführt, so daß ein gleichmäßig be­ schleunigter Aufstieg, ein Aufstieg mit voller Geschwindigkeit und ein verzö­ gernder Halt möglich werden.

Die Beziehung zwischen dem Leistungsverbrauch auf der Eingangsseite der Inverter-Steuerungs-Energiequelle 31 und der Arbeitszeit ist in Fig. 6 veran­ schaulicht. Aus dem Diagramm geht hervor, daß der Leistungsverbrauch zu­ nimmt oder abnimmt im wesentlichen proportional zu der Arbeitsgeschwin­ digkeit. Es ergibt sich also der Vorteil, daß die Fluktuation der Spannung im Draht auf der Eingangsseite der Energiequelle 31 wesentlich geringer ist als bei herkömmlichen Aufzügen.

Wenn der Aufzug sinkt, ist die Drehzahl des Motors 21, die gesteuert wird durch die Steuereinrichtung, ähnlich der Drehzahl beim Aufstieg, jedoch werden die folgenden Maßnahmen ergriffen, bevor die Inverter-Steuerung in der beschriebenen Weise beginnt.

Unmittelbar vor dem Start der Abwärtsfahrt aus der Haltestellung des Aufzugs 27 wird der Motor 21 kurzfristig angetrieben, und die Hydraulikpumpe 22 wird gedreht, so daß das Arbeitsfluid in der Leitung 35 in den Öltank 23 zu­ rückkehrt. Dann wird die Stromzufuhr des Motors 21 abgeschaltet. Zu die­ sem Zeitpunkt wird der Motor durch Trägkeitskraft nach dem Abschalten der Stromzufuhr weitergedreht, so daß der Druck in der Leitung 35 negativ wird und das Arbeitsfluid durch die Hydraulikpumpe 22, den Öltank 23 und das Rückschlagventil 26 zirkuliert. Der Druck innerhalb der Leitung 35 nä­ hert sich einem gegebenen negativen Druck, wie angedeutet ist durch den Zeitablauf zwischen A und B in Fig. 5.

Sodann wird an einem beliebigen Punkt B gemäß Fig. 5 das Steuerventil 26 betätigt, und das elektromagnetische Ventil S₂ wird durch das Steuerventil S₁ geöffnet, so daß Arbeitsfluid im Zylinder 24 nach und nach in die Leitung 35 gelangt und über die Hydraulikpumpe 22 in den Öltank 23 zurückkehrt. Der Druck innerhalb der Leitung 35 steigt an, wie in Fig. 5 gezeigt ist, und mit der Öffnung des Steuerventils 26 nimmt der Druck innerhalb der Leitung 35 ebenfalls zu. An einem Punkt C in Fig. 5 wird der Motor 21 mit Hilfe der Energiequelle 31 um einige Umdrehungen zurück, während die Hydraulik­ pumpe 22 durch das zurückströmende Öl zwangsweise mitgenommen wird, d. h. der Motor 21 wird gedreht zur Steuerung der Geschwindigkeit wie bei herkömmlichen Konstruktionen. Die Anzahl der Umdrehungen des Motors 21 wird ständig mit Hilfe eines Detektors überwacht, der mit der Inverter- Steuerungs-Energiequelle 31 verbunden ist.

Wie beschrieben wurde, wird durch die Erfindung eine erhebliche Energieer­ sparnis erreicht. Die Steuerung der Geschwindigkeit des Aufzugs ermöglicht eine gleichmäßige Fahrweise nach dem Start beim Abstieg.

Claims (2)

1. Hydraulischer Aufzug mit einer Verbindungsleitung (8) zwischen einem Zy­ linder (1) eines Hauptaufzugs (4), der einen Stempel (3) sowie einen mit die­ sem verbundenen Käfig (2) zur Aufnahme von Personen und/oder Lasten bei der Auf- und Abwärtsbewegung entsprechend der Fluidzufuhr oder -abfuhr in bezug auf den Hauptzylinder (1) umfaßt, und einem Ausgleichsaufzug (7), der einen Stempel (3′) umfaßt, an dem ein festes Ausgleichsgewicht (5) und ein einstellbares Ausgleichsgewicht (13) befestigt sind, und einem Ausgleichszy­ linder (6), dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (1, 6) über eine Hydraulik­ pumpe verbunden sind, daß die Druckdifferenz zwischen hydraulischem Druck in der Verbindungsleitung (8) auf der Seite des Hauptaufzugs (4) und der Seite des Ausgleichsaufzugs (7) dadurch gering gehalten ist, daß das einstellbare Ausgleichsgewicht (13) etwa die Hälfte der Maximallast aus­ macht, daß ein Notablaßventil (20) zur Abgabe des Arbeitsfluids auf der Seite des Hauptaufzugs vorgesehen ist, daß eine Hydraulikpumpe (14) zur Modifi­ zierung der relativen Positionen des Hauptzylinders und des Ausgleichszylin­ ders (6) vorgesehen ist, die für den Fall, daß das Lastgewicht des Hauptauf­ zugs größer als das einstellbare Ausgleichsgewicht (13) ist, das Arbeitsfluid vom Ausgleichszylinder (6) zum Hauptzylinder (1) des Hauptaufzugs fördert durch Antreiben der Hydraulikpumpe in der Verbindungsleitung (8) beim Aufstieg des Hauptaufzugs (4), während das Arbeitsfluid in dem Hauptzylinder (1) in Richtung des Ausgleichszylinders (6) strömt, wenn der Hauptaufzug (4) unter seinem Eigengewicht absinkt, und die Hydraulikpumpe (10) und der Motor (9) durch das strömende Arbeitsfluid gedreht werden, und daß, wenn das Lastgewicht des Hauptaufzugs (4) kleiner als das einstellbare Ausgleichs­ gewicht (13) ist, das Arbeitsfluid in dem Ausgleichszylinder (6) durch die Verbindungsleitung (8) in Richtung des Hauptzylinders (1) strömt, indem der Ausgleichsaufzug (7) unter seinem Eigengewicht absinkt, und die Hydraulik­ pumpe (10) und der Motor (9) durch das strömende Arbeitsfluid beim Auf­ steigen des Hauptaufzugs gedreht werden, während ein Hydraulikkreis zum Fördern des Arbeitsfluids vom Hauptzylinder zum Ausgleichszylinder (6) durch Antreiben der Hydraulikpumpe in der Verbindungsleitung (8) beim Ab­ sinken des Hauptaufzugs (4) gebildet ist, und daß eine Einrichtung (31, 33) zur Inverter-Steuerung des Motors für das Antreiben der Hydraulikpumpe vorgesehen ist.

2. Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Aufzugs mit Inverter-Ener­ giequelle, bei dem ein Aufzug (27), der mit seinem Stempel (25) verbunden ist, aufwärts und abwärts durch Einheiten eines Arbeitsfluids von einem Öl­ tank (23) in einen Zylinder (24) über ein Steuerventil (26) mit Hilfe einer Hydraulikpumpe (22) bewegt wird, mit einer Leitung (35) für das Arbeitsven­ til, die das Steuerventil (26) und die Hydraulikpumpe (22) über ein Rück­ schlagventil (36) mit einem Öltank (23) verbindet, wobei der Motor (21), der die Hydraulikpumpe (22) antreibt, durch eine Inverter-Energiequelle mit zu­ gehöriger Steuereinrichtung (33) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck innerhalb der Leitung (35) negativ gemacht wird durch An­ treiben des Motors (21) über einen vorgegebenen Zeitraum und Betätigung der Hydraulikpumpe (22) in Richtung einer Rückführung des Arbeitsfluids zum Öltank (23) und damit zum Absenken des Anlaufwiderstandes des Mo­ tors und der Hydraulikpumpe bei Beginn der Abwärtsfahrt des Aufzugs, daß Druck an die Leitung (35) angelegt wird durch Öffnen des Steuerventils (26) und Einleiten von Arbeitsfluid aus dem Zylinder (24) in die Leitung (35) und die Hydraulikpumpe (22), daß das Arbeitsfluid in den Öltank (23) zurückge­ führt wird, daß die Hydraulikpumpe (22) und der Motor (21) durch Zurück­ strömen des Arbeitsfluids antreibbar sind, daß zugleich die Anzahl der Um­ drehungen des Motors (21) mit Hilfe eines Detektors ermittelt wird und daß der Motor um die gleiche Anzahl von Umdrehungen gedreht wird wie die synchrone Anzahl der Umdrehungen durch Einschalten der Inverter-Ener­ giequelle (31), wenn die Anzahl der Umdrehungen die synchrone Umdre­ hungsanzahl des Motors erreicht hat.