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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Längen- und/oder
Lastausgleich zwischen mindestens zwei Tragmitteln, an denen eine
gemeinsame Last aufgehängt ist, nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1. Die Vorrichtung umfasst demnach jeweils ein Tragmittel-Befestigungselement
für jedes Tragmittel und eine mit dem Tragmittel-Befestigungselement
kräfteübertragend verbundene Halterung. Zwischen
jedem Tragmittel-Befestigungselement und der Halterung ist ein längenveränderliches
Ausgleichselement zum Längen- und/oder Lastausgleich vorgesehen.
An der Halterung greifen also alle Tragmittel an, so dass diese
das Tragmittel verbindende Element ist. Die Halterung kann die zu
tragende gemeinsame Last selbst sein, an der die Tragmittel – indirekt über
die längenveränderlichen Ausgleichselemente – befestigt
sind, es kann sich aber auch um mehrere, für jedes Tragmittel
separat vorgesehene Aufhängungspunkte handeln, die zusammen
mit der diese verbindenden Last die hier angesprochene Halterung
bilden; die vorliegende Vorrichtung kann sich auch an den Enden
der Tragmittel befinden, die der Last abgewandt sind, so dass die
Halterung durch beispielsweise einen gemeinsamen Anschlag der Tragmittel
oder unterschiedliche, ortsfeste und somit quasi untereinander verbundene
Aufhängungspunkte gebildet wird. Schließlich kann
die Halterung auch aus einem Zwischenstück bestehen, das zwischen
die mindestens zwei Tragmittel und einem oder mehreren weiterführenden
Tragmitteln befestigt ist.
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Wenn
zwei oder mehr Tragmittel, wie insbesondere Tragseile, aber auch
Ketten, Riemen und dergleichen, zur Aufhängung einer gemeinsamen Last
vorgesehen sind, ist es kaum zu vermeiden, dass die Anbindungspunkte
der Tragmittel an der Last nicht exakt horizontal zueinander ausgerichtet sind.
Dies liegt zum einen an den unvermeidlichen Toleranzen bei der Montage,
aber insbesondere auch daran, dass sich die Tragmittel mit der Zeit
unterschiedlich längen.
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Vorrichtungen
zum Längen- und/oder Lastausgleich der vorliegenden Art
können bei Lasten, die exakt horizontal ausgerichtet bleiben
müssen, wie beispielsweise eine Arbeitsbühne zur
Fassadenreinigung oder zur Verwendung im Theater, eingesetzt wer den.
Vor allem jedoch bei Lasten, die in ihrer Hub- und Senkbewegung
geführt werden, wie insbesondere klassische Personenaufzüge
und Lastenaufzüge, werden Vorrichtungen zum Längen- und/oder
Lastausgleich verbreitet eingesetzt. Hier dient das längenveränderliche
Ausgleichselement zwischen den Tragmittel-Anbindungspunkten und der
eigentlichen Last im Wesentlichen zum Lastausgleich, denn wenn beispielsweise
eines von vier Tragseilen eines Aufzugs sich mit der Zeit mehr als die
anderen drei Tragseile längt, entfällt auf dieses eine
Tragseil deutlich weniger Last als auf die anderen drei Tragseile,
da sich die horizontale Ausrichtung der Last wegen ihrer Führung
nicht ändert. Hierbei ist der umgekehrte Fall, wenn sich
ein Tragseil beispielsweise weniger gelängt hat als die
restlichen drei Tragseile, unter Sicherheitsaspekten kritischer, da
dieses eine Tragseil mitunter mehr Last tragen muss, als für
ein einzelnes Tragseil vorgesehen und tolerabel ist.
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Nach
dem Stand der Technik erfolgt ein Längen- und Lastausgleich
für Tragmittel einer gemeinsamen Last mittels einer eingangs
genannten Vorrichtung, wobei das längenveränderliche
Ausgleichselement meist eine Schraubenfeder ist, die jeweils zwischen
der Last und den Aufhängungspunkten für die Tragseile
angeordnet und auf Druck beansprucht ist. Dieser Stand der Technik
ist beispielsweise im Fachbuch: Martin Scheffler (Hrsg.) „Fördermaschinen-Hebezeuge,
Aufzüge, Flurförderzeuge" Vieweg Verlag
1998, Kapitel 3.3.1 beschrieben. Daneben kommen als längenveränderliche
Ausgleichselemente auch Seilfederpuffer zum Einsatz, die aus einem federnden
Elastomer bestehen.
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Da
sich bei solchen federnden Ausgleichselementen jedoch die Federkraft
abhängig vom Einfederweg ändert, kann kein vollständiger
Längen- bzw. Lastausgleich erzielt werden. Es wird daher
allgemein davon ausgegangen, dass bei geführten Aufzügen
deren Tragmittel, insbesondere Tragseile, grundsätzlich
unterschiedliche Anteile der Last abtragen, trotz der üblichen
federnden Seilaufhängung.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Längen- und/oder Lastausgleich zwischen mindestens
zwei Tragmitteln, die zusammen eine Last halten, der eingangs genannten
Art zu verbessern.
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Gelöst
ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1. Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 9 niedergelegt.
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Eine
eingangs beschriebene Vorrichtung zum Längen- und Lastausgleich
wird gemäß der vorliegenden Erfindung also dadurch
verbessert, dass die längenveränderlichen Ausgleichselemente
zwischen den Tragmittel-Befestigungselementen bzw. den Tragmittel-Anbindungspunkten
und der Halterung, die, wie eingangs ausgeführt, direkt
an der Last oder auch an dem gegenüberliegenden Ende der Tragmittel
angeordnet sein kann, durch Kolben-Zylinder-Einheiten gebildet sind,
deren jeweiligen Druckkammern für einen Druckausgleich
untereinander verbunden sind.
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Die
Druckkammern der Kolben-Zylinder-Einheiten sind bevorzugterweise
mit einer Flüssigkeit, insbesondere Hydrauliköl,
gefüllt; sie können jedoch auch mit anderen, insbesondere
inkompressiblen Medien betrieben werden. Die Verwendung einer Hydraulik-Flüssigkeit
birgt den Vorteil, dass diese für die vorliegende Anwendung
als inkompressibel angesehen werden kann und dementsprechend keine
federnden Eigenschaften aufweist. Dies bietet Vorteile bei abrupten
Laständerungen, also bei einem Personenaufzug insbesondere
beim Betreten oder Verlassen des Aufzugs oder bei einem Lastenaufzug
beim Be- und Entladen: Dies wird nicht mehr durch eine schwingende
Bewegung des Aufzugkorbs quittiert. Auch ein Einfedern unter Last
findet nicht statt.
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Erfindungsgemäß wird
mindestens an einem Ende der Tragmittelanbindung mittels des Zusammenspiels
von Kolben und Zylinder in mindestens einer Kolben-Zylinder-Einheit
die Haltekraft in die oder in eine der beiden Druckkammern des Zylinders
eingeleitet. Da die Druckkammern aller Tragmittel untereinander
verbunden sind, herrscht in jeder Druckkammer der gleiche Druck,
so dass alle Tragmittel mit der gleichen Kraft beaufschlagt werden.
Wenn es Längenunterschiede zwischen den einzelnen Tragmitteln
gibt, sei es durch Toleranzen bei der Montage, sei es durch Längenänderungen
im Betrieb, werden diese Längenunterschiede durch die druckausgleichende
Verbindung der jeweiligen Druckkammern voll ausgeglichen. Diejenige
Druckkammer, deren Tragmittel beispielsweise eine Längung
erfahren hat, wird über den Druckausgleich der Druckkammern
mit Fluid gefüllt, da die dann mit temporär höheren
Kräften beaufschlagten restlichen Druckkammern einen höheren
Druck aufweisen. Hierdurch vergrößert bzw. verlängert
sich die Druckkammer des gelängten Tragmittels, während
sich die Druckkammern der anderen Tragmittel verkleinern bzw. verkürzen,
bis ein Gleichgewichtszustand hergestellt ist und in allen Druckkammern
wieder derselbe Druck herrscht. Im Ergebnis wird die Längung
des einen Tragmittels also ausgeglichen, und alle Tragmittel werden
wieder mit dem exakt gleichen Lastanteil beaufschlagt. Wenn die
Kolben-Zylinder-Einheiten hydraulisch belastet werden, wirkt die
Gesamtheit der Ausgleichselemente dann wiederum wie ein inkompressibles,
unnachgiebiges Element, das weder ein schwingungsfähiges
System darstellt, noch ein Ein- und Ausfedern der Last bei Laständerungen
zulässt.
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Die
Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheiten sind bevorzugt in die Halterung
integriert, während die Tragmittel-Befestigungselemente
an den Kolbenstangen der Kolben-Zylinder-Einheiten angeordnet sind.
Die Kolbenstangen sind demgemäß als Verlängerungen
der Tragmittel anzusehen, wobei die Krafteinleitung der Tragmittel
in die Halterung über eine hydraulische oder pneumatische
Druckkammer, nämlich den Fluidzylinder, erfolgt. Die Halterung kann
hierbei in die Last selbst integriert, am Kraftangriffspunkt der
Last integriert oder lösbar an dieser angebracht sein;
auch ein Zwischenschalten der Halterung zwischen mehrere in Reihe
hintereinander angeordnete Tragmittel oder ein Anbringen der Halterung
an den ortsfesten Enden der Tragmittel oder beispielsweise einem
Gegengewicht für die Last ist im Rahmen der vorliegenden
Erfindung möglich.
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Alternativ
zur eben genannten vorteilhaften Anordnung der Kolben-Zylinder-Einheiten
können diese selbstverständlich auch umgekehrt
angeordnet werden, nämlich die Kolben der Halterung und
die Zylinder den Tragmitteln zugeordnet sein. Ebenso ist es auch
möglich, beispielsweise sowohl zur Halterungsseite als
auch zur Tragmittelseite hin Fluidzylinder vorzusehen, die durch
eine Kolbenstange verbunden sind, die an ihren beiden Enden mit
Kolben versehen ist. Wichtig ist jeweils nur, dass das längenveränderliche
Ausgleichselement zwischen der Tragmittelbefestigung und der Halterung
mit einer hydraulischen Druckkammer arbeitet, wobei die Druckkammern
aller Tragmittel untereinander druckausgleichend verbunden sind.
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Besondere
Vorteile ergeben sich, wenn mindestens ein Sicherheitsschalter für
jede Kolben-Zylinder-Einheit vorhanden ist, der betätigt
wird, bevor die zugeordnete Kolben-Zylinder-Einheit an einen mechanischen
Anschlag gelangt. Dieser Sicherheitsschalter wird im einfachsten
Fall durch ein an der Kolbenstange der Kolben-Zylinder-Einheit angebrachtes Stellglied
betätigt, wobei vorzugsweise alle Stellglieder auf einen
einzigen Sicherheitsschalter wirken. Der Sicherheitsschalter kann
ausgelöst werden, bevor der Kolben an einen von seinen
beiden mechanischen Anschlägen gelangt, oder aber der Sicherheitsschalter
ist dem Kolben solcherart zugeordnet, dass er nur kurz vor Erreichen
eines der beiden mechanischen Anschläge betätigt
wird. Im letzteren Fall kann es vorteilhaft sein, einen zweiten
Sicherheitsschalter vorzusehen, der überwacht, ob der Kolben
in die Nähe seines anderen mechanischen Anschlags kommt.
In jedem Fall ist es zweckmäßig, dass der Sicherheitsschalter
an der Kolbenstange angeordnet und ortsfest mit dem Zylinder verbunden
ist, um eine Relativbewegung der Kolbenstange gegenüber
dem Zylinder detektieren zu können.
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Der
Sicherheitsschalter kann auch als Überwachungselement zur Überwachung
des Kolbenhubs jeder Kolben-Zylinder-Einheit ausgestaltet sein, oder
ein solches Überwachungselement kann zusätzlich
zum Sicherheitsschalter oder zu den Sicherheitsschaltern vorgesehen
sein. Ein solches Überwachungselement kann ein Wegsensor
sein, der den von der Kolbenstange zurückgelegten Weg beispielsweise
kapazitiv oder optisch erfasst und weitermeldet. Hierdurch kann
dann auch festgestellt werden, ob es Längenunterschiede
zwischen den Tragmitteln gibt und wie groß diese sind.
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Sollte
sich also beispielsweise beim Betrieb ein Tragmittel übermäßig
längen und der mögliche Hub des Kolbens im Zylinder
nicht mehr zur Kompensation ausreichen oder gar ein Seilbruch vorliegen, wird
vor Erreichen des mechanischen Anschlags des Kolbens in der Druckkammer
ein Sicherheitsschalter betätigt, der einen Systemfehler
signalisieren kann und vorzugsweise ein Not-Aus-Signal generiert.
Umgekehrt wird vorzugsweise ebenfalls ein Sicherheitsschalter, oder
alternativ derselbe Sicherheitsschalter betätigt, wenn
ein Tragmittel in unzulässigem Maß verkürzt
wird und der Kolben in der Druckkammer an seinen anderen mechanischen
Anschlag gelangen würde, da sein Hub zum Ausgleich der
Verkürzung nicht mehr ausreicht. Auch hier wird ein Systemfehler signalisiert
und gegebenenfalls ein Not-Aus-Signal generiert, das den Betrieb
stillsetzt.
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Auch
bei einer etwaigen Leckage mit Austritt von Fluid aus den Druckkammern
wird dies von den Sicherheitsschaltern erkannt und kann zur Signalisierung
eines Systemfehlers oder zur Generierung eines Not-Aus-Signals führen.
Die Sicherheitsschalter überwachen demnach die einwandfreie
Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
gleichzeitig unzulässige Längenänderungen
oder gar einen Bruch bei den Tragmitteln.
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Weitere
Vorteile ergeben sich, wenn mindestens ein Drucksensor zum Detektieren
des in den Druckkammern der Kolben-Zylinder-Einheiten herrschenden
Fluiddrucks vorgesehen ist. Denn aufgrund der bekannten Anzahl der
Tragmittel und der bekannten Wirkfläche der einzelnen Kolben-Zylinder-Einheiten
der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann man aufgrund
des Drucks in den Druckkammern auf die Gesamtkraft am Tragmittelsystem
rückschließen. Man muss demnach lediglich den
Druck in den Druckkammern über einen Drucksensor abfragen,
um den Beladungszustand der Last, insbesondere eines Aufzugs, beurteilen
zu können und gegebenenfalls bei Überlast eine
Sicherheitsabschaltung auszulösen. Dementsprechend kann
der Drucksensor auch als Druckmessschalter zum Generieren eines
Not-Aus-Signals ausgebildet sein.
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Ein
Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße
Vorrichtung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen
näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
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2 eine
Darstellung wie 1, jedoch nach Längung
eines der vier Tragmittel.
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In 1 ist
schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Vorrichtung zum Längen- und/oder Lastausgleich zwischen
vier Tragmitteln 1 und einer gemeinsamen Last im Teilschnitt dargestellt,
wobei die gemeinsame Last eine Aufzugskabine ist. Eine Halterung 2 ist
für den gemeinsamen Lastabtrag der vier Tragmittel 1 vorgesehen. Die
Halterung 2 kann in die (nicht dargestellte) Aufzugskabine
integriert oder an dieser angebracht sein. Es ist jedoch genauso
gut möglich, die Halterung 2 ortsfest im Aufzugsschacht
anzubringen, so dass sie einen gemeinsamen Anschlagpunkt der vier
Tragmittel bildet. Je nach Ausführung des Aufzugs kann
die Halterung 2 schließlich auch an dessen (wiederum nicht
dargestellten) Gegengewicht angebracht oder in dieses integriert
sein. Die Drahtseile bzw. Tragmittel 1 sind jeweils über
ein Seilschloss 3 mit einer Kolbenstange 4 einer
Kolben-Zylinder-Einheit 5 mittels eines Gelenks 6 verbunden.
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Die
Kolbenstange 4 wirkt auf einen Kolben 7 in einem
Zylinder 8, wobei der Zylinder 8 in die Halterung 2 integriert
ist. Mittels Kolbendichtungen 10 und Stangendichtungen 11 wird
gewährleistet, dass ein Druckraum 12 im Zylinder
nach außen abgedichtet ist und die Gewichtskraft der Last
abfangen bzw. auf den Kolben 7 und damit in das Tragmittel 1 leiten kann.
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Erfindungsgemäß sind
die Druckräume 12 aller vier Zylinder 8 mittels
Druckausgleichsleitungen 13 untereinander verbunden, so
dass in jedem Druckraum 12 jedes Tragmittels 1 im
Gleichgewichtszustand der gleiche Druck herrscht.
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2 verdeutlicht
in einer entsprechenden Darstellung die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels
für eine erfindungsgemäße Vorrichtung:
Das links dargestellte Tragmittel 1 hat sich im vorliegenden
Beispiel gelängt, so dass es bei herkömmlicher Anbindung
an die Halterung 2 einen deutlich geringeren Anteil der
Gewichtskraft der Last übernehmen würde, als die
verbliebenen Tragmittel 1. Da nun erfindungsgemäß jedoch
jedes Tragmittel 1 über einen Druckraum 12 mit
der Halterung 2 verbunden ist und alle diese Druckräume 12 mittels
der Druckausgleichsleitungen 13 druckausgleichend untereinander
verbunden sind, fällt der Druck im Druckraum 12 des
links dargestellten Zylinders 8 ab (das zugeordnete Tragmittel 1 trägt
aufgrund seiner Längung nicht mehr den vorgesehenen Anteil
der Last), so dass Fluid, im vorliegenden Fall Hydrauliköl,
aus den drei rechts dargestellten Druckräumen 12 in
den links dargestellten Druckraum 12 nachfließt
und somit den links dargestellten Kolben 7 nach unten drückt.
Hierdurch verlängert sich der Druckraum 12 des
links dargestellten Zylinders 8, so dass die Kolbenstange 4 nach
unten gezogen wird und hierdurch die Längung des zugeordneten
Tragmittels 1 ausgleicht. Sobald diese Längung
ausgeglichen ist, steigt der Druck im Druckraum 12 des
links dargestellten Zylinders 8 wieder an, bis ein Gleichgewicht
hergestellt ist und wiederum der gleiche Druck in allen Druckräumen 12 herrscht.
Dementsprechend ist die Last dann auch wieder vollkommen gleichmäßig
auf die vier Tragseile 1 aufgeteilt.
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Wie
anhand der 1 und 2 zu erkennen
ist, sind außerdem die Kolbenstangen 4 jeweils mit
einem Stellglied 14 versehen. Dieses Stellglied 14 wirkt
bei erheblichen Änderungen der Position des Kolbens 7 im
Zylinder 8 gegen einen oberen Sicherheitsschalter 15 oder
gegen einen unteren Sicherheitsschalter 16. Diese Sicherheitsschalter
werden jeweils durch das Stellglied 14 betätigt,
kurz bevor der Kolben 7 an seinen oberen oder unteren mechanischen
Anschlag fährt. Sowohl der obere Sicherheitsschalter 15 als
auch der untere Sicherheitsschalter 16 generieren ein Not-Aus-Signal,
da bei einer solch großen Längenänderung
zwischen den einzelnen Tragmitteln 1 ein Systemfehler vorliegen muss.
Mit einem solchen Not-Aus-Signal kann dann beispielsweise der Aufzug
stillgesetzt werden, um kein Sicherheitsrisiko einzugehen.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung kann also außerdem durch
einen simplen Sicherheitsschalter eine Überwachung der
gesamten Anlage auf insbesondere Seilbruch eines Tragseils erfolgen.
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Eine
weitere Besonderheit des in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiels ist ein Druckmessgerät 17,
das der Druckausgleichsleitung 13 zugeordnet ist und demgemäß den
in den Druckräumen 12 herrschenden Druck misst.
Vom Messergebnis des Druckmessgeräts 17 kann auf
den Gesamt-Belastungszustand des Aufzugs zurückgerechnet
werden. Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn das Druckmessgerät
als Druckmessschalter ausgebildet ist, der bei einer festgestellten Überlast wiederum
ein Not-Aus-Signal generiert, um den Aufzug stillzusetzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Martin Scheffler
(Hrsg.) „Fördermaschinen-Hebezeuge, Aufzüge,
Flurförderzeuge” Vieweg Verlag 1998, Kapitel 3.3.1 [0004]