EP0254840B1

EP0254840B1 - Verfahren und Anlage zum Heben und Senken einer Last durch Hydraulik-Linearmotor

Info

Publication number: EP0254840B1
Application number: EP19870108004
Authority: EP
Inventors: Alex Karl Gebauer
Original assignee: Inventio AG
Current assignee: Inventio AG
Priority date: 1986-06-11
Filing date: 1987-06-03
Publication date: 1993-05-05
Anticipated expiration: 2007-06-03
Also published as: EP0254840A2; DE3785701D1; CH674641A5; EP0254840A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum Heben und Senken eines mit einer Nutzlast beladbaren, die Totlast bildenden Aufnahmemittels, wobei die Hubeinrichtung einen mit einem doppeltwirkenden hebbaren und senkbaren Hydraulikzylinder versehenen Hydraulik-Linearmotor aufweist, bei welchem den Hydraulikzylinder beidseits durchdringende Kolbenstangen eine stationäre Halterung für den Kolben des Linearmotors bilden und an ihren beiden Enden in Feststellen der Umgebung verankert sind und die aus Totlast und Nutzlast zusammengesetzte Gesamtlast mittels eines über Rollen geführten Seilzuges mit dem Hydraulikzylinder in Wirkungsverbindung steht.
Anlagen zum Heben und Senken von Lasten unter Verwendung einer Hydraulikanlage sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Sie stehen mit Anlagen mit mechanischem Antrieb in Konkurrenz und weisen durch die Anwendung der Hydraulik Eigenschaften aus, welche Ihnen bei bestimmten Anwendungen einen Vorteil einräumen. Hier sind zu erwähnen

die Anordnung des Maschinenraumes mit dem Hydraulik-Antrieb an einer beliebigen, vom Schacht entfernten Stelle,
einen geringen Platzbedarf im Schacht,
hohe Standfestigkeit beim Beladen,
zuverlässige und sichere Ueberlastbegrenzung,
geräuschloser, sauberer Lauf und wartungsfreie Einstellung der Bremseinrichtung,
einfache Montage
und
bauliche Einsparungen, besonders bei den indirekt wirkenden Hydraulik-Antrieben, d.h. bei über einen Seilzug mit dem Hydraulik-Antrieb verbundenen Lastaufnahmemittel.

Ein noch besonders zu erwähnender Vorteil des Hydraulik-Antriebes besteht darin, dass der elektrische Antriebsmotor lastfrei anlaufen kann, somit mit Anlaufwiderständen oder in Stern-Dreieck-Schaltung gestartet werden kann und deshalb nur einen 1,8 bis 2,2-fachen Anlaufstrom benötigt, während der mechanische Antrieb einen etwa 3,5-fachen Anlaufstrom benötigt.
Bei mechanischen Antrieben für das Lastheben ist es bekannt, zwecks Verringerung der aufzuwendenden Antriebsenergie ein Ausgleichsgewicht zu verwenden, mit dem das Gewicht des Lastaufnahmemittels, z.B. des Fahrkorbes oder der Plattform, vollständig und die Nutzlast hälftig kompensiert wird. Bei hydraulischen Antrieben wird in der Regel auf dem Ausgleich der Totlast und der halben Nutzlast verzichtet, dies auch deshalb, um die beim bekannten Hydraulik-Antrieb auftretenden Knickbeanspruchungen nicht zu vergrössern.
Mit der DE-A-3 002 577 ist ein hydraulischer Aufzug mit indirekt wirkendem Antrieb bekanntgeworden, bei welchem ein Fahrkorb, unter Zwischenschaltung eines 2 : 1 umgelenkten Hubseiles, durch eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit bewegt wird, wobei am bewegten Teil, dem Zylinder, eine Seil-Umlenkrolle und zugleich ein Gegengewicht angeordnet sind. Dieses Gegengewicht entspricht der doppelten Last des Fahrkorbes, vermehrt um den doppelten Wert der halben Nutzlast. Das mit dem Fahrkorb verbundene Hubseil läuft über zwei an der Decke des Schachtes verankerte Seil-Umlenkrollen und über die am Zylinder angeordnete lose Seil-Umlenkrolle und ist mit dem anderen Ende an der Decke des Schachtes fest verankert. Der feststehende Teil der Kolben-Zylinder-Einheit, die Kolbenstange, ist oben und unten im Schacht verankert und weist oben und unten Anschlüsse für Hydraulikleitungen auf, welche an einer Hydraulikpumpe angeschlossen sind. Durch diese Hydraulikleitungen wird ein Druckmedium durch die Kolbenstange in den Zylinder gepresst, wobei sich der Zylinder aufwärts oder abwärts bewegt und der über das 2 : 1 umgelenkte Hubseil mit dem Zylinder verbundene Fahrkorb gleichzeitig mit der doppelten Geschwindigkeit des Zylinders abwärts oder aufwärts bewegt.
Ein Nachteil dieser Einrichtung liegt darin, dass das Ausgleichsgewicht auf dem Zylinder der hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit aufgebaut werden muss und deshalb bei Hubanlagen, welche gegenüber der Nutzlast eine sehr grosse Totlast aufweisen, nur schwer zu realisieren ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Hubeinrichtung geringer Antriebsleistung zum Heben und Senken grosser Totlasten vorzuschlagen, bei welcher das Ausgleichsgewicht indirekt mit dem bewegten Teil der Kolben-Zylinder-Einheit verbunden ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Hubeinrichtung in der Lage ist, den Fahrkorb auch nach unten zu ziehen, wenn das Gegengewicht bei leerem Fahrkorb durch den Ausgleich der Totlast und (teilweise) der Nutzlast grösser ist. Dasselbe gilt auch bei vollständigem Lastausgleich, beispielsweise bei Schleusenaufzügen, wenn mit dem Antrieb in beiden Fahrtrichtungen nur noch die Reibung der verschiedenen Elemente überwunden werden muss.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: das Hydraulikschema einer schematisch dargestellten, zum Stand der Technik gehörigen Hubeinrichtung mit einem Hydraulik-Linearmotor,
Fig. 2: die Hubeinrichtung nach Fig. 1 mit einer Variante der Anordnung des Ausgleichsgewichtes,
Fig. 3: eine erfindungsgemässe Hubeinrichtung mit einem Hydraulik- Linearmotor, dessen Hydraulikzylinder an beiden Enden mit Uebertragungselementen versehen ist,
Fig. 4: eine ebenfalls zum Stand der Technik gehörige Variante einer Hubeinrichtung mit einem Hydraulik- Linearmotor,
Fig. 5: eine praktische Ausführungsform der Hubeinrichtung nach Fig. 4 und
Fig. 6: einen Längsschnitt eines Teils eines Linearmotors für eine Hubeinrichtung nach Fig. 1-5.

Die in Fig. 1 dargestellte Hubeinrichtung weist einen Hydraulik-Linearmotor 1 auf, welcher sich aus einem doppeltwirkenden Hydraulikzylinder 2, einen Kolben 3 und zwei am Kolben 3 befestigten Kolbenstangen 4 zusammensetzt. Die Kolbenstangen 4 erstrecken sich hierbei beidseits durch die Stirnseiten des Hydraulikzylinders 2. Der Kolben 3 und die beiden Kolbenstangen 4 sind stationär, wobei die Enden 5 der Kolbenstangen 4 an Feststellen 6, z.B. am Boden und an der Decke eines Schachtes, verankert sind. Die Kolbenstangen 4 sind hohl und weisen eine Längsbohrung 7 auf, die als Zuleitung für das Druckmedium in die beiden von dem Kolben 3 gebildeten Teilkammern 8, 9 des Hydraulikzylinders 2 münden.
Am oberen Ende 10 des Hydraulikzylinders 2 ist ein Uebertragungselement, z.B. eine Rolle 12, befestigt, die einen Teil eines Seilzuges 13 bildet, an welchem ein mit einer Nutzlast beladbarer Fahrkorb 14 angehängt ist. Das über Rollen 15, 16 geführte Seil 17 des Seilzuges 13 ist an einer Feststelle 18 befestigt.
In der in Figur 1 dargestellten Wirkungsverbindung des Seilzuges 13 mit dem Hydraulik- Linearmotor 1 weist der Seilzug 13 eine 2:1 Uebersetzung auf, d.h. der Fahrkorb 14 führt den doppelten Weg des Hydraulikzylinders 2 aus. Die Wirkungsverbindung zwischen dem Seilzug 13 und dem Hydraulikzylinder 2 kann jedoch, wie noch gezeigt wird, in anderer Weise verwirklicht werden.
Zum Antrieb des Hydraulik- Linearmotors 1 dient ein Hydraulik-Antrieb 19, der sich aus einem Elektromotor 20 und einer Hydraulik-Pumpe 21 zusammensetzt. Die Hydraulik-Pumpe 21 saugt das Druckmedium aus einem Reservoir 22 über eine mit einem Filter 23 versehene Leitung 24 an und fördert es durch eine Druckleitung 25 zu einem federbelasteten, magnet-betätigten 4/3-Wegventil 26, mit dem die Bewegungsrichtung des Hydraulik-Linearmotors 1 gewählt wird. Vom Wegventil 26 führen Zuleitungen 34, 35 zu den Längsbohrungen 7 der Kolbenstangen 4. Eine Rückleitung 36 wird durch zwei Ablassventile 27, 28 gesteuert. Im weiteren ist ein Akkumulator 32 über Zweigleitungen 37, 38 beaufschlagt, während von der Druckleitung 25 ein weiterer Anschluss 39 über ein Druckminderventil 31 zum Akkumulator 32 führt. Rückschlagventile 40 vervollständigen die Steuerung des Hydraulik- Linearmotors 1.
Ein wesentlicher Bestandteil der Hubeinrichtung nach Fig. 1 ist ein Ausgleichgewicht 41, mit welchem zur Verminderung der Antriebsleitung das Gewicht des Fahrkorbes 14, d.h. die Totlast, vollständig und ein Teil der Nutzlast, vorzugsweise die halbe Nutzlast, ausgeglichen werden. In Fig. 1 ist das Ausgleichgewicht 41 mit dem Hydraulikzylinder 2 fest verbunden. Entsprechend der 2:1 Uebersetzung des Seilzuges 13 weist das Ausgleichgewicht 41 den doppelten Wert sowohl der Totlast als auch der Teil-Nutzlast auf.
In Fig. 2 ist der Hydraulik- Linearmotor 1 der Hubeinrichtung nach Fig. 1 nochmals dargestellt. Ist die Totlast, d.h. der Fahrkorb 14, wesentlich schwerer als die Nutzlast, wird das Ausgleichgewicht entsprechend gross. In diesem Fall kann auf die Befestigung des Ausgleichgewichtes 41 am Hydraulikzylinder 2 verzichtet und das Ausgleichgewicht 41' mit einem (gestrichelt dargestellten) Seilzug direkt am Fahrkorb 14 befestigt werden. Das Ausgleichsgewicht 41' wird dann nur halb so gross wie das Ausggleichsgewicht 41 am Hydraulikzylinder 2.
In Fig. 3 ist eine erfindungsgemässe Hubeinrichtung dargestellt, die bei einer gegenüber der Nutzlast grossen Totlast anwendbar ist und deshalb die direkte Verbindung mit der Totlast 14 über den Seilzug 42 verwirklicht. In diesem Fall muss der Hydraulikzylinder 2 beidseits an seinen Enden 10, 11 ein Uebertragungsmittel, z.B. eine Rolle 12 aufweisen, damit er in der Lage ist, den Fahrkorb 14 nach unten zu ziehen, damit im Leerzustand der (teilweise) Nutzlastausgleich im Gegengewicht über die Seilzüge nach oben bewegt werden kann. Ist die Nutzlast vollständig ausgeglichen, wie dies z.B. bei einem Schleusenaufzug der Fall sein kann, muss mit dem Antrieb nur noch die Reibung der verschiedenen Elemente überwunden werden.
In Figur 4 und 5 ist eine Hubeinrichtung dargestellt, bei welcher die am oberen Ende 10 des Hydraulikzylinders 2 angeordneten Uebertragungsmittel, d.h. die Rollen 12, zweier Seilzüge 13 symmetrisch zum Hydraulik- Linearmotor 1 angeordnet sind, wobei mit den Seilzügen 13 eine platzsparende Aufhängung des Fahrkorbes 14 erreicht wird, siehe Figur 5.
In Figur 5 ist das Ausgleichgewicht 41 in zwei Teilen beidseits des Hydraulikzylinders 2 angeordnet. Die beiden Rollen 12 sind gegeneinander geneigt am Ausgleichgewicht 41 befestigt, während die Rollen 15 beidseits des Fahrkorbes 14 angeordnet sind. Die Rollen 16 können hierbei entfallen. Die Befestigung der Seile der Seilzüge 13 erfolgt beidseits des Fahrkorbes an Konsolen 43. Zur Führung des Fahrkorbes 14 in dem Schacht 44 dienen Schienen 45.
Durch die stationäre Anordnung der Kolbenstangen 4 und durch die Ausführung der Hubbewegung durch den Hydraulikzylinder 2 wird erreicht, dass die Kolbenstangen 4 im wesentlichen nur auf Zug beansprucht werden und demnach keine Knickprobleme vorliegen, auch wenn Ausgleichgewichte 41, 41' verwendet werden.
Aus Figur 6 ist ein Längsschnitt eines teilweise dargestellten Hydraulik- Linearmotors 1 ersichtlich. Der Hydraulikzylinder 2 setzt sich im wesentlichen aus zwei mit einem Zylinderkopf 46 , 47 versehenen Rohren 48, 49, zusammen, welche durch eine Rohrkupplung 50 zusammengehalten sind, die sich aus zwei Halbschalen 50', 50'' zusammensetzt, welche über eine mit Dichtungsringen 51 versehene Hülse 52 gelegt und durch Spannbänder zusammengehalten sind. Auf diese Weise kann der Hydraulikzylinder 2 durch zusätzliche Rohrstücke 48, 49 durch Rohrkupplungen 50 beliebig lang ausgebildet werden.
Der Kolben 3 weist Dichtungsmittel 53 sowie beidseits einen Hohlstutzen 54 mit einem Innengewinde auf, in welches ein Kupplungsrohr 55 eingeschraubt ist. Auf das andere Ende des Kupplungsrohres 55 ist ein Kolbenstangenrohr 56, 57 aufgeschraubt. Es können nun beliebig viele solcher Kolbenstangenrohre mit Hilfe von Kupplungsrohren 55 aneinander gereiht werden. Am Ende der Kolbenstangen 4 wird ein Anschlussrohr 58 angeschraubt, an welchem die Zuleitungen 34, 35 münden und welches ein Befestigungsmittel 59, z.B. ein Haken oder eine Oese (nicht dargestellt), aufweist.
Die Möglichkeit, sowohl den Hydraulikzylinder 2 als auch die Kolbenstangen 4 in Teilelemente zu zerlegen, bringt den Vorteil, eine bestimmte Länge, z.B. 5 m für diese Elemente zu wählen, womit eine günstige Montage in einem Aufzugsschacht ermöglicht wird.
Mit der beschriebenen Anlage zum Heben und Senken von Lasten kann beim hydraulischen Linearmotor eine optimale Lastenausgleichsnutzung erreicht werden. Zudem sind diese Anlagen bezüglich beliebiger Hubhöhen unabhängig von Knickungsbedingungen, d.h. es können grosse Hubhöhen problemlos verwirklicht werden.

Claims

Anlage zum Heben und Senken eines mit einer Nutzlast beladbaren, die Totlast bildenden Aufnahmemittels (14), wobei die Hubeinrichtung einen mit einem doppeltwirkenden hebbaren und senkbaren Hydraulikzylinder (2) versehenen Hydraulik-Linearmotor (1) aufweist, bei welchem den Hydraulikzylinder beidseits durchdringende Kolbenstangen (4) eine stationäre Halterung für den Kolben (3) des Linearmotors (1) bilden und an ihren beiden Enden in Feststellen (6) der Umgebung verankert sind und die aus Totlast und Nutzlast zusammengesetzte Gesamtlast mittels eines über Rollen geführten Seilzuges (13) mit dem Hydraulikzylinder (2) in Wirkungsverbindung steht,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Hydraulikzylinder (2) an seinen beiden Enden (10, 11) als Kraftübertragungselement je eine Rolle (12) je eines mit dem Aufnahmemittel (14) verbundenen Seilzuges (13), zur Erzeugung von Kräften in beiden Bewegungsrichtungen des Hydraulikzylinders (2), angeordnet ist,
und dass an einem weiteren, ebenfalls mit dem Aufnahmemittel (14) verbundenen Seilzug (42) ein Gegengewicht (41') angeordnet ist.
Anlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Länge des Hydraulikzylinders (2) mindestens gleich dem Hub der Hubeinrichtung, dividiert durch die Kraftübersetzung des Seilzuges (13) ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beidseits aus dem Hydraulikzylinder (2) austretenden Kolbenstangen (4) für die Zuleitung des Druckmediums in die, durch den Kolben (3) gebildeten Teilkammern (8, 9) hohl ausgebildet sind und in der Nähe der Feststellen (6) Anschlussstellen (58) für die Druckmedium-Zuführleitung (34, 35) vorgesehen sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei beliebigem Hub der Gesamtlast der aus Rohren (48, 49) zusammengesetzte Hydraulikzylinder (2) und die aus Kolbenstangenrohren (56, 57) zusammengesetzten Kolbenstangen (4) eine den Platzverhältnissen, in einem Schacht angepasste Längen aufweisen.
Anlage nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kolbenstangenrohre (56, 57) durch Kupplungsrohre (55) fest miteinander verbunden sind.
Anlage nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kolbenstangen (4) an ihren Verankerungsstellen vorspannbar sind.