EP2921447B1 - Stationäres hubwerk mit dämpfer und hydraulischer dämpfer - Google Patents

Stationäres hubwerk mit dämpfer und hydraulischer dämpfer Download PDF

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EP2921447B1
EP2921447B1 EP15159534.5A EP15159534A EP2921447B1 EP 2921447 B1 EP2921447 B1 EP 2921447B1 EP 15159534 A EP15159534 A EP 15159534A EP 2921447 B1 EP2921447 B1 EP 2921447B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lifting unit
damper
unit according
load
hydraulic damper
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP15159534.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2921447A2 (de
EP2921447A3 (de
Inventor
Daniel Grus
Volker Kirsch
Patrick Wichert
Gunther Weiglein
Siegmund Kaiser
Thomas Gierlichs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to PL15159534T priority Critical patent/PL2921447T3/pl
Publication of EP2921447A2 publication Critical patent/EP2921447A2/de
Publication of EP2921447A3 publication Critical patent/EP2921447A3/de
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Publication of EP2921447B1 publication Critical patent/EP2921447B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/54—Safety gear
    • B66D1/58—Safety gear responsive to excess of load
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/28—Other constructional details
    • B66D1/36—Guiding, or otherwise ensuring winding in an orderly manner, of ropes, cables, or chains
    • B66D1/38—Guiding, or otherwise ensuring winding in an orderly manner, of ropes, cables, or chains by means of guides movable relative to drum or barrel

Definitions

  • the invention relates to a damper for stationary hoists, which is mechanically connected directly in the safety-relevant area with the hoist to reduce the load at emergency stop according to the preamble of claim 1 and a hydraulic damper.
  • Hoists are known on mobile machines for raising and lowering tillage equipment.
  • stationary hoists are known, e.g. used on a theater stage to raise or lower scenes.
  • Cable winches are used, which are driven by a motor. Since such hoists often have to perform safety-related functions, there is the possibility of triggering a dynamic emergency stop due to stop category 0 by a safety device.
  • the safety device also additionally fulfills the static holding function of the external load when the drive energy is switched off. When moving in the direction of lifting and lowering, the safety device is used in emergency stop, which abruptly sets the winch at emergency stop. This results in impulsive high forces on the winch, which are transmitted to a support structure to which the hoist is attached. Therefore, such hoists and the support structure must be designed for an impulse load, which can be a multiple of the rated load.
  • dampers and buffers which are used to reduce the impact of a moving object on a travel limiter.
  • dampers on rail vehicles and at the end of rails are known, against which the rail vehicle can bounce, so that momentum forces are weakened.
  • dampers can also be used for vertical movements.
  • a An elevator car or an elevator counterweight can be stopped at the end of its movement (in particular downwards) via a damper.
  • dampers can be fixed in place at the end of the trajectory (eg at the end of rails) or on the moving object (eg on the rail vehicle).
  • a disadvantage of such devices with dampers or buffers is that thus only one stop at one point (at the end of the trajectory) can be damped.
  • the high load of an emergency stop in a hoist at any point in the movement path can not be damped with such devices.
  • JP 2002187691 A and US 4,787,524 each show a damping cylinder whose piston rod space is connected to a damping memory.
  • the invention is based on the object to provide a hoist that experiences a reduced momentum at an arbitrary position at an emergency stop and emits a support structure.
  • the stationary hoist according to the invention has a substantially stationary part, which can be fastened to a stationary support structure.
  • a damper is on the one hand mechanically fastened to the part.
  • the damper is designed to be mechanically attached to the support structure.
  • the damper is installed with mounted hoist between the part and the support structure and is loaded with the external load on the hoist.
  • the damper can act because it is always in the power flow between the part of the hoist and the support structure.
  • the hoist according to the invention may also comprise the support structure, so that the substantially stationary part is fastened to the support structure via the damper, the damper being clamped between the part and the support structure.
  • the supporting structure may be a floor or a foundation or the steel construction of a stage tower.
  • the damper according to the invention is designed to be substantially rigid in normal operation of the hoist (e.g., at rated load), and to provide cushioning at a higher load.
  • a reduction in the maximum accidental delay is given by temporary, resilient and possibly damping compliance of the hoist during the occurrence of a fault in the direction of travel "lifting" and in the direction of travel "sinks". In normal operation, even after an accident, the ride quality and positioning accuracy are retained.
  • the damper is designed for emergency stop.
  • An elastic damper is thus designed so that it does not get to the end of its elastic range and its stop during emergency stop (straight).
  • a hydraulic damper is designed so that it is capable of converting so much kinetic energy into heat that it does not transmit any momentum to the support structure at the end of the emergency stop. Such dampers need not be replaced after an emergency stop.
  • damper which are plastically deformable.
  • damper is designed for the emergency stop, that it does not come at the emergency stop (straight) to the end of its plastic deformability and its stop.
  • the damper at the end of the emergency stop converts at least part of the kinetic energy into a counter-movement directed against a direction of movement. So he springs back elastically.
  • the damper is mechanically designed for intrinsic safety, which z. B. in the field of stage technology according to DIN 56950-1: 2012-05 by dimensioning of the double operating coefficient and by design to the maximum accident load with the respective safety factors is defined.
  • the emergency stop when using the hoist in stage technology, can affect an upward or downward movement.
  • the hoist comprises a winch with a limp traction means, e.g. a rope, up. Then the part to which the damper is attached may be a suspension of the winch. Often such winches are equipped with at least one mechanical brake, which occurs abruptly during emergency stop.
  • a limp traction means e.g. a rope
  • the hoist according to the invention as required in the stage technology, has redundant brakes, they must not be switched to each other with a time delay to reduce the accident load. There is the possibility of reducing the deceleration distance for "emergency stop in stop category 0" for non-time-delayed switched rotary spring-applied brakes. There is also the possibility of reducing the friction work in such spring-applied brakes, since at the same time a high overspeed can be avoided.
  • the part to which the damper is attached may be the torque arm of the engine.
  • Indirect monitoring of the function of the damper when mounted on the torque arm of a drive train is preferred by evaluating encoders (eg incremental encoders or absolute encoders).
  • the hoist can be a linear drive, e.g. a rack and pinion drive or spindle drive, have. Often such linear drives are equipped with a mechanical brake that occurs abruptly during emergency stop.
  • the linear drive is advantageously a lifting cylinder with reciprocating piston, wherein the part to which the damper is attached, the lifting cylinder.
  • a sluggish traction means such as a rope attached to the linear drive, for example on the reciprocating piston.
  • a deflection roller for the traction means is preferably the part to which the damper is attached, a deflection roller for the traction means.
  • the hoist according to the invention does not need to be reinforced for an emergency stop when the damper is designed such that results in an emergency stop about twice the rated load of the hoist.
  • a maximum of twice the nominal pressure results at the emergency stop.
  • the damper can be simply a plastic buffer or a plastic spring, both of which do not belong to the invention. Furthermore, the damper can also be a series and / or parallel connection of plastic buffers and / or plastic springs, both of which do not belong to the invention. Such dampers can deform to reduce the kinetic energy. In this case, co-polyester elastomer or elastomer are preferred as materials.
  • a force transducer can be arranged on the damper.
  • the hoist has at least one hydraulic damper.
  • a particularly preferred embodiment of the hoist according to the invention relates to the stage technology with a reduction of the maximum load and redundant safety devices in an accident category 0 - "emergency stop in stop category 0" of the maximum braking distances. This is achieved by temporary, reversible compliance of the hoist by means of at least one hydraulic damper, which is mechanically fixed to the part of the hoist to implement in case of failure, the existing kinetic energy during braking briefly in hydraulic energy and partially final heat. The remaining portion of the stored energy is returned to the hoist with a time delay.
  • the safety concept should be single-fault safety according to DIN EN ISO 13849-1). If a fault occurs on the hydraulic damper while the hoist is moving, it must be gently braked and stopped. A restart must be prevented until the error has been corrected.
  • the hydraulic damper according to the invention has at least one damping cylinder and at least one hydropneumatic accumulator. These are preferably structurally separated and can be modularly combined.
  • the hydraulic damper is designed to be substantially rigid at a rated load, and to have a damping action at a load beyond that.
  • no pressure in the damping cylinder without external load is present, since the memory is biased such that a separating element between the gas and hydraulic medium of the memory without external load and in normal operation mechanically applied.
  • a tensile load acts on the damping cylinder.
  • the stroke of the damping cylinder should be dimensioned so that it does not go at mechanical shock in the direction of external load at maximum deflection due to accident load.
  • end position damping (s) for the damping cylinder in both directions of travel and / or double seals and / or a piston rod protection tube can be provided.
  • the damping cylinder is a differential cylinder
  • the piston rod is loaded in normal operation to train, and at the Kobenstangenraum the memory is connected.
  • the reservoir is preferably a hydropneumatic reservoir.
  • the hydropneumatic accumulator is preferably designed as a membrane or bladder accumulator.
  • a pre-charge pressure (p0) of the gas space of the accumulator is preferably greater than the resulting pressure from the minimum preload force of the hydraulic damper according to the invention and the pressurized piston area of the damping cylinder.
  • the minimum accumulator pressure (p1) is equal to the precharge pressure (p0) (no external load), i. the separating element between the gas and hydraulic medium is mechanically in normal operation.
  • the memory is preferably sized so large that the maximum occurring kinetic energy of the hoist can be stored during a fault in the memory completely between.
  • a cushioning When using a piston accumulator, a cushioning can be provided.
  • Gas bottles for example nitrogen bottles
  • the throttle or the throttles are preferably adjustable.
  • the hydraulic damper is designed such that the piston rod of the damping cylinder does not mechanically strike. This also applies to an application as a damper in the hoist at its emergency stop. Important is a sufficient stroke of the cylinder and sufficient memory size to save the kinetic energy of the emergency stop by the safety devices can.
  • a pressure sensor or pressure switch can be arranged on the hydropneumatic accumulator on the gas side in order to report this fault to the higher-level safety electronics if the function of the accumulator fails.
  • its drive can be regulated or controlled to be stopped.
  • a monitoring of the position of the piston rods of the damping cylinder is realized by a mechanical safety limit switch.
  • FIG. 1 shows a hoist according to the invention in a schematic representation. It is fastened to a support structure 1, which can be a stage structure, and serves for lowering and lifting a mass m, which is a load capacity consisting of payload (eg, link) and dead weight of a load-carrying means.
  • the hoist has a winch 2, which is driven via a shaft 4 by an electric motor 6.
  • a winch 2 On a drum 8 of the winch 2, a rope 10 is wound up and unwound, whereby the mass m can be raised and lowered.
  • the cable 10 is deflected by 180 degrees over a deflection roller 12, which is arranged above the winch 2 and the mass m. More specifically, the pulley 12 is hung on a part of the support structure 1.
  • the drive train has a radially projecting torque support 13, which is supported on the support structure 1. Furthermore, the drive train has a safety device 14, which consists of at least one brake that stops the drive train and thus the entire hoist for safety reasons in a de-energized state.
  • the safety device 14 preferably acts on the shaft. 4
  • an emergency stop can be triggered, in which the entire hoist is stopped abruptly compared to normal operation. Since in such an emergency stop the load of various parts of the hoist can be very high, at least one damper 16 is provided according to the invention, wherein in FIG. 1 the damper 16 according to the invention is located at three different points of the lifting mechanism, which three different embodiments of the hoist according to the invention are shown.
  • the damper 16 is provided between the winch 2 and the support structure 1. According to the second embodiment of the hoist according to the invention, the damper 16 is clamped between the deflection roller 12 and the support structure 1. According to the third embodiment, the damper 16 is clamped between the torque arm 13 of the drive train and the support structure 1.
  • the damper 16 is loaded during a lowering and during an upward movement of the mass m in normal operation with a load of at most the nominal load Fn to train.
  • a damper force F D on train which can be higher depending on the nominal travel speed than the rated load F.
  • On the winch 2 acts a lifting force, so that the damper 16 of the first embodiment is loaded to train.
  • the guide roller 12 experiences a vertically downward force, so that the damper 16 of the second embodiment is loaded to train.
  • the drive train is coupled via the shaft 4 to the winch 8 such that its torque arm 13 experiences a force in the direction of the stationary support structure 1, so that the damper 16 of the third exemplary embodiment is subjected to tension.
  • FIG. 2 shows a section of a not belonging to the invention hoist, the principal similarities with the third embodiment according to FIG. 1 however, a damper formed as a buffer 116 is subjected to pressure.
  • the support structure 1, the winch 2 with the drum 8, the winch frame 3 and rope 10 and the drive train with the safety device 14 correspond to the third embodiment FIG. 1 , Notwithstanding the third embodiment, a torque arm 113 is disposed between the safety device 14 and the shaft 4, which is supported on the winch frame 3 via the buffer 116.
  • a preferred mounting location of the damper is the cable winch torque arm of the drive train consisting of drive motor (with or without gear) and the (the) brake (s).
  • FIG. 3 indicates an outer end portion of the torque arm 113 FIG. 2 and formed as a buffer 116 damper, which is loaded on pressure. Its central axis 118 extends through a hinge 120, via which the buffer 116 is attached to the torque arm 113.
  • the buffer 116 has a cup-shaped main body 122 made of an elastomer or a CO polyester elastomer.
  • the buffer 116 should preferably have an approximately linear or a degressive characteristic.
  • the joint 120 in FIG. 3 rotated clockwise so that the buffer 116 and in particular its main body 122 is loaded on pressure.
  • the kinetic energy is converted to heat in a main body 122 made of elastomer in return energy as well as by material damping.
  • a main body 122 made of CO polyester elastomer the kinetic energy is largely converted to heat by internal damper bias and by material friction. The remaining return energy is responsible for the spring 116 of the buffer.
  • FIG. 4 shows a fourth and a fifth embodiment of the hoist according to the invention in a schematic representation.
  • a trained as a lifting cylinder 124 with reciprocating 126 linear drive is clamped together with a damper 16 between the support structure 1 and the cable 10 to train.
  • the rope 10 is deflected by the deflection roller 12 by 90 ° and carries the mass m.
  • the damper 16 is loaded on train with the damper force F D and thereby limits the forces on the cable 10, the guide roller 12, the lifting cylinder 124 with the reciprocating piston 126 and the support structure 1 act.
  • FIG. 5 shows a section of a not belonging to the invention hoist.
  • the deflection roller 12 is mounted on a roller holder 128, on which a system 130 is formed.
  • a system 130 is formed at the top of the system 130 are connected in parallel two buffers 116 (see. FIG. 3 ) is provided, on the upper side of a system 132 is arranged, which is fixedly connected to the support structure 1.
  • a tensile force and in particular a triggered by an emergency stop pulling force in FIG. 5
  • Each buffer 116 experiences a damping force F D / 2 which corresponds to the simple cable force.
  • each buffer experiences a damper force F D / n.
  • FIG. 6 shows a hydraulic damper 216 of a sixth embodiment of the hoist according to the invention.
  • the hydraulic damper 216 is loaded in normal operation with maximum rated load to train. It acts via a (in FIG. 6 not shown) part of the lifting mechanism and the nominal rated load F via a receptacle 234 of a piston rod 236, and in the case of emergency stop of the damper force F D.
  • a piston 240 of the piston rod 236 is supported on the hydraulic medium of a piston rod chamber 242 of a differential cylinder 238.
  • This hydraulic medium in turn is supported via a connecting line 244 to a bladder 246 biased on its gas side 248 with a pressure between the resulting simple nominal pressure and twice the nominal pressure of the differential cylinder 238 due to the rated load of the (in FIG. 6 not shown in detail) hoist is.
  • the hydraulic damper also fulfills the function of measuring the external load (determination of actual force value).
  • the differential cylinder 238 of the damper should preferably be installed statically determined, otherwise the force measurement can be falsified.
  • the separating element between the gas and hydraulic medium of the bladder accumulator 246 is mechanically in normal operation.
  • a pressure transducer which is connected to the pressure-loaded piston rod chamber 242 of the differential cylinder 238.
  • a second one should be used for redundancy reasons Pressure transducers are installed for monitoring. If the first pressure transducer can be certified SIL3-capability, the second pressure transducer can be omitted for monitoring.
  • the sensor for determining the external load is preferably integrated in the hydraulic damper 216 and serves for overload detection and / or for weighing the suspended load and / or the detection of the real accident load and provides a control option by returning the force-actual signal.
  • FIG. 7 shows a parallel connection of combinations of throttle and check valves 352, which instead of the throttle check valve 252 in the hydraulic damper according to FIG. 6 can be used.
  • an adjustable throttle 254 and a check valve are provided in two mutually parallel line sections 358.
  • the throttle 254 of one line section 358 determines the damping behavior in the direction of movement
  • the other throttle 254 in the other line section 358 determines the damping behavior in the countermovement. Since both throttles 254 are adjustable separately, the respective damping behavior can be selected depending on the direction.
  • FIG. 8 shows in a schematic representation of the load of the part which is coupled to the damper 16 and to the hydraulic damper 216 depending on the speed.
  • the solid line marks twice the rated load (2 ⁇ F nenn ), which load according to the invention should not be exceeded even with an emergency stop.
  • the dotted line shows how an undamped load would increase with speed.
  • the dashed line shows the variation of damping force F D of the present invention, which corresponds to at standstill of the nominal load F nom, and not twice the nominal load 2 ⁇ F nom also with increasing speed beyond.
  • the hydraulic damper "cylinder-storage combination” consists of following main components: cylinder, throttle check valve, hydropneumatic accumulator and at least one pressure cell, which detects the pressure in the range of hydraulic medium.
  • a second pressure cell for the redundant detection of the pressure of the hydraulic medium and thus indirectly to determine the external load should be installed. This ensures that the possibility of mutual monitoring by higher-level safety electronics realizes a SIL3-capable force measurement.
  • a third pressure sensor or pressure switch should be mounted to detect the minimum gas pressure of the gas side reservoir to ensure the proper functioning of the hydraulic damper.
  • the cylinder acts much like a translational piston pump driven by an external load.
  • the external force acts on the piston rod end of the cylinder. It creates a pressure in the piston rod space of the cylinder which changes in proportion to the external load. Without the external load, the pressure in the piston rod chamber is 0 bar, since the separator of the memory is mechanically abutment, so that the separator can not exert pressure on the hydraulic medium memory internally despite the Vorhelldruckes of the gas.
  • the piston rod remains due to the pressure bias through the gas space of the memory in its not fully retracted position. This position depends on the amount of hydraulic fluid within the hydraulic damper. A minimal, irrelevant, change in position during normal operation learns the hoist only due to the compressibility of the hydraulic medium.
  • a stationary hoist which has an emergency stop function and can be used in the stage area.
  • a damper is provided between a part which is supported on the support structure according to the prior art, and the support structure. This reduces the load on the affected part and other parts of the hoist and support structure to a maximum of twice the rated load.
  • the damper is permanently, so mechanically attached during normal operation and during an emergency stop and at a standstill on the part and on the support structure.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Dämpfer für stationäre Hubwerke, welche direkt im sicherheitsrelevanten Bereich mit dem Hubwerk mechanisch verbunden ist, zur Reduzierung der Belastung bei Nothalt gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einen hydraulischen Dämpfer.
  • Hubwerke sind an mobilen Arbeitsmaschinen zum Anheben und Absenken von Bodenbearbeitungsgeräten bekannt. Daneben sind stationäre Hubwerke bekannt, die z.B. an einer Theaterbühne eingesetzt werden, um Kulissen zu heben oder zu senken. Dazu werden z.B. Seilwinden eingesetzt, die von einem Motor angetrieben werden. Da derartige Hubwerke oft sicherheitsrelevante Funktionen erfüllen müssen, gibt es die Möglichkeit einen dynamischen Nothalt infolge Stoppkategorie 0 durch eine Sicherheitseinrichtung auszulösen. Des Weiteren erfüllt die Sicherheitseinrichtung zusätzlich noch die statische Haltefunktion der äußeren Last bei Abschaltung der Antriebsenergie. Bei Bewegung in Richtung Heben und Senken wird bei Nothalt die Sicherheitseinrichtung eingesetzt, die die Winde bei Nothalt abrupt festsetzt. Dabei ergeben sich impulsartige hohe Kräfte an der Winde, die an eine Tragstruktur, an der das Hubwerk befestigt ist, übertragen werden. Daher müssen derartige Hubwerke und die Tragstruktur auf eine Impulsbelastung ausgelegt werden, die ein Vielfaches der Nennlast sein kann.
  • Aus dem Stand der Technik sind allgemein Dämpfer und Puffer bekannt, die zum Einsatz kommen, um eine Aufprall eines bewegten Objektes auf einen Wegbegrenzer abzuschwächen. So sind Dämpfer an Schienenfahrzeugen und am Ende von Schienen bekannt, gegen die das Schienenfahrzeug prallen kann, so dass Impulskräfte abgeschwächt werden. Derartige Dämpfer können auch bei senkrechten Bewegungen genutzt werden. Eine Aufzugkabine oder ein Aufzuggegengewicht kann am Ende ihrer bzw. seiner Bewegung (insbesondere nach unten) über einen Dämpfer gestoppt werden. Derartige Dämpfer können ortsfest am Ende der Bewegungsbahn (z.B. am Ende von Schienen) oder am bewegten Objekt (z.B. am Schienenfahrzeug) befestigt werden.
  • Nachteilig an derartigen Vorrichtungen mit Dämpfern oder Puffern ist, dass damit nur ein Stopp an einer Stelle (am Ende der Bewegungsbahn) gedämpft werden kann. Die hohe Belastung eines Nothalts bei einem Hubwerk an beliebigen Stellen der Bewegungsbahn kann mit derartigen Vorrichtungen nicht gedämpft werden.
  • Die Druckschriften US 4,109,798 , JP 2002187691 A und US 4,787,524 zeigen jeweils einen Dämpfungszylinder, dessen Kolbenstangenraum an einen Dämpfungsspeicher angeschlossen ist.
  • Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Hubwerk zu schaffen, das bei einem Nothalt an beliebiger Stelle eine verminderte Impulskraft erfährt und an eine Tragstruktur abgibt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Hubwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Das erfindungsgemäße stationäre Hubwerk hat ein im Wesentlichen ruhendes Teil, das an einer ruhenden Tragstruktur befestigbar ist. Erfindungsgemäß ist ein Dämpfer einerseits mechanisch an dem Teil befestigt. Der Dämpfer ist dazu ausgelegt, dass er andererseits an der Tragstruktur mechanisch befestigt werden kann. Somit ist der Dämpfer bei montiertem Hubwerk zwischen dem Teil und der Tragstruktur eingebaut und wird mit der äußeren Belastung auf das Hubwerk belastet. Beim Nothalt des Hubwerks an beliebigen Stellen kann der Dämpfer wirken, da er stets im Kraftfluss zwischen dem Teil des Hubwerks und der Tragstruktur ist.
  • Das erfindungsgemäße Hubwerk kann auch die Tragstruktur umfassen, so dass das im wesentlichen ruhende Teil über den Dämpfer an der Tragstruktur befestigt ist, wobei der Dämpfer zwischen dem Teil und der Tragstruktur eingespannt ist.
  • Die Tragstruktur kann ein Boden oder ein Fundament oder der Stahlbau eines Bühnenturms sein.
  • Der Dämpfer ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass er in einem Normalbetrieb des Hubwerks (z.B. mit Nennlast) im Wesentlichen starr ist, und dass er bei einer darüber hinausgehenden Belastung dämpfend wirkt. Damit ist eine Reduzierung der maximalen Störfallverzögerung durch temporäre, federnde und gegebenenfalls dämpfende Nachgiebigkeit des Hubwerks während des Auftretens eines Störfalles in Fahrtrichtung "Heben" sowie in Fahrtrichtung "Senken" gegeben. Im Normalbetrieb auch nach einem Störfall bleiben die Fahrqualität und Positioniergenauigkeit erhalten.
  • Erfindungsgemäß ist der Dämpfer für den Nothalt ausgelegt. Ein elastischer Dämpfer ist also derart ausgelegt, dass er beim Nothalt (gerade) nicht an das Ende seines elastischen Bereiches und an seinen Anschlag gerät. Ein hydraulischer Dämpfer ist derart ausgelegt, dass er in der Lage ist, so viel kinetische Energie in Wärme umzuwandeln, dass er am Ende des Nothalts keinen Impuls an die Tragstruktur überträgt. Derartige Dämpfer brauchen nach einem Nothalt nicht ausgetauscht zu werden.
  • Vorrichtungstechnisch einfach und daher kostengünstig sind nicht zur Erfindung gehörende Dämpfer, die plastisch verformbar sind. Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist der Dämpfer derart für den Nothalt ausgelegt, dass er beim Nothalt (gerade) nicht an das Ende seiner plastischen Verformbarkeit und an seinen Anschlag gerät.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung wandelt der Dämpfer am Ende des Nothalts zumindest einen Teil der kinetischen Energie in eine gegen eine Bewegungsrichtung gerichtete Gegenbewegung um. Er federt also elastisch zurück.
  • Vorzugsweise ist der Dämpfer mechanisch auf Eigensicherheit ausgelegt, welche z. B. im Bereich Bühnentechnik nach DIN 56950-1: 2012-05 durch Bemessung des doppelten Betriebskoeffizienten und durch Auslegung auf die maximale Störfallbelastung mit den jeweiligen Sicherheitsbeiwerten definiert ist.
  • Z.B. bei einem Einsatz des Hubwerks im Bereich Bühnentechnik kann der Nothalt eine Aufwärts- oder eine Abwärtsbewegung betreffen.
  • Gemäß einer ersten Variante weist das Hubwerk eine Winde mit einem biegeschlaffen Zugmittel, z.B. einem Seil, auf. Dann kann das Teil, an dem der Dämpfer befestigt ist, eine Aufhängung der Winde sein. Oft sind derartige Winden mit zumindest einer mechanischen Bremse ausgestattet, die beim Nothalt abrupt einfällt.
  • Wenn das erfindungsgemäße Hubwerk, wie in der Bühnentechnik gefordert, redundante Bremsen aufweist, müssen diese zur Reduzierung der Störfallbelastung nicht mehr zueinander zeitversetzt geschaltet werden. Es besteht die Möglichkeit der Reduzierung des Verzögerungsweges bei "Not-Halt in Stoppkategorie 0" bei nicht zeitverzögert geschalteten rotatorischen Federdruckbremsen. Es besteht auch die Möglichkeit der Reduzierung der Reibarbeit bei derartigen Federdruckbremsen, da bei gleichzeitigem Einfall eine hohe Übergeschwindigkeit vermieden werden kann.
  • Wenn die Winde von einem Motor - z.B. Elektromotor - angetrieben ist, kann das Teil, an dem der Dämpfer befestigt ist, die Drehmomentstütze des Motors sein.
  • Bevorzugt wird eine indirekte Überwachung der Funktion des Dämpfers beim Anbau an die Drehmomentstütze eines Antriebstranges durch Auswertung von Gebern (z. B. Inkrementalgeber oder Absolutwertgeber).
  • Bei einer abweichenden Variante kann das Hubwerk einen Linearantrieb, z.B. einen Zahnstangentrieb oder Spindeltrieb, aufweisen. Oft sind derartige Linearantriebe mit einer mechanischen Bremse ausgestattet, die beim Nothalt abrupt einfällt.
  • Der Linearantrieb ist mit Vorteil ein Hubzylinder mit Hubkolben, wobei das Teil, an dem der Dämpfer befestigt ist, der Hubzylinder ist.
  • Bei einer Ausgestaltung ist an dem Linearantrieb, z.B. am Hubkolben, ein biegeschlaffes Zugmittel, z.B. ein Seil, befestigt.
  • Bei den Weiterbildungen mit dem biegeschlaffen Zugmittel ist vorzugsweise das Teil, an dem der Dämpfer befestigt ist, eine Umlenkrolle für das Zugmittel.
  • Da die Komponenten des Hubwerks oft auf zweifache Nennlast ausgelegt sind, braucht das erfindungsgemäße Hubwerk auch für eine Nothalt nicht verstärkt zu werden, wenn der Dämpfer derart ausgelegt ist, dass sich bei einem Nothalt etwa zweifache Nennlast des Hubwerks ergibt. Beim hydraulischen Dämpfer ergibt sich beim Nothalt entsprechend ein höchstens zweifacher Nenndruck.
  • Der Dämpfer kann vorrichtungstechnisch einfach ein Kunststoffpuffer oder eine Kunststofffeder sein, die beide nicht zur Erfindung gehören. Weiterhin kann der Dämpfer auch eine Reihen- und/oder Parallelschaltung von Kunststoffpuffern und/oder Kunststofffedern sein, die beide nicht zur Erfindung gehören. Derartige Dämpfer können sich zum Abbau der kinetischen Energie verformen. Dabei werden als Materialien Co-Polyester-Elastomer oder Elastomer bevorzugt.
  • Zu Optimierungs- und Überwachungszwecken kann am Dämpfer ein Kraftaufnehmer angeordnet sein.
  • Erfindungsgemäß hat das Hubwerk mindestens einen hydraulischen Dämpfer.
  • Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hubwerks betrifft dabei die Bühnentechnik mit einer Reduzierung der maximalen Belastung und bei redundanten Sicherheitseinrichtungen bei einem Störfall Kategorie 0 - "Nothalt in Stoppkategorie 0" der maximalen Bremswege. Erreicht wird dies durch temporäre, reversible Nachgiebigkeit des Hubwerks mittels des mindestens einen hydraulischen Dämpfers, welcher mechanisch fest mit dem Teil des Hubwerks verbunden ist, um im Fehlerfall die vorhandene, kinetische Energie beim Bremsvorgang kurzzeitig in hydraulische Energie und teilweise final in Wärme umzusetzen. Der restliche Anteil der gespeicherten Energie wird zeitversetzt in das Hubwerk zurückgegeben.
  • Vorzugsweise soll Sicherheitskonzept Einfehlersicherheit nach DIN EN ISO 13849-1) Verwendung finden. Falls ein Fehler am hydraulischen Dämpfer während der Fahrt des Hubwerks auftritt, muss es sanft abgebremst werden und still gesetzt werden. Ein erneutes Anfahren muss verhindert werden bis der Fehler behoben wurde.
  • Der erfindungsgemäße hydraulische Dämpfer hat mindestens einen Dämpfungszylinder und mindestens einen hydropneumatischen Speicher. Diese sind vorzugsweise baulich getrennt und modular kombinierbar.
  • Der hydraulische Dämpfer ist derart ausgebildet, dass er bei einer Nennlast im Wesentlichen starr ist, und dass er bei einer bei einer darüber hinausgehenden Belastung dämpfend wirkt.
  • Vorzugsweise ist kein Druck im Dämpfungszylinder ohne äußere Belastung vorhanden, da der Speicher derart vorgespannt ist, dass ein Trennelement zwischen Gas und Hydraulikmedium des Speichers ohne äußere Belastung und im Normalbetrieb mechanisch anliegt.
  • Vorzugsweise wirkt eine Zugbelastung auf den Dämpfungszylinder.
  • Der Hub des Dämpfungszylinders sollte derart dimensioniert sein, dass er bei maximaler Einfederung infolge Störfallbelastung nicht auf mechanischen Anschlag in Richtung äußere Belastung geht.
  • Auch beim Zurückfedern entgegen der äußeren Belastungsrichtung sollte der Dämpfungszylinder nicht auf mechanischen Anschlag gehen.
  • Es können zusätzlich Endlagendämpfung(en) für den Dämpfungszylinder in beiden Verfahrrichtungen und/oder Doppeldichtungen und/oder ein Kolbenstangenschutzrohr vorgesehen werden.
  • Bei Ausfall des hydraulischen Dämpfers, z.B. des hydropneumatischen Speichers, z.B. weil dessen Trennelement undicht ist, darf sich nur ein geringer zusätzlicher Einfederhub ergeben, daher muss mechanischer Formschluss bei Ausfall des Dämpfers gegeben sein.
  • Erfindungsgemäß ist der Dämpfungszylinder ein Differenzialzylinder, dessen Kolbenstange im Normalbetrieb auf Zug belastet ist, und an dessen Kobenstangenraum der Speicher angeschlossen ist.
  • Der Speicher ist vorzugsweise ein hydropneumatischer Speicher. Der hydropneumatische Speicher ist vorzugsweise als Membran- bzw. Blasenspeicher ausgeführt.
  • Ein Vorfülldruck (p0) des Gasraumes des Speichers ist bevorzugt größer als der resultierende Druck aus Mindest-Vorspannungskraft des erfindungsgemäßen hydraulischen Dämpfers und der druckbeaufschlagten Kolbenfläche des Dämpfungszylinders.
  • Vorzugsweise ist der minimale Speicherdruck (p1) gleich dem Vorfülldruck (p0) (keine äußere Belastung), d.h. das Trennelement zwischen Gas und Hydraulikmedium liegt im Normalbetrieb mechanisch an.
  • Der Speicher ist vorzugsweise derart groß bemessen, dass die maximal auftretende kinetische Energie des Hubwerkes während eines Störfalles im Speicher komplett zwischen gespeichert werden kann.
  • Bei Verwendung eines Kolbenspeichers kann eine Endlagendämpfung vorgesehen werden.
  • Es können Gasflaschen (z.B. Stickstoffflaschen) nachgeschaltet werden.
  • Zur Reduzierung des Arbeitsaufwandes für die Sachverständigenabnahme können Standardkomponenten (baumustergeprüft) im hydraulischen Dämpfer verbaut werden.
  • Um die Dämpfungseigenschaften des erfindungsgemäßen hydraulischen Dämpfers zu verändern, bestehen prinzipiell folgende bevorzugte Möglichkeiten:
    • Speichervolumina
    • Gas-Vorfülldruck des hydropneumatischen Speichers
    • Auswahl oder Einstellung von hydraulischen Drosseln
  • Vier bevorzugte hydraulische Schaltungsmöglichkeiten im Bereich zwischen Zylinder und Speicher sind:
    • Verbindung zwischen Speicher und Zylinder ohne zwischengeschaltete hydraulische Komponenten (nur Rohrleitungen);
    • Drossel(ventil);
    • Drosselrückschlagventil (Parallelschaltung von Rückschlagventil und Drossel), deren Rückschlagventil beim Nothalt eine Verbindung vom Dämpfungszylinder zum Speicher öffnet, und deren Drossel bei der Gegenbewegung durchströmt wird;
    • Parallelschaltung von Kombinationen aus Drossel- und Rückschlagventilen. Dabei kann das Dämpfungsverhalten des hydraulischen Dämpfers in die Bewegungsrichtung und in die Gegenbewegungsrichtung unterschiedlich gewählt werden.
  • Bei den drei zuletzt genannten Weiterbildungen ist die Drossel oder sind die Drosseln vorzugsweise einstellbar.
  • Vorzugsweise ist der hydraulische Dämpfer derart ausgelegt, dass die Kolbenstange des Dämpfungszylinders mechanisch nicht anschlägt. Dies gilt auch bei einer Anwendung als Dämpfer im Hubwerk bei dessen Nothalt. Wichtig ist ein ausreichender Hub des Zylinders und ausreichende Größe des Speichers um die kinetische Energie des Nothaltevorgangs durch die Sicherheitseinrichtungen speichern zu können.
  • Zur Überwachung der Funktion des hydraulischen Dämpfers kann am hydropneumatischen Speicher auf der Gasseite ein Drucksensor oder Druckschalter angeordnet sein, um bei Ausfall der Funktion des Speichers diesen Fehler an die übergeordnete Sicherheitselektronik zu melden. Bei einer Anwendung als Dämpfer im Hubwerk kann darüber dessen Antrieb geregelt oder gesteuert still gesetzt werden.
  • Bevorzugt wird eine Überwachung der Position der Kolbenstangen des Dämpfungszylinders durch einen mechanischen Sicherheitsendschalter realisiert.
  • Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen
    • Figur 1 drei verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Hubwerks in einer gemeinsamen schematischen Darstellung;
    • Figur 2 ein nicht zur Erfindung gehörendes Hubwerk in einer perspektivischen Ansicht;
    • Figur 3 einen Dämpfer gemäß Figur 2 in einer geschnittenen Darstellung;
    • Figur 4 ein viertes und ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hubwerks in einer schematischen Darstellung;
    • Figur 5 einen Ausschnitt eines nicht zur Erfindung gehörenden Hubwerks in einer Ansicht;
    • Figur 6 einen Dämpfer eines sechsten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hubwerks;
    • Figur 7 einen Ausschnitt eines Dämpfers eines siebten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hubwerks; und
    • Figur 8 ein Diagramm mit den Verläufen einer ungedämpften und einer erfindungsgemäß gedämpften Belastung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit.
  • Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Hubwerk in einer schematischen Darstellung. Es ist an einer Tragstruktur 1 befestigt, die ein Bühnentragwerk sein kann, und dient zum Senken und Heben einer Masse m, die eine Traglast bestehend aus Nutzlast (z. B. Kulisse) und Eigengewicht eines Lastaufnahmemittels ist. Das Hubwerk hat eine Winde 2, die über eine Welle 4 von einem Elektromotor 6 angetrieben wird. Auf einer Trommel 8 der Winde 2 wird ein Seil 10 auf- und abgewickelt, wodurch die Masse m gehoben und gesenkt werden kann. Dazu ist das Seil 10 über eine Umlenkrolle 12, die oberhalb der Winde 2 und der Masse m angeordnet ist, um 180 Grad umgelenkt. Genauer gesagt ist die Umlenkrolle 12 an ein Teil der Tragstruktur 1 gehängt.
  • Der Antriebsstrang hat eine radial auskragende Drehmomentstütze 13, die sich an der Tragstruktur 1 abstützt. Weiterhin hat der Antriebsstrang eine Sicherheitseinrichtung 14, die aus mindestens einer Bremse besteht, die aus Sicherheitsgründen in einem unbestromten Zustand den Antriebsstrang und damit das gesamte Hubwerk stillsetzt.
  • Abweichend von der in Figur 1 gezeigten schematischen Darstellung wirkt die Sicherheitseinrichtung 14 bevorzugt auf die Welle 4.
  • Über die Sicherheitseinrichtung 14 kann ein Nothalt ausgelöst werden, bei dem das gesamte Hubwerk im Vergleich zum Normalbetrieb abrupt angehalten wird. Da bei einem derartigen Nothalt die Belastung verschiedener Teile des Hubwerks sehr hoch werden kann, ist erfindungsgemäß zumindest ein Dämpfer 16 vorgesehen, wobei in Figur 1 der erfindungsgemäße Dämpfer 16 an drei verschiedenen Stellen des Hubwerks eingezeichnet ist, womit drei verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Hubwerks dargestellt sind.
  • Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Dämpfer 16 zwischen der Winde 2 und der Tragstruktur 1 vorgesehen. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hubwerks ist der Dämpfer 16 zwischen der Umlenkrolle 12 und der Tragstruktur 1 eingespannt. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist der Dämpfer 16 zwischen der Drehmomentstütze 13 des Antriebsstrangs und der Tragstruktur 1 eingespannt.
  • Bei allen drei Ausführungsbeispielen wird der Dämpfer 16 bei einer Absenk- und bei einer Aufwärtsbewegung der Masse m im Normalbetrieb mit einer Belastung von maximal der Nennlast Fnenn auf Zug belastet. Bei einem Nothalt wird der Dämpfer 16 mit einer Dämpferkraft FD auf Zug belastet, die in Abhängigkeit der Verfahrgeschwindigkeit höher sein kann als die Nennlast Fnenn. Auf die Winde 2 wirkt eine abhebende Kraft, so dass der Dämpfer 16 des ersten Ausführungsbeispiels auf Zug belastet wird. Die Umlenkrolle 12 erfährt eine vertikal nach unten gerichtete Kraft, so dass der Dämpfer 16 des zweiten Ausführungsbeispiels auf Zug belastet wird. Der Antriebsstrang ist über die Welle 4 derart an die Winde 8 gekoppelt, dass seine Drehmomentstütze 13 eine Kraft in Richtung der ortsfesten Tragstruktur 1 erfährt, so dass der Dämpfer 16 des dritten Ausführungsbeispiels auf Zug belastet wird.
  • Bevorzugte Anbauorte des Dämpfers sind:
    • Drehmomentstütze 13 des Antriebsstranges, z. B. Elektromotor 6 oder Getriebebremsmotor (nicht gezeigt)
    • zur Tragstruktur (zum Stahlbau) verlagerte Winde 2
    • zur Tragstruktur (zum Stahlbau) verlagerte Umlenkrolle 12
  • Figur 2 zeigt einen Ausschnitt eines nicht zur Erfindung gehörenden Hubwerks, das prinzipielle Ähnlichkeiten mit dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 aufweist, wobei jedoch ein als Puffer 116 ausgebildete Dämpfer auf Druck belastet wird. Die Tragstruktur 1, die Winde 2 mit der Trommel 8, dem Windenrahmen 3 sowie Seil 10 und der Antriebstrang mit der Sicherheitseinrichtung 14 entsprechen dem dritten Ausführungsbeispiel aus Figur 1. Abweichend vom dritten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Sicherheitseinrichtung 14 und der Welle 4 eine Drehmomentstütze 113 angeordnet, die sich über den Puffer 116 am Windenrahmen 3 abstützt.
  • Ein bevorzugter Anbauort des Dämpfers ist die Seilwinde-Drehmomentstütze des Antriebsstrangs bestehend aus Antriebsmotor (mit oder ohne Getriebe) sowie der (den) Bremse(n).
  • Figur 3 zeigt einen äußeren Endabschnitt der Drehmomentstütze 113 aus Figur 2 und den als Puffer 116 ausgebildeten Dämpfer, der auf Druck belastet wird. Seine Mittelachse 118 verläuft durch ein Gelenk 120, über das der Puffer 116 an der Drehmomentstütze 113 befestigt ist. Der Puffer 116 hat einen becherförmigen Hauptkörper 122, der aus einem Elastomer oder aus einem CO-Polyester-Elastomer gefertigt ist. Der Puffer 116 sollte vorzugsweise eine annähernd lineare oder eine degressive Kennlinie haben.
  • Bei einem Nothalt wird das Gelenk 120 in Figur 3 im Uhrzeigersinn gedreht, so dass der Puffer 116 und insbesondere sein Hauptkörper 122 auf Druck belastet wird. Bei einem Nothalt wird die kinetische Energie bei einem aus Elastomer gefertigten Hauptkörper 122 in Rückstellenergie sowie durch Werkstoffdämpfung in Wärme umgewandelt. Bei einem aus CO-Polyester-Elastormer gefertigten Hauptkörper 122 wird die kinetische Energie durch dämpferinterne Vorspannung und durch Materialreibung zum Großteil in Wärme umgewandelt. Die restliche Rückstellenergie ist für das Zurückfedern des Puffers 116 verantwortlich.
  • Figur 4 zeigt ein viertes und ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hubwerks in einer schematischen Darstellung. Beim vierten Ausführungsbeispiel ist ein als Hubzylinder 124 mit Hubkolben 126 ausgebildeter Lineartrieb zusammen mit einem Dämpfer 16 zwischen der Tragstruktur 1 und dem Seil 10 auf Zug eingespannt. Das Seil 10 ist über die Umlenkrolle 12 um 90° umgelenkt und trägt die Masse m. Wenn zum Absenken der Masse m der Hubkolben 126 aus dem Hubzylinder 124 ausgefahren wird, und dann ein Nothalt erfolgt, wird der Dämpfer 16 auf Zug mit der Dämpferkraft FD belastet und begrenzt dabei die Kräfte, die auf das Seil 10, die Umlenkrolle 12, den Hubzylinder 124 mit dem Hubkolben 126 und auf die Tragstruktur 1 wirken.
  • Figur 5 zeigt einen Ausschnitt eines nicht zur Erfindung gehörenden Hubwerks. Dabei ist lediglich eine Umlenkrolle 12 gezeigt, die das Tragseil 10 in seinem unteren Bereich um 180° umlenkt. Die Umlenkrolle 12 ist an einem Rollenhalter 128 gelagert, an dem eine Anlage 130 ausgebildet ist. An der Oberseite der Anlage 130 sind parallel geschaltet zwei Puffer 116 (vgl. Figur 3) vorgesehen, an deren Oberseite eine Anlage 132 angeordnet ist, die fest mit der Tragstruktur 1 verbunden ist. Somit werden, wenn die Rolle 12 über das Seil 10 eine Zugkraft und insbesondere eine durch einen Nothalt ausgelöste Zugkraft (in Figur 5) nach oben erfährt, die beiden Puffer 116 auf Druck zwischen dem Rollenhalter 128 und der Tragstruktur 1 belastet. Jeder Puffer 116 erfährt dabei eine Dämpferkraft FD/2 die der einfachen Seilkraft entspricht.
  • Abweichend von dem in Figur 5 gezeigten nicht zur Erfindung gehörenden Beispiel können statt der zwei gezeigten Puffer 116 auch mehrere (n) zueinander parallel geschaltete Puffer 116 vorgesehen sein. Dann erfährt jeder Puffer eine Dämpferkraft FD/n.
  • Figur 6 zeigt einen hydraulischen Dämpfer 216 eines sechsten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hubwerks. Der hydraulische Dämpfer 216 wird im Normalbetrieb mit maximaler Nennlast auf Zug belastet. Dabei wirkt über ein (in Figur 6 nicht gezeigtes) Teil des Hubwerks und über eine Aufnahme 234 einer Kolbenstange 236 die Nennlast Fnenn und im Falle des Nothalts die Dämpferkraft FD. Ein Kolben 240 der Kolbenstange 236 stützt sich am Hydraulikmedium eines Kolbenstangenraums 242 eines Differenzialzylinders 238 ab. Dieses Hydraulikmedium wiederum stützt sich über eine Verbindungsleitung 244 an einem Blasenspeicher 246 ab, der auf seiner Gasseite 248 mit einem Druck vorgespannt ist, der zwischen dem resultierenden einfachen Nenndruck und dem doppelten Nenndruck des Differenzialzylinders 238 infolge Nennlast des (in Figur 6 nicht näher gezeigten) Hubwerks liegt.
  • Im Normalbetrieb befindet sich im Blasenspeicher 246 kein Hydraulikmedium und die Gasblase 250 liegt mechanisch speicherintern an. Dabei stützt sich das an der Aufnahme 234 befestigte Teil an dem Hydraulikmedium ab, ohne dass sich der Kolben 240 unter Nennlast Fnenn bewegt. Beim Auftreten der erhöhten Belastung durch Nothalt wird die Aufnahme 234 mit der erhöhten Dämpferkraft FD beaufschlagt. Das Hydraulikmedium aus dem Kolbenstangenraum 242 wird über ein Rückschlagventil eines in der Verbindungsleitung 244 angeordnetes Drossel-Rückschlagventils 252 gegen das vorgespannte Gas in den Blasenspeicher 246 verdrängt, wodurch die Aufnahme 234 des hydraulischen Dämpfers 216 ausfedert. Bei der darauf folgenden Rückbewegung bzw. Gegenbewegung dämpft die einstellbare Drossel 254 des Drossel-Rückschlagventils 252. Ein gasseitiger Drucksensor 257 am hydropneumatischen Blasenspeicher 246 überwacht die korrekte Gasvorspannung des Blasenspeichers 246. Zwei redundante hydraulikmediumseitigen Drucksensoren 256 erlauben eine ständige redundante Überwachung des hydraulischen Dämpfers 216 hinsichtlich der angreifenden äußeren Belastung. Diese Sensorik (Drucksensoren 256, 257) dient zur Ermittlung der äußeren Belastung:
    • Überlasterkennung
    • Einrichtung zum Wiegen der eingehängten statischen Last
    • Erfassung der realen Störfallbelastung
    • Regelmöglichkeit durch Rückführung des Kraft-IST-Signal
    • Unterlasterkennung
  • Der hydraulische Dämpfer erfüllt des Weiteren die Funktion der Messung der äußeren Belastung (Ermittlung Kraft-Ist-Wert).
  • Vorzugsweise ist kein Druck im Kolbenstangenraum 242 des Differenzialzylinders 238 ohne äußere Belastung vorhanden. Der Druck innerhalb des Differenzialzylinders 238 steigt proportional zur äußeren Belastung des Hubwerkes an. Es ist somit die Messung der vorhandenen IST-Belastung für das Hubwerk über das Signal eines Drucksensors 256 möglich. Der Differenzialzylinder 238 des Dämpfers sollte vorzugsweise statisch bestimmt eingebaut werden, da ansonsten die Kraftmessung verfälscht werden kann. Das Trennelement zwischen Gas und Hydraulikmedium des Blasenspeichers 246 liegt im Normalbetrieb mechanisch an.
  • Verwendung sollte hier vorzugsweise ein Druckaufnehmer finden, welcher am druckbelasteten Kolbenstangenraum 242 des Differenzialzylinders 238 angeschlossen wird. Bei Anwendung der Einfehlersicherheit sollte aus Gründen der Redundanz ein zweiter Druckaufnehmer zur Überwachung eingebaut werden. Falls dem ersten Druckaufnehmer SIL3-Fähigkeit attestiert werden kann, kann auf den zweiten Druckaufnehmer zur Überwachung verzichtet werden.
  • Die Sensorik zur Ermittlung der äußeren Belastung ist vorzugsweise in den hydraulischen Dämpfer 216 integriert und dient der Überlasterkennung und/oder zum Wiegen der eingehängten Last und/oder der Erfassung der Realen Störfallbelastung und bietet eine Regelmöglichkeit durch Rückführung des Kraft-IST-Signals.
  • Auch sind Kombinationen aus Druckaufnehmer(n) und Kraftaufnehmer(n) denkbar.
  • Figur 7 zeigt eine Parallelschaltung von Kombinationen aus Drossel- und Rückschlagventilen 352, das anstelle des Drossel-Rückschlagventils 252 in den hydraulischen Dämpfer gemäß Figur 6 eingesetzt werden kann. In die Verbindungsleitung 244 zwischen den Anschlüssen A und B sind in zwei zueinander parallelen Leitungsabschnitten 358 jeweils eine einstellbare Drossel 254 und ein Rückschlagventil vorgesehen. Damit bestimmt die Drossel 254 des einen Leitungsabschnitts 358 das Dämpfungsverhalten in der Bewegungsrichtung, während die andere Drossel 254 in dem anderen Leitungsabschnitt 358 das Dämpfungsverhalten in der Gegenbewegung bestimmt. Da beide Drosseln 254 getrennt voneinander einstellbar sind, ist das jeweilige Dämpfungsverhalten richtungsabhängig wählbar.
  • Figur 8 zeigt in einer prinzipiellen Darstellung die Belastung des Teils, das an den Dämpfer 16 beziehungsweise an den hydraulischen Dämpfer 216 gekoppelt ist in Abhängigkeit der Geschwindigkeit. Die durchgezogene Linie markiert die zweifache Nennlast (2 × Fnenn) wobei diese Belastung erfindungsgemäß auch bei einem Nothalt nicht überschritten werden soll. Die punktierte Linie zeigt, wie eine ungedämpfte Belastung mit der Geschwindigkeit zunehmen würde. Die gestrichelte Linie zeigt den Verlauf der erfindungsgemäßen Dämpferkraft FD, die bei Stillstand der Nennlast Fnenn entspricht, und die auch bei zunehmender Geschwindigkeit nicht über die zweifache Nennlast 2 × Fnenn hinausgeht.
  • Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Zylinder-Speicher-Kombination. Der hydraulische Dämpfer "Zylinder-Speicher-Kombination" besteht aus folgenden Hauptkomponenten: Zylinder, Drossel-Rückschlagventil, hydropneumatischer Speicher und mindestens einer Druckmessdose, welche den Druck im Bereich Hydraulikmedium erfasst. Aus Gründen der funktionalen Sicherheit sollte neben dieser Druckmessdose noch eine zweite Druckmessdose für die redundante Erfassung des Druckes des Hydraulikmediums und somit indirekt zu Ermittlung der äußeren Belastung installiert werden. So ist gewährleistet, dass durch die Möglichkeit der gegenseitigen Überwachung durch eine übergeordnete Sicherheitselektronik eine SIL3-fähige Kraftmessung realisiert wird. Ein dritter Drucksensor bzw. ein Druckschalter sollte zur Erfassung des Mindest- Gasdruckes des Speichers auf der Gasseite montiert sein, um die korrekte Funktion des hydraulischen Dämpfers zu garantieren. Als redundante Überwachung des Gasdruckes des Speichers neben der Druckmessdose im Gasraum besteht die Möglichkeit durch Geber-Ist-Wert- Vergleich den Verlust der Funktion des Speichers zu erkennen. Hierfür müssen sich jedoch ein Geber am Antriebsstrang und ein Geber auf der Rahmenseite z. B. einer Seilwinde befinden, so dass es bei Verlust der Speichervorspannung zu einem Auseinanderdriften der Positions-Istwerte der Geber kommt. Des Weiteren kann für diese Überwachung des Gasdrucks des Speichers auch ein Endschalter am Zylinder installiert werden. Bei Ausfall des Speichers des hydraulischen Dämpfers bewegt sich die Kolbenstange aus ihrer fixen Position im Normalbetrieb, ein Endschalter wird geschalten und die übergeordnete Sicherheitselektronik bremst die äußere Last über eine gesteuerte oder geregelte Notstopprampe durch den Antriebsstrang sanft ab und setzt diese still, solange bis der Fehler behoben wurde.
  • Als Einbauposition des hydraulischen Dämpfers "Zylinder-Speicher-Kombination" werden folgende Anbauorte bevorzugt:
    • Drehmomentstütze des Antriebstrangs, z.B. Drehmomentstütze zwischen Antriebstrang und Windenrahmen einer Seilwinde an der Seite des Antriebsstrangs;
    • im Bereich des komplett zur Tragstruktur verlagerten Antriebsstrangs, z. B. Seilwinde;
    • am Umlenkrollenbock für die Seilumlenkung, also zwischen Baugruppe Umlenkrollenbock und angrenzender Tragstruktur (Stahlbau);
    • im Bereich der Lastaufnahmemittel, z.B. Laststange bei Prospektzügen im Bereich Bühnentechnik.
  • Bei dem als Zylinder-Speicher-Kombination gebildeten hydraulischen Dämpfer wirkt der Zylinder ähnlich wie eine translatorisch arbeitende Kolbenpumpe, angetrieben durch eine äußere Belastung. Die äußere Kraft greift am Kolbenstangenende des Zylinders an. Sie erzeugt im Kolbenstangenraum des Zylinders einen Druck, welcher sich proportional zur äußeren Last verändert. Ohne die äußere Belastung ist der Druck im Kolbenstangenraum 0 bar, da sich das Trennelement des Speichers auf mechanischen Anschlag befindet, so dass das Trennelement speicherintern trotz des Vorfülldruckes des Gases keinen Druck auf das Hydraulikmedium ausüben kann. Im Normalbetrieb verharrt die Kolbenstange auf Grund der Druckvorspannung durch den Gasraum des Speichers in seiner nicht ganz eingefahrenen Position. Diese Position ist abhängig von der vorhandenen Menge des Hydraulikmediums innerhalb des hydraulischen Dämpfers. Eine minimale, nicht relevante, Veränderung der Position im Normalbetrieb erfährt das Hubwerk lediglich infolge der Kompressibilität des Hydraulikmediums.
  • Erst bei einer äußeren Belastung infolge Störfallbelastung, die größer als die voreingestellte Mindestvorspannung des Speichers ist, kommt es zu einer signifikanten Nachgiebigkeit des Gesamtsystems Hubwerk im Bereich des hydraulischen Dämpfers. Im Störfall bei äußeren Belastungen größer der resultierenden Kraft aus dem Produkt Vorfülldruck des Speicher-Gasraumes mal wirksamer Zylinderfläche fährt die Kolbenstangen/Kolben-Einheit des Zylinders aus und verdrängt mit sehr geringer Zeitverzögerung das Hydraulikmedium über das Rückschlagventil des Drossel-Rückschlagventils in Richtung Speicher, bis ein Kräftegleichgewicht zwischen äußerer Kraft und der Reaktionskraft des Zylinders, hervorgerufen durch den vorgespannten Speicher, herrscht. Die kinetische Bremsenergie beim "Nothalt der Stoppkategorie 0", resultiert aus dem reduzierten Massenträgheitsmoment dem Gesamtsystems und der dazugehörigen Winkelgeschwindigkeit, wird komplett in hydraulische Energie umgesetzt und im Speicher temporär zwischengespeichert. Die Kolbenstange befindet sich dabei an ihrem Wegumkehrpunkt und fährt danach gedämpft wieder ein. Beim Einfahren findet ein Rückfluss des Hydraulikmediums vom Speicher zum Zylinder über die Drossel statt .Das Rückschlagventil ist in dieser Richtung geschlossen. Hierbei wird die Störfallenergie teilweise final in Wärme umgewandelt und die Restenergie dem Hubwerk zeitversetzt zurückgegeben.
  • Dieser Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden. Die einzige Einschränkung stellt die Erwärmung des Hydraulikmediums des hydraulischen Dämpfers dar.
  • Offenbart ist ein stationäres Hubwerk, das eine Nothalt-Funktion aufweist und im Bühnenbereich eingesetzt werden kann. Um die Belastung der Teile des Hubwerks und der Tragstruktur, an der das Hubwerk befestigt ist, beim Nothalt zu reduzieren, ist zwischen einem Teil, das sich gemäß dem Stand der Technik an der Tragstruktur abstützt, und der Tragstruktur ein Dämpfer vorgesehen. Damit wird die Belastung des betroffenen Teils und weiterer Teile des Hubwerks und der Tragstruktur auf maximal zweifache Nennlast reduziert. Der Dämpfer ist dauerhaft, also im Normalbetrieb und während eines Nothalts und im Stillstand an dem Teil und an der Tragstruktur mechanisch befestigt.
  • Offenbart ist weiterhin ein hydraulischer Dämpfer, der als Dämpfer des Hubwerks eingesetzt werden kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Tragstruktur
    2
    Winde
    3
    Windenrahmen
    4
    Welle
    6
    Elektromotor
    8
    Trommel
    10
    Seil
    12
    Umlenkrolle
    13; 113
    Drehmomentstütze
    14
    Sicherheitseinrichtung (z.B. mindestens eine Bremse)
    16
    Dämpfer
    116
    Puffer
    118
    Mittelachse
    120
    Gelenk
    122
    Hauptkörper
    124
    Hubzylinder
    126
    Hubkolben
    128
    Rollenhalter
    130
    Anlage
    132
    Anlage
    216
    hydraulischer Dämpfer
    234
    Aufnahme
    236
    Kolbenstange
    238
    Differenzialzylinder
    240
    Kolben
    242
    Kolbenstangenraum
    244
    Verbindungsleitung
    246
    Blasenspeicher
    248
    Gasseite
    250
    Gasblase
    252
    Drossel-Rückschlagventil
    254
    Drossel
    256
    Drucksensor (für Hydraulikmedium)
    257
    Drucksensor (für Gasseite des hydropneumatischen Speichers)
    352
    Parallelschaltung von Kombinationen aus Drossel- und Rückschlagventilen
    358
    Leitungsabschnitt
    A
    Anschluss
    B
    Anschluss
    m
    Masse
    FD
    Dämpferkraft
    Fnenn
    Nennlast

Claims (13)

  1. Stationäres Hubwerk mit einem im Wesentlichen ortsfesten Teil, das an einer ortsfesten Tragstruktur (1) befestigbar ist, indem an dem Teil ein hydraulischer Dämpfer (16; 216) befestigt ist, der an der Tragstruktur (1) befestigbar ist, wobei der hydraulische Dämpfer (16; 216) für einen Nothalt durch eine Sicherheitseinrichtung (14) des Hubwerks ausgelegt und derart ausgebildet ist, dass er in einem Normalbetrieb des Hubwerks im Wesentlichen starr ist, und bei einer bei einer darüber hinausgehenden Belastung dämpfend wirkt, und wobei der hydraulische Dämpfer (16; 216) einen Differenzialzylinder (238) aufweist, dessen Kolbenstange (236) bei einer Nennlast (Fnenn) auf Zug belastet ist, und wobei der hydraulische Dämpfer (216) einen Speicher (246) aufweist, der an einen Kolbenstangenraum (242) des Differenzialzylinders (238) angeschlossen ist.
  2. Hubwerk nach Anspruch 1, wobei über den hydraulischen Dämpfer (16; 216) ein Teil der kinetischen Energie des Nothalts in Federenergie und ein anderer Teil in Wärmeenergie umgewandelt wird.
  3. Hubwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Winde (2) mit einem biegeschlaffen Zugmittel (10) aufweist.
  4. Hubwerk nach Anspruch 3, wobei das Teil eine Aufhängung der Winde (2) oder ein Windenrahmen (3) oder ein Elektromotor (6) der Winde (2) oder ein Antriebsstrang oder eine Drehmomentstütze (13; 113) ist.
  5. Hubwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 2, das einen Linearantrieb aufweist.
  6. Hubwerk nach Anspruch 5, wobei der Linearantrieb ein Hubzylinder (124) mit Hubkolben (126) ist, und wobei das Teil der Hubzylinder (124) ist.
  7. Hubwerk nach Anspruch 5 oder 6, wobei an dem Linearantrieb ein biegeschlaffes Zugmittel (10) befestigt ist.
  8. Hubwerk nach Anspruch 3, 4, oder 7, wobei das Teil eine Umlenkrolle (12) für das Zugmittel (10) ist.
  9. Hubwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der hydraulische Dämpfer (16; 216) derart ausgelegt ist, dass beim Nothalt höchstens zweifache Nennlast (2 × Fnenn) des Hubwerks auftritt.
  10. Hubwerk nach Anspruch 1, wobei ein Trennelement des Speichers (246) bei der Nennlast (Fnenn) mechanisch anliegt.
  11. Hubwerk nach Anspruch 1 oder 10, wobei zwischen dem Differenzialzylinder (238) und dem Speicher (246) ein Drossel-Rückschlagventil (252) angeordnet ist.
  12. Hubwerk nach Anspruch 1 oder 10, wobei zwischen dem Differenzialzylinder (238) und dem Speicher (246) ein doppeltes Drossel-Rückschlagventil (352) angeordnet ist.
  13. Hubwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der hydraulische Dämpfer (16; 216) derart ausgelegt ist, dass die Kolbenstange (236) bei einem Nothalt mechanisch nicht anschlägt.
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