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Dokumentenidentifikation DE19640951A1 05.06.1997
Titel Aufzug mit günstiger Energiebilanz
Anmelder Weber, Robert, 38458 Velpke, DE
Erfinder Weber, Robert, 38458 Velpke, DE
DE-Anmeldedatum 04.10.1996
DE-Aktenzeichen 19640951
Offenlegungstag 05.06.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.06.1997
IPC-Hauptklasse B66B 9/00
IPC-Nebenklasse B66B 7/06   B66B 11/00   G01L 5/06   G01G 19/14   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft Aufzüge, insbesondere Personenaufzüge. Ein Fahrkorb und das Ausgleichs- und Gegengewicht werden durch Umpumpen von Flüssigkeit in ein definiertes Ungleichgewicht gebracht, das ausreicht, den Fahrkorb mit den gewünschten Fahreigenschaften zu bewegen. Diese Eigenschaften werden durch eine gesteuerte oder geregelte Bremsvorrichtung an einer Umlenkrolle oder durch eine Hydraulikanordnung erreicht.

Beschreibung[de]

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufzugsanlage mit möglichst geringem Energieverbrauch zu betreiben.

Seit langem sind Aufzüge bekannt, deren Antriebsprinzip darauf beruht, daß der Fahrkorb über eine Seilrolle mit einem Gegengewicht oder einem zweiten Fahrkorb durch Umleiten von Flüssigkeit - beispielsweise Wasser - in ein gewisses Ungleichgewicht gebracht wird, das ausreicht, um die gewünschte Fahrt durchzuführen. Ob man dabei Flüssigkeiten umpumpt oder sich natürlicher Wasserquellen bedient, ist für das Wirkungsprinzip nebensächlich. In der Energiebilanz ist diese Technik sehr günstig. So ohne weiteres ist dieses einfache Prinzip für Personenaufzüge aber nicht zu nutzen: Fahrkomfort, Sicherheit, Geräusch und Umweltgesichtspunkte sowie Kosten und Haltbarkeit sind Nebenforderungen, die bislang noch nicht zufriedenstellend gelöst werden konnten.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Aufzugsfahrkorb (1) mit einem kombinierten Ausgleichs- (5) und Gegengewicht (6) durch Umpumpen von Flüssigkeit in einen gleichgewichtsnahen Zustand gebracht wird und die aus dem geringen Ungleichgewicht resultierende Kraft zum Einleiten und Aufrechterhalten der Fahrt genutzt wird. Als Bremse und Stellmittel für die Fahrdynamik wird vorzugsweise eine hydraulische Anordnung (11) gewählt, die mittels eines aktiv zu öffnenden Bypass (12) eine geregelte und zielgenaue Fahrt ermöglicht. Das erforderliche Ungleichgewicht wird mit Hilfe eines Waagebalkens (3) bestimmt, an dessen einem Schenkel eine feste Rolle (4) befestigt ist, über die das den Fahrkorb (1) haltende Tragseil (2) geführt ist, und an dessen anderem Schenkel das andere Ende des Tragseils befestigt ist, das über eine am Ausgleichs- (5) und Gegengewicht (6) montierte bewegliche Rolle (7) zu der festen Rolle (4) geführt ist.

Der Vorteil dieser Anordnung liegt in der sehr günstigen Energiebilanz, denn im theoretischen Grenzfall muß im statistischen Mittel lediglich die Energie zum Beschleunigen der Fahrgäste, des Fahrkorbes sowie des Ausgleichs- und Gegengewichtes aufgebracht werden. Bei konventionellen Seilaufzügen mit festem Gegengewicht muß selbst im theoretischen Grenzfall noch die Differenzkraft zwischen Fahrkorb und Fahrgästen einerseits und Gegengewicht andererseits bei der notwendigen Fahrgeschwindigkeit aufgebracht werden. - Die Tatsache, daß im statistischen Mittel Fahrgäste, die einmal nach oben fahren, auch wieder nach unten fahren, kann nur unvollkommen für die Energiebilanz genutzt werden. Bei Hydraulikaufzügen ohne Gegengewicht sieht die Bilanz noch weitaus schlechter aus, muß doch die gesamte zusätzliche potentielle Energie für jede Aufwärtsfahrt aufgebracht werden.

Weitere Ausgestaltungsmerkmale verbessern die Funktionalität und die Energiebilanz noch weiter:

Der erwähnte Waagebalken (3) dient in einfacher Ausführung als Vergleicher: Das für die erforderliche Beschleunigung notwendige Ungleichgewicht wird durch einen zeitlich gesteuerten Pumpennachlauf nach dem Feststellen des Gleichgewichtes beispielsweise durch einen mechanischen Schalter (14) erzielt.

Der Waagebalken in einer verbesserten Ausführung mit Federanordnungen (13) und einem weiteren Schalter (15) kann die Pumpe (10) beim Erreichen des durch die Federkonstanten gegebenen Ungleichgewichtes steuern.

In einer anderen verbesserten Ausführung kann das resultierende Drehmoment des Waagebalkens oder die Last an den Befestigungspunkten der festen Rolle (4) und des Seilendes (8) - beispielsweise mit Dehnungsmeßstreifen - bestimmt werden, was eine noch feinere Steuerung der Pumpenanordnung (10) zuläßt.

In den meisten Fällen wird die Anordnung mit zwei Rollen auskommen: Einer festen Rolle (4) am Waagebalken und einer beweglichen Rolle (7) am Ausgleichs- und Gegengewicht. In manchen Fällen ist aber auch eine Umlenkrolle sinnvoll, um das Seil von der festen Rolle (4) zur beweglichen Rolle lotrecht umzulenken, in Fällen, wo sich Fahrkorb (1) und Ausgleichs- und Gegengewicht nicht in unmittelbarer Nähe befinden.

Als Bremse bzw. Stellglied wird vorzugsweise die folgende Anordnung gewählt: Das bewegliche Ausgleichs- (5) und Gegengewicht (6) ist fest mit einem Hydraulikzylinder (16) verbunden. Durch diesen beweglichen Zylinder (16) führt eine Kolbenstange (17) (18). Der Kolben (19) trennt die beiden Zylinderseiten. Durch einen externen Bypass (12) oder einen Bypass im Kolben (19) kann die Bewegung des Ausgleichs- und Gegengewichtes gesteuert werden. Ein geschlossener Bypass entspricht einer geschlossenen Bremse beim konventionellen Seilaufzug.

Die Betätigung des Bypass im Kolben kann auf verschiedene Weise erfolgen: Verwindung oder Verdrehung der Kolbenstangenhälften (17) (18), mechanisch durch eine Stange innerhalb der hohlen Kolbenstange oder elektrisch, wobei die elektrischen Leitungen durch die Kolbenstange geführt werden oder hydraulisch, wobei die Kolbenstange hohl ist und durch Aufbringen von Druck der Bypass geöffnet wird.

Im Falle hohler Kolbenstangen (17) (18) ist das Nachfüllen der durch Leckage verlorengegangenen Flüssigkeit im Zylinder (16) eine weiteres Ausgestaltungsmerkmal.

In Ausnahmefällen kann es sinnvoll sein, den Zylinder (16) nicht am Ausgleichs- (5) und Gegengewicht (6) sondern am Fahrkorb (1) zu befestigen.

Es kann in einigen Fällen vorteilhaft sein, den Zylinder fest mit dem Gebäude zu verbinden und den Kolben mit dem Gegengewicht oder dem Fahrkorb. Nachteilig ist jedoch die Knickgefahr, weil die Kolbenstange auch auf Druck belastet wird. Daher wird man in diesen Fällen besser je einen Zylinder oben und unten montieren, damit beide Kolbenstangen jeweils nur auf Zug beansprucht werden.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, statt eines beweglichen Zylinders (16) einen Hydromotor als Stellglied und Bremse zu verwenden: Der Bypass (12) verbindet Eingang und Ausgang des Hydromotors. Bei dieser Variante muß der Hydromotor mit einer der Rollen gekoppelt sein, die dann als Treibscheibe ausgeführt sein muß. Anstelle eines Hydromotors kommen auch Kombinationen von mechanischen und elektromotorischen Bremsen in Betracht, wobei im Falle der letztgenannten Ausgestaltungen der Erfindung bereits vor Erreichen des angestrebten Ungleichgewichtes die Fahrt eingeleitet werden kann, was die Anforderungen an die Pumpe (10) entschärft und Zeit einspart.

Das Reservoir (20) wird sich oberhalb oder unterhalb des Bewegungsbereiches des Ausgleichs- und Gegengewichtes befinden, aber auch die Kombinationen beider Möglichkeiten bietet besondere Vorteile. Für den Fall, daß sich ein Reservoir oberhalb des Ausgleichs- und Gegengewichtes befindet, ist die folgende Ausgestaltung Bestandteil der Erfindung: Das Ausgleichs- und Gegengewicht besteht aus drei miteinander verbundenen Einheiten: Stauraum für den zum Reservoir geführten Schlauch, Tank (6) mit Flüssigkeit (9) des Gegengewichtes und Ausgleichsgewicht. Gegebenenfalls kommt noch der Zylinder (16) hinzu. Diese Dreiteilung ist bei Transport und Montage vorteilhaft. Für den Fall, daß sich ein Reservoir unterhalb des Ausgleichs- und Gegengewichtes befindet, ist die eine der beiden folgenden Ausgestaltungen besonders vorteilhalt: Auf dem Reservoir (20) ist ein Stauraum für den Schlauch (22) montiert. Das Reservoir wird um den Stauraum herum angeordnet.

Weitere Ausgestaltungen betreffen den Schlauch (22). Dieser wird in der Regel so hergestellt sein, daß er sich in kreisrunden Spiralen ausziehen läßt wie dies bei Pneumatikschläuchen üblicherweise geschieht. Der Schlauch ist bei einer weiteren Ausgestaltung stückweise durch Schienen versteift, womit sich ein ovales oder lineares Zusammenfalten ergibt, was zu besonders kompakten Anordnungen für den Stauraum führt.

Bei starken Laständerungen insbesondere bei Richtungswechsel ist es notwendig, vor Fahrtbeginn große Mengen Flüssigkeit umzupumpen. Der Pumpstrategie kommt daher eine große Bedeutung zu, wenn es um angemessene Reaktionszeiten des Systems geht. Weitere Ausgestaltungen betreffen daher die Sensorik für das optimale Management der Pumpe (10):

Durch ständiges Messen und Auswerten der Fahrkorblast und der von der Steuerung vorgesehenen Fahrtrichtung kann bereits abgeschätzt werden, welche Flüssigkeitsmenge in weiche Richtung umgepumpt werden muß. Die Steuerlogik sorgt daher präventiv für ungefähren Lastausgleich vor Antritt der Fahrt.

Eine zusätzliche Verbesserung des Pumpenmanagements wird durch Anwenden einer Zielrufeingabe erreicht. In diesem Fall kann bereits vor Beendigung der letzten Fahrt die Umzupumpende Flüssigkeitsmenge abgeschätzt werden.

Eine weitere Ausgestaltung nutzt die Auswertung eines Videosensors, um die zu erwartende Personenzahl und Last abzuschätzen.

Als Flüssigkeit (9) (21) für die Realisierung des Gegengewichtes (6) bietet sich präpariertes Wasser an. Mit einer Opferanode oder einem schwachen Gleichstrom wird die Korrosion der Stahlteile verhindert, mit geeigneten Chemikalien wird das Auftreten von Algen, Bakterien und Pilzen unterbunden.

Wegen der ohnehin günstigen Energiebilanz ist die folgende Ausgestaltung im Verhältnis besonders wirksam: Fahrkorb und Ausgleichs- und Gegengewicht werden durch Rollenführungen an den jeweiligen Führungsschienen geführt.


Anspruch[de]
  1. 1. Aufzugsanlage mit Seilaufhängung und Gegengewicht, gekennzeichnet dadurch, daß der Fahrkorb an einem Seil aufgehängt ist, das vom Fahrkorb ausgehend über eine an einer Lastmeßeinrichtung, beispielsweise einem Waagebalken, befestigte Rolle geführt wird und danach über eine an einem kombinierten Ausgleichs- und Gegengewicht montierte bewegliche Rolle, und dessen Ende an einer weiteren Lastmeßeinrichtung, beispielsweise auf der anderen Seite des Waagebalkens, befestigt ist, wobei das Ausgleichsgewicht durch einen Tank dargestellt ist, dessen flüssiger Inhalt den momentanen Erfordernissen entsprechend mittels Pumpe oder Ventil verändert wird.
  2. 2. Vorrichtung wie unter (1) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastmeßeinrichtung aus einem Waagebalken und einem Schalter besteht, wobei die jeweiligen Befestigungspunkte von fester Rolle und Seil so ausgelegt werden, daß bei Lastausgleich der Schalter seinen Schaltzustand ändert.
  3. 3. Vorrichtung wie unter (1) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastmeßeinrichtung aus einem Waagebalken, einem Satz Federn und zwei Schaltern besteht, wobei die jeweiligen Befestigungspunkte von fester Rolle und Seil so ausgelegt werden, daß bei definiertem Ungleichgewicht der für die jeweilige Fahrtrichtung zuständige Schalter seinen Schaltzustand ändert.
  4. 4. Vorrichtung wie unter (1) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastmeßeinrichtung aus einem Waagebalken und Drehmomentsensor besteht, der eine Meßgröße für das resultierende Drehmoment liefert.
  5. 5. Vorrichtung wie unter (1) beschrieben dadurch gekennzeichnet, daß die Lastmeßeinrichtung aus zwei Lastmeßvorrichtungen besteht, deren Meßwerte in einer elektronischen Schaltung oder einer Mikroprozessorlogik subtrahiert werden.
  6. 6. Vorrichtung wie unter (2) (3) (4) oder (5) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung eine feste Rolle aufweist, über die das an dem Fahrkorb befestigte Tragseil geführt wird sowie eine bewegliche Rolle, an der das Ausgleichs- und Gegengewicht befestigt ist.
  7. 7. Vorrichtung wie unter (2) (3) (4) oder (5) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung eine feste Rolle aufweist, über die das an dem Fahrkorb befestigte Tragseil geführt wird, eine weitere feste Rolle oder Treibscheibe, über die das Tragseil lotrecht zum Ausgleichs- und Gegengewicht umgelenkt wird, sowie eine bewegliche Rolle, an der das Ausgleichs- und Gegengewicht befestigt ist.
  8. 8. Vorrichtung wie unter (1) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß an einer am Gebäude aufgehängten bzw. gespannten Kolbenstange ein feststehender Kolben montiert ist, der in einem am Gegengewicht befestigten Zylinder läuft.
  9. 9. Vorrichtung wie unter (8) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Kolben ein Bypass als Stellmittel befindet, der im geschlossenen Zustand das Ausgleichs- und Gegengewicht und damit den Fahrkorb festhält und im geöffneten Zustand bei Ungleichgewicht die Fahrt bewirkt.
  10. 10. Vorrichtung wie unter (8) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß sich im oder am Zylinder ein Bypass als Stellmittel befindet, der im geschlossenen Zustand das Ausgleichs- und Gegengewicht und damit den Fahrkorb festhält und im geöffneten Zustand bei Ungleichgewicht die Fahrt bewirkt.
  11. 11. Vorrichtung wie unter (9) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung des Bypass durch eine in der hohlen Kolbenstange befindliche Stange oder ein Seil erfolgt.
  12. 12. Vorrichtung wie unter (9) beschrieben dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung des Bypass durch Drehung der Kolbenstange erfolgt.
  13. 13. Vorrichtung wie unter (9) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung des Bypass hydraulisch durch die hohle Kolbenstange erfolgt.
  14. 14. Vorrichtung wie unter (9) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung des Bypass elektrisch, elektromagnetisch oder elektromotorisch erfolgt und die Kabel durch die hohle Kolbenstange geführt werden.
  15. 15. Vorrichtung wie unter (8) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit im Zylinder über die hohle Kolbenstange nachgefüllt wird.
  16. 16. Vorrichtung ähnlich wie unter (8) bis (15) beschrieben, aber dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder am Fahrkorb und nicht am Ausgleichs- und Gegengewicht befestigt ist.
  17. 17. Vorrichtung wie unter (7) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden festen Rollen als Treibscheibe ausgeführt ist.
  18. 18. Vorrichtung wie unter (17) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Treibscheibe ein Hydromotor oder eine hydraulische Pumpe gekoppelt ist, deren Ein- und Ausgang über einen Bypass als Stellmittel verbunden sind.
  19. 19. Vorrichtung wie unter (17) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Treibscheibe eine elektromechanische Bremse und zusätzlich eine elektromagnetische Bremse oder ein elektrischer Generator oder Dynamo oder ein Elektromotor als Stellmittel verbunden sind.
  20. 20. Vorrichtung wie unter (1) bis (19) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Flüssigkeitsreservoir unterhalb des Gegengewichtes befindet und auf diesem ein Stauraum für den Schlauch zum Gegengewicht montiert ist.
  21. 21. Vorrichtung wie unter (1) bis (19) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Flüssigkeitsreservoir oberhalb des Gegengewichtes befindet und auf das Gegengewicht ein Stauraum für den Schlauch zum Reservoir montiert ist.
  22. 22. Vorrichtung wie unter (26) oder (21) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch durch Schienen stückweise gestreckt wird und der Stauraum für den Schlauch darum schmal ausgeführt werden kann.
  23. 23. Vorrichtung wie unter (20) oder (21) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Pumpe im oder am Reservoir befindet.
  24. 24. Vorrichtung wie unter (20) oder (21) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Pumpe im oder am Gegengewicht befindet.
  25. 25. Vorrichtung wie unter (1) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Sensoreinrichtung, beispielsweise eine Videokamera mittels Bildverarbeitung, in einer Mikroprozessorlogik vorausschauend den Bedarf an umzupumpender Flüssigkeit abschätzt und die Pumpensteuerung zum Vermeiden unnötiger Wartezeiten lange vor Fahrtbeginn bereits mit dem Umpumpen beginnt.
  26. 26. Vorrichtung wie unter (1) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Zielrufeingabe in einer Mikroprozessorlogik ausgewertet wird und vorausschauend der Bedarf an umzupumpender Flüssigkeit abgeschätzt wird und die Pumpensteuerung zum Vermeiden unnötiger Wartezeiten lange vor Fahrtbeginn bereits mit dem Umpumpen beginnt.
  27. 27. Vorrichtung wie unter (1) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß als Hydraulikflüssigkeit in Reservoir und Gegengewicht Wasser verwendet wird.
  28. 28. Vorrichtung wie unter (27) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß Korrosion durch Verwenden einer Opferanode oder Aufrechterhalten einer kleinen Gleichspannung zwischen einer Hilfsanode und den mit der Flüssigkeit in Kontakt stehenden Metallteilen aufrechterhalten wird.
  29. 29. Vorrichtung wie unter (8) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß Ausgleichs- und Gegengewicht getrennt sind, das Ausgleichsgewicht etwas weniger als das Fahrkorbleergewicht kompensiert und das Gegengewicht bestehend aus Tank und Zylinder an separatem Seil aufgehängt ist.
  30. 30. Vorrichtung wie unter (1) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß am Gegengewicht eine Kolbenstange befestigt ist, die in einen doppelseitig wirkenden Zylinder taucht, der am Gebäude fest montiert ist.
  31. 31. Vorrichtung wie unter (1) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß am Gegengewicht je eine nach oben und unten gerichtete Kolbenstange befestigt und jeweils oben und unten ein zugehöriger einseitig auf Zug ausgelegter Zylinder am Gebäude befestigt ist.
  32. 32. Vorrichtung wie unter (1) beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß sich oberhalb und unterhalb des Gegengewichtes je ein Reservoir befindet und die Förderpumpe die Flüssigkeit vom unteren in das obere Reservoir transportiert.






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