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Die
Erfindung betrifft eine verbesserte Hydraulikleistungseinheit, insbesondere
für Aufzüge, Hebezeug und
dergleichen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Einheit mit
Ventilen, die eine wesentliche Reduzierung beim Lärm der Hydraulikleistungseinheiten
in der o.g. Anlage ermöglicht.
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Die
Hydraulikleistungseinheit ist derzeit der Schlüsselfaktor, was Lärm bei Aufzügen betrifft.
Diese Art Problem ist besonders störend im Fall von Leistungseinheiten,
die sich nahe Schlafzimmern, Wohnzimmern oder in solchen Strukturen
wie Hotels, Krankenhäusern,
etc. befinden.
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Durchgeführte Studien
haben gezeigt, dass Lärm
von diesem Typ von Anlage hauptsächlich
durch entweder die Pumpe, wenn der Aufzug nach oben fährt, oder
durch die Kavitation von Öl
in dem Schieberventil (slide valve), wenn der Aufzug nach oben oder
nach unten fährt,
verursacht ist.
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Angesichts
des Obigen hat der Anmelder eine Lösung gesucht, die die Geräuschemission
der Hydraulikleistungseinheit wesentlich reduziert.
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Der
Hauptzweck der Erfindung ist, eine verbesserte Hydraulikeinheit
bereitzustellen, die den durch Ölkavitation
und Turbulenz während
des Betriebs verursachten Lärms
reduziert.
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Ein
weiterer Zweck der Erfindung, zumindest in bevorzugten Ausführungsformen,
ist, eine Lösung
vorzusehen, die ermöglicht,
den Lärm
von der Pumpe auf das Innere des Behälters oder des Gehäuses zu
beschränken.
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Dieses
und andere Ergebnisse werden gemäß zumindest
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung erhalten, welche eine technische Lösung vorschlägt, die
die Wahrscheinlichkeit von Ölkavitation,
wenn es durch das Ventil selbst ver läuft, reduziert, sowie eine
technische Lösung
zum Schalldämpfen
des inneren Bereichs oder des Ventilgehäuses.
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Verschiedene
Ventilkonstruktionen sind in DE-U-8 311 997.3, US-A-3 813 079, US-A-3
908 698, US-A-4 617 963, US-A-4 024 891 und
JP 7 301 201 offenbart.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Hydraulikleistungseinheit vorgesehen, wie sie in Anspruch
1 beansprucht ist.
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Die
spezielle Größe, Anzahl
und Form der Löcher
in den Ventilkörperseitenwänden hängt von
der speziellen Anwendung ab, wie unten beschrieben wird. Was jedoch
wichtig ist, ist, dass der effektive Durchmesser der Löcher in
der Abmessung so klein wie möglich
sein sollte, wodurch die Reynolds-Zahl des Flusses durch diese hindurch
reduziert wird, ohne die hydraulische Leistung der Vorrichtung in
der das Ventil verwendet wird, zu beeinträchtigen. Im Allgemeinen wird
die optimale Lochgröße durch
eine spezifische Studie bestimmt und empirisch überprüft.
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Die
Löcher
in dem Ventilkörper
können
Schlitze sein, die im Allgemeinen in der Form rechteckig, kreisförmig oder
allerdings von einer anderen Form sind. Schlitze und kreisförmige Löcher sind
jedoch am einfachsten herzustellen. Wie oben angegeben, variieren
die spezielle Form des Ventils und die Anzahl und die Form der Löcher mit
der Funktion der Pumpe in der hydraulischen Leistungseinheit. Die
Schlitze können
eine unterschiedliche Breite und die kreisförmigen Löcher einen unterschiedlichen
Durchmesser, abhängig
von der Flussrate, haben. Vorzugsweise sind die Schlitze bis zu
etwa 7 mm breit und die Löcher
bis zu etwa 5 mm im Durchmesser. Bei typischen Anwendungen bei typischen
Flussraten kann ein rechteckiger Schlitz eine Breite zwischen 1
und 5 mm haben, abhängig
von der Flussrate, vorzugsweise zwischen 2 und 4 mm. Ein kreisförmiges Loch
kann einen Durchmesser von zwischen 1 und 3 mm haben, vorzugsweise
zwischen 1 und 2 mm, stärker
bevorzugt zwischen 1,2 und 1,7 mm.
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Die
Dicke der Ventilseitenwände
sollte vorzugsweise so dünn
wie möglich
sein, ohne die Festigkeit des Ventils zu beeinträchtigen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Steuerventil in einem schallgedämmten Abteil
aufgenommen. Die Schalldämmung
dieses Abteils ist, gemäß der Erfindung,
durch die Verwendung von wattierten Schichten aus schallabsorbierendem
oder schallisolierendem Material realisiert.
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Einige
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer hydraulischen Leistungseinheit in Übereinstimmung
mit der Erfindung ist;
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2 eine
perspektivische Ansicht des Satzes von Ventilen in der Leistungseinheit
aus 1 ist;
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3 ein
schematisches Diagramm der Leistungseinheit aus 1 ist;
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4 ein
Querschnitt einer Ausführungsform
eines Ventils zur Verwendung in einer Einheit, wie sie in den 1 bis 3 beschrieben
ist;
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5 ein
Querschnitt einer zweiten Ausführungsform
eines Ventils zur Verwendung in einer Einheit, wie sie in den 1 bis 3 beschrieben
ist; und
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6 eine
Gesamtansicht der Leistungseinheit aus 1 ist.
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1 der
beigefügten
Zeichnungen zeigt eine Hydraulikleistungseinheit, im Allgemeinen
angegeben durch das Bezugszeichen 1, die eine Pumpe 3,
einen Motor 4, einen Tank 5 und einen Ventilblock 6 aufweist, alle
innerhalb eines Gehäuses 2.
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Der
Ventilblock 6 ist in genaueren Einzelheiten in 2 veranschaulicht,
die ein Steuerungsventil 7, um ein Starterventil (nicht
gezeigt) zu steuern, und ein Solenoid 8, um ein Rückschlagventil
(nicht gezeigt) zu steuern, zeigt, die beide gemäß der Lehre der Erfindung aufgebaut
sind.
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3 zeigt
ein schematisches Diagramm der Leistungseinheit 1 der Erfindung,
wobei der Ventilblock 6 im Querschnitt gezeigt ist. Insbesondere
zeigt diese Figur den Durchgang von Öl von der Einheit aus Motor 4 und
Pumpe 3 zu einem Kolben 9 über den Ventilblock 6.
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Die
verschiedenen Phasen der Bewegung des Aufzugs (Bypass, Beschleunigung,
Betrieb konstanter Geschwindigkeit, Abbremsen, Niveau ausgleichen,
Stopp) werden hauptsächlich
durch ein Starter- oder Bypassventil 10, ein Abbremsventil 11 und
ein Rückschlag-
oder Sperrventil 12 gesteuert. Das Starterventil 10 und
das Sperrventil 12 sind in Übereinstimmung mit der Erfindung
ausgebildet. Es wurde im Betrieb herausgefunden, dass der beim Hochlaufen
des Aufzugs erzeugte Lärm
hauptsächlich
von dem Starterventil 10 und bei dem Abstieg von dem Rückschlagventil 12 kommt.
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Das
Nachfolgende ist eine Beschreibung, lediglich im Wege eines Beispiels
und unter Bezugnahme auf 3, 4 und 5,
der Funktion der Leistungseinheit, wobei die Beschreibung den Umfang
des Schutzes der Erfindung in keiner Weise dahingehend beschränken soll,
dass modifizierte Ventile offensichtlich in einer unterschiedlichen
Leistungseinheit verwendet werden können.
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Wenn
der Aufzug nach oben fährt,
gibt es eine erste Bypass-Phase, während der dem Motor 4 und dem
Solenoid 13 Leistung zugeführt wird. Das Solenoid 8 ist
nicht energiebeaufschlagt, und das Steuerventil 7 ist offen.
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Dem
Motor 4 wird Leistung zugeführt, wobei Öl von dem Tank 5 zu
dem Ventilblock 6 geschickt wird. Ein Ventil 15 öffnet, und
das Ventil 10 öffnet,
da die Öl
enthaltende Kammer 17 davon in den Tank 5 durch
das offene Steuerventil 7 entleert, und das Öl zirkuliert
wieder von der Pumpe 3 zu dem Tank 5.
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Das
Solenoid 13 wird dann energiebeaufschlagt, wobei ein niedriger
Druck erzeugt wird, der einem Ventil 18 ermöglicht,
zu öffnen;
das in der Kammer 19 des Ventils 18 enthaltene Öl wird in
den Tank 5 über
das Solenoid 13 entleert.
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Um
die Dauer des Bypass zu steigern, können Anpassungen an dem Steuerventil 7 durchgeführt werden,
um den Durchmesser eines Drossel 20 zu reduzieren.
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Wenn
der Aufzug beschleunigt, während
er nach oben fährt,
wird dem Motor 4 wie auch dem Solenoid 13 Leistung
zugeführt.
Dem Solenoid 8 wird keine Leistung zugeführt, und
das Steuerventil 7 ist geschlossen.
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Das Öl von der
Pumpe 3 strömt
durch einen Durchgang 21 und schließt das Ventil 7; das Öl strömt durch
eine anpassbare Drossel 20 und erreicht die Kammer 17 des
Ventils 10. Dann fängt
das Ventil 10 an, zu schließen und setzt die Ventileinheit 6 unter
Druck. In diesem Zustand fährt
das Öl
fort, teilweise zu dem Tank durch das Ventil 7 zu zirkulieren
und zirkuliert insbesondere durch Schlitze 32 in dem Ventilkörper.
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Wenn
der Druck ansteigt, öffnet
das Ventil 12, wobei der Druck des Öls die Federkraft des Ventils
und den Druck der Anlage überwindet.
Das Öl
erreicht dann den Kolben 9, und das System beginnt, zu
beschleunigen.
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Um
die Beschleunigung des Aufzugs, während er nach oben fährt, zu
steigern, können
die Anpassschrauben an der Drossel 20 gelockert werden.
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Beim
Betrieb konstanter Geschwindigkeit während der Aufwärtsfahrt
wird dem Motor 4 wie auch dem Solenoid 13 Leistung
zugeführt.
Das Solenoid 8 wird nicht energiebeaufschlagt, das Steuerventil 7 ist
geschlossen, und das Solenoid 14 ist energiebeaufschlagt.
Das Steuerventil 7 oder das Solenoid 14 halten
die Kammer 17 des Ventils 10 unter Druck, so dass
das Ventil 10 komplett schließt und das Öl nicht länger zurück zu dem Tank 5 zirkuliert.
Das Ventil 18 und das Ventil 12 öffnen vollständig, so
dass das Öl
sich ohne Hindernis hin zu dem Kolben 9 bewegt. Es ist
anzumerken, dass der Ventilkörper 12 eine
Mehrzahl von relativ kleinen Löchern 33 und
eine Anzahl (6) von großen Löchern 34 an einem
Ende hat. Diese Löcher
ermöglichen
den Durchgang des vollständigen
Hydraulikflusses ohne Druckabfall. Der Ventilkörper 12 kann jedoch
in bestimmten Fällen
ohne diese großen
Löcher 34 aufgebaut
sein.
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Um
die Geschwindigkeit während
der Aufwärtsfahrt
oder der Abwärtsfahrt
zu senken, wird eine Anpassung durch Anziehen der Schrauben 23 an
dem Ventil 18 vorgesehen.
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Wenn
während
der Aufwärtsfahrt
gebremst wird, wird dem Motor 4 Leistung zugeführt, das
Solenoid 13 ist nicht energiebeaufschlagt, das Solenoid 8 ist
nicht energiebeaufschlagt, das Steuerventil 7 ist geschlossen.
Da das Solenoid 13 nicht energiebeaufschlagt ist, strömt Öl durch
es hindurch hin zu der Kammer 19 des Ventils 18,
um so das Ventil 18 zu schließen. Das Ventil 10 beginnt
dann aufgrund des ansteigenden Drucks zu öffnen, und ein Teil des Öls wird
durch das Ventil 10 in den Tank 5 entleert, was
das System dazu veranlasst, anzufangen zu bremsen.
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Um
das Bremsen während
der Aufwärtsfahrt
(und auch während
der Abwärtsfahrt)
zu steigern, kann die Schraube 25 gelockert werden.
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Während des
Nivellierens der Geschwindigkeit (leveling speed) während der
Aufwärtsfahrt
wird dem Motor 4 Leistung zugeführt, und das Solenoid 13 ist
nicht energiebeaufschlagt, das Solenoid 8 ist nicht energiebeaufschlagt,
das Steuerventil 7 ist geschlossen.
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Das
Ventil 18 liegt an dem Ende seines Hubs an, aber Öl zirkuliert
weiterhin durch die in dem letzteren bereitgestellten Kanäle; das
Ventil 10 ist teilweise offen, so dass ein Teil des Öls von der
Pumpe 3 in den Tank 5 über die Schlitze 32 entleert
wird. Das System fährt
fort, die Geschwindigkeit zu nivellieren.
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Um
die Geschwindigkeitsnivellierung zu steigern während der Aufwärtsfahrt
(und auch während
der Abwärtsfahrt),
wird die Schraube 24 angezogen.
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Wenn
während
der Aufwärtsfahrt
an einem Stockwerk gestoppt wird, wird der Motor 4 nicht
mit Leistung versorgt, das Solenoid 13 ist nicht energiebeaufschlagt,
das Solenoid 8 ist nicht energiebeaufschlagt, und das Steuerventil 7 ist
geöffnet.
Aufgrund der Trägheit
fährt die
Aufzugkabine fort, sich für
ein paar Zehntelsekunden nach oben zu bewegen. Dann schließt das Ventil 12 aufgrund
des Drucks auf den Kolben 9, und die Kabine wird an dem
Stockwerk gestoppt.
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Während der
Abstiegsphase, während
des Beschleunigens, wird dem Motor 4 keine Leistung zugeführt, das
Solenoid 13 ist energiebeaufschlagt, das Solenoid 8 ist
energiebeaufschlagt, das Steuerventil 7 ist offen. Da das
Solenoid 8 energiebeaufschlagt ist, ermöglicht es dem Öl unter
Druck, sich zu dem Auslass kolben 11 zu bewegen und so das
Ventil 12 zu öffnen.
Das Solenoid 13 wird energiebeaufschlagt und ermöglicht dem
Schieberventil 18, zu öffnen.
Dem Steuerventil 7 wird keine Leistung zugeführt, so
dass dem Schieberventil 10 ermöglicht wird, zu öffnen, wobei
der Fluss nach unten gesteigert wird und bewirkt wird, dass die
Kabine beschleunigt.
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Um
die Beschleunigung während
des Abstiegs zu steigern, kann eine in dem Durchgang, der von dem Auslasskolben 11 führt, angeordnete
Drossel 26 (choke) ersetzt werden durch eine, die einen
größeren Durchmesser
hat, eine Anpassung, die nur für
den Fall eines irregulären
Betriebs empfohlen wird.
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Für konstante
Geschwindigkeit während
des Abstiegs wird der Motor 4 nicht mit Leistung versorgt,
das Solenoid 13 ist energiebeaufschlagt, das Solenoid 8 ist
energiebeaufschlagt, und das Steuerventil 7 ist offen. In
diesem Zustand sind das Ventil 18 und das Ventil 10 vollständig offen,
das Ventil 12 ist offen, um so konstanten Druck in der
Kammer 27 aufrechtzuerhalten; zu diesem Zweck ist ein Solenoid 28 vorgesehen,
um jeden übermäßigen Druck
abzulassen.
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Um
die Geschwindigkeit während
des Abstiegs zu steigern, muss eine Schraube 29 angezogen
werden.
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Um
während
des Abstiegs abzubremsen, wird der Motor 4 nicht mit Leistung
versorgt, das Solenoid 13 ist nicht energiebeaufschlagt,
das Solenoid 8 ist energiebeaufschlagt, und das Steuerventil 7 ist
offen. Da das Solenoid 13 nicht energiebeaufschlagt ist,
lässt es
das Ventil 18 und das Ventil 10 sich zu ihren
geschlossenen Positionen verlagern, und das System beginnt abzubremsen.
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Um
ein Abbremsen während
des Abstiegs (und auch während
des Aufstiegs) zu steigern, muss die Schraube 25 gelockert
werden.
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Beim
Geschwindigkeitsnivellieren während
des Abstiegs wird der Motor 4 nicht mit Leistung versorgt, das
Solenoid 13 ist nicht energiebeaufschlagt, das Solenoid 8 ist
energiebeaufschlagt, und das Steuerventil 7 ist offen.
In diesem Zustand liegt das Ventil 18 an dem Ende seines
Hubs an, aber Öl
zirkuliert weiterhin durch die in dem letzteren vorgesehenen Kanäle. Das
Schließen
des Ventils 18 verursacht einen Druckabfall, der das Ventil 10 veranlasst,
ebenfalls zu schließen. Öl wird dann
langsamer in den Tank abgegeben, und das System fährt fort,
Geschwindigkeit zu nivellieren.
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Um
die Nivellierungsgeschwindigkeit während des Abstiegs (und auch
während
des Aufstiegs) zu steigern, muss die Schraube 24 angezogen
werden.
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Im
Fall des Stoppens an einem Stockwerk beim Abstieg wird dem Motor 4 keine
Leistung zugeführt, das
Solenoid 13 ist nicht energiebeaufschlagt, das Solenoid 8 ist
nicht energiebeaufschlagt, das Steuerventil 7 ist offen.
Da das Solenoid 8 nicht energiebeaufschlagt ist, veranlasst
es das Öl,
sich in eine Kammer 30 hinter dem Ablasskolben 11 zu
entleeren. Das Entleeren geschieht über die Drossel 26,
und somit schließt
das Ventil 12 langsam. Das Ventil 12 schließt vollständig, und
das System stoppt.
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Um
die Schließgeschwindigkeit
des Ventils 12 beim Abstieg zu steigern, kann die Drossel 26 durch eine
ersetzt werden, die einen kleineren Durchmesser hat.
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Wie
schematisch in den 4 und 5 gezeigt,
sind die Ventile 10 und 12 in einer solchen Weise ausgebildet,
dass das Fluid gezwungen wird, durch feine Löcher in einer Wand des Ventilkörpers während bestimmter
Phasen des Betriebs des Systems zu strömen, insbesondere wenn die
Ventile öffnen,
schließ oder in
einem teilweise offenen oder geschlossenen Zustand sind. In 4 sind
die Löcher
in der Form von rechteckigen Schlitzen 32, während in 5 die
Löcher 33 kreisförmig sind.
Die Ventile sind im Allgemeinen becherförmig, wobei die Löcher durch
deren Seitenwände
hindurch verlaufen. Im Fall eines Ventilkörpers von 30 bis 40 mm Durchmesser
kann die Wanddicke typischerweise 2,5 mm sein.
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Bei
der Ausführungsform
von 3 ist das Bypassventil 10 mit Schlitzen 32 vorgesehen,
wohingegen das Sperrventil mit kreisförmigen Löchern 33 vorgesehen
ist. Wie in 5 gezeigt, ist der Ventilkörper 12 benachbart
seinem Ende mit Löchern 34 größeren Durchmessers
vorgesehen, um in seinem vollständig
offenen Zustand einen Fluss von Fluid durch diesen hindurch ohne
wesentliche Druckverluste zu ermöglichen.
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Offensichtlich
ist die spezielle Form der Durchgangswege nicht auf die gezeigten
beschränkt,
noch ist ihre Anzahl beschränkt.
Der Vorteil des Durchlaufens eines Flusses durch relativ kleine
Löcher
32 oder
33 ist, dass
das Fluid an Ventil
15 eine geringere Reynolds-Zahl X hat,
und daher ist, zusammen mit einer Kavitationszahl κ, die Wahrscheinlichkeit
des Einsetzens einer Kavitation selbst reduziert mit einem resultierenden
Absinken beim Lärm.
Der Typ des Ventils
10,
12 variiert jedoch hinsichtlich
der Anzahl und der Form von Löchern mit
der Funktion der Flussrate der Pumpe
3. Typische Werte
für rechteckige
Löcher
und kreisförmige
Löcher in
Bypass- und Sperrkolbenventilen (check spool valves)
10,
12 sind
in den Tabellen 1 und 2 unten angegeben. TABELLE
1
-40 mm Bypasskolbenventil TABELLE
2
40 mm Durchmesser Sperrventilkolben
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Die
obigen Werte sind durch spezifische Studien bestimmt und empirisch überprüft, um optimale
Lärmreduzierung
zu ergeben, wobei die Hydraulikleistung der Vorrichtung nicht beeinträchtigt wird,
die technische Flexibilität
der Lochgrößen jedoch
berücksichtigt
wird. Zum Beispiel können
bei hohen Flussraten zu kleine Lochdurchmesser, obwohl sie leise
sind, zu Ruckeln bei der Aufzugbewegung führen.
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Ferner
sind die Ventile 10, 12 mit dünnen Wänden ausgebildet, um so temperaturabhängige Variationen
in der Viskosität
von Öl
zu reduzieren.
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Schließlich ist
mit Bezug auf 6 die Leistungseinheit 1 gezeigt
mit einem schallgedämpften
Abteil 36, in dem die Ventileinheit 6 aufgenommen
ist, wobei das Abteil 36 mit Watteschichten schallabsorbierenden oder
schallisolierenden Materials bedeckt ist, um so den Lärm der Hydraulikleistungseinheit
weiter zu reduzieren. Das Abteil 36 kann mit einer Inspektionstafel
versehen sein, um Zugriff auf die Ventileinheit 6 zu ermöglichen.
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Am
oberen Bereich des Abteils 36 anliegend ist eine elektrische
Schalttafel 37, die bei bekannten Hydraulikleistungseinheiten
anderswo in der Maschine angeordnet ist.
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Die
vorliegende Erfindung wurde nur im Wege einer Veranschaulichung
gemäß ihrer
bevorzugten Ausführungsform
beschrieben und ist nicht hierauf beschränkt; es ist zu verstehen, dass
Fachleute in dem Technikgebiet sie variieren und/oder modifizieren
können,
ohne dadurch den Umfang ihres Schutzes, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert
ist, zu überschreiten.
Zum Beispiel kann statt des Steuerventils 7, das das Bypassventil 10 steuert,
ein Solenoid vorgesehen sein.