Stationäres Hubwerk mit Dämpfer und hydraulischer Dämpfer

Abstract

 Stationäres Hubwerk zum Bewegen von Lasten in vertikaler Richtung, das eine Nothalt-Funktion aufweist. Um die Belastung der Teile des Hubwerks und der Tragstruktur, an der das Hubwerk befestigt ist, beim Nothalt infolge eines Ansprechen von Sicherheitseinrichtungen, z.B. Bremsen, zu reduzieren, ist zwischen einem Teil, das sich gemäß dem Stand der Technik an der Tragstruktur abstützt, und der Tragstruktur ein Dämpfer vorgesehen.

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] 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.

[0003] 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 Schienfahrzeug) befestigt werden.

[0004] 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.

[0005] Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Hubwerk zu schaffen, dass bei einem Nothalt an beliebiger Stelle eine verminderte Impulskraft erfährt und an eine Tragstruktur abgibt. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde einen hydraulischen Dämpfer zu schaffen, der bei einem derartigen Hubwerk einsetzbar ist.

[0006] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Hubwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen hydraulischen Dämpfer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] Die Tragstruktur kann ein Boden oder ein Fundament oder besonders bevorzugt der Stahlbau eines Bühnenturms sein.

[0010] Der Dämpfer ist besonders bevorzugt derart ausgebildet, dass er in einem Normalbetrieb des Hubwerks (z.B. mit Nennlast) im Wesentlichen starr ist, und dass er bei einer bei einer darüber hinausgehenden Belastung dämpfend wirkt. Damit ist eine Reduzierung der maximalen Störfallverzögerung und damit der maximalen Störfallbelastung durch temporäre, federnde und gegebenenfalls dämpfende Nachgiebigkeit des System Hubwerk während des Auftretens eines Störfalles in beiden Fahrtrichtungen "Heben" sowie in Fahrtrichtung "Senken" gegeben. Im Normalbetrieb auch nach einem Störfall bleiben die Fahrqualität und Positioniergenauigkeit erhalten.

[0011] Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung 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.

[0012] Vorrichtungstechnisch einfach und daher kostengünstig sind 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 seines plastischen Verformbarkeit und an seinen Anschlag gerät.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] Je nach Wirkrichtung der äußeren Belastung ist der Dämpfer für Zug oder für Druck ausgelegt.

[0016] Z.B. bei einem Einsatz des Hubwerks im Bereich Bühnentechnik kann der Nothalt eine Aufwärts- oder eine Abwärtsbewegung betreffen. Daher ist bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Dämpfer für Zug und für Druck ausgelegt, so dass er in beiden Richtungen den entsprechenden Nothalt dämpfen kann.

[0017] 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 einfährt.

[0018] Wenn das erfindungsgemäße Hubwerk, wie in der Bühnentechnik gefordert, redundante Bremsen ausweist, 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 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.

[0019] Wenn die Winde von einem Motor - z.B. Elektromotor - angetrieben ist, kann das Teil, an dem der Dämpfer befestigt ist, der Motor oder dessen Drehmomentstütze sein.

[0020] 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).

[0021] 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 einfährt.

[0022] Der Linearantrieb ist mit Vorteil ein Hubzylinder mit Hubkolben, wobei das Teil, an dem der Dämpfer befestigt ist, der Hubzylinder ist.

[0023] Bei einer Ausgestaltung ist an dem Linearantrieb, z.B. am Hubkolben, ein biegeschlaffes Zugmittel, z.B. ein Seil, befestigt. Dann muss der Linearantrieb nicht senkrecht ausgerichtet werden.

[0024] Bei den Weiterbildungen mit dem biegeschlaffen Zugmittel ist vorzugsweise das Teil, an dem der Dämpfer befestigt ist, eine Umlenkrolle für das Zugmittel.

[0025] 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.

[0026] Der Dämpfer kann vorrichtungstechnisch einfach ein Kunststoffpuffer oder eine Kunststofffeder sein. Weiterhin kann der Dämpfer auch eine Reihen- und/oder Parallelschaltung von Kunststoffpuffern und/oder Kunststofffedern sein. Derartige Dämpfer können sich zum Abbau der kinetischen Energie verformen. Dabei werden als Materialien Co-Polyester-Elastomer oder Elastomer bevorzugt.

[0027] Zu Optimierungs- und Überwachungszwecken kann am Dämpfer ein Kraftaufnehmer angeordnet sein.

[0028] Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hubwerks hat der Dämpfer mindestens einen hydraulischen Dämpfer.

[0029] Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hubwerks betrifft dabei die Bühnentechnik mit einer Reduzierung der maximalen Belastung, der maximalen Verzögerung 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 Hubwerk zurückgegeben.

[0030] 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.

[0031] Der erfindungsgemäße hydraulische Dämpfer hat mindestens einen Dämpfungszylinder und mindestens einen hydropneumatischen Speicher. Diese sind vorzugsweise baulich getrennt und modular kombinierbar.

[0032] Der hydraulische Dämpfer ist besonders bevorzugt derart ausgebildet, dass er bei einer Nennlast im Wesentlichen starr ist, und dass er bei einer bei einer darüber hinausgehenden Belastung dämpfend wirkt.

[0033] Bei einem besonders bevorzugten Anwendungsfall ist der erfindungsgemäße hydraulische Dämpfer in einem vorbeschriebenen Hubwerk verbaut.

[0034] 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.

[0035] Vorzugsweise wirkt eine Zugbelastung auf den Dämpfungszylinder.

[0036] Der Hub des Dämpfungszylinders sollte derart dimensioniert sein, dass er bei maximaler Einfederung infolge Störfallbelastung nicht auf mechanischen Anschlag in Richtung äußere Belastung geht.

[0037] Auch beim Zurückfedern entgegen der äußeren Belastungsrichtung sollte der Dämpfungszylinder nicht auf mechanischen Anschlag gehen.

[0038] Es können zusätzlich Endlagendämpfung(en) für den Dämpfungszylinder in beiden Verfahrrichtungen und/oder Doppeldichtungen und/oder ein Kolbenstangenschutzrohr vorgesehen werden.

[0039] 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.

[0040] Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist der Dämpfungszylinder ein Differenzialzylinder, dessen Kolbenstange im Normalbetrieb auf Zug belastet ist, und an dessen Kobenstangenraum der Speicher angeschlossen ist.

[0041] Der Speicher ist vorzugsweise ein hydropneumatischer Speicher. Der hydropneumatische Speicher ist vorzugsweise als Membran- bzw. Blasenspeicher ausgeführt.

[0042] Ein Vorfülldruck (p0) des Gasraumes des Speichers ist besonders bevorzugt größer als der resultierende Druck aus Mindest-Vorspannungkraft des erfindungsgemäßen hydraulischen Dämpfers und der druckbeaufschlagten Kolbenfläche des Dämpfungszylinders.

[0043] 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.

[0044] 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.

[0045] Bei Verwendung eines Kolbenspeichers kann eine Endlagendämpfung vorgesehen werden.

[0046] Es können Gasflaschen (z.B. Stickstoffflaschen) nachgeschaltet werden.

[0047] Zur Reduzierung des Arbeitsaufwandes für die Sachverständigenabnahme können Standardkomponenten (baumustergeprüft) im hydraulischen Dämpfer verbaut werden.

[0048] 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

[0049] 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.

[0050] Bei den drei zuletzt genannten Weiterbildungen ist die Drossel oder sind die Drosseln vorzugsweise einstellbar.

[0051] 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.

[0052] 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.

[0053] Bevorzugt wird eine Überwachung der Position der Kolbenstangen des Dämpfungszylinders durch einen mechanischen Sicherheitsendschalter.

[0054] 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 viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hubwerks in einer perspektivischen Ansicht;

Figur 3 einen Dämpfer des vierten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2 in einer geschnittenen Darstellung;

Figur 4 ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hubwerks in einer schematischen Darstellung;

Figur 5 einen Ausschnitt eines sechsten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hubwerks in einer Ansicht;

Figur 6 einen Dämpfer eines siebten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hubwerks;

Figur 7 einen Ausschnitt eines Dämpfers eines achten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hubwerks; und

Figur 8 ein Diagramm mit den Verläufen einer ungedämpften und einer erfindungsgemäß gedämpften Belastung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit.

[0055] 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 einem Teil der Tragstruktur 1 gehängt.

[0056] 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.

[0057] Abweichend von der in Figur 1 gezeigten schematischen Darstellung wirkt die Sicherheitseinrichtung 14 bevorzugt auf die Welle 4.

[0058] 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.

[0059] Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Dämpfer 16 zwischen der Winde 2 und dem Tragwerk 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.

[0060] 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 F_nenn auf Zug belastet. Bei einem Nothalt wird der Dämpfer 16 mit einer Dämpferkraft F_D auf Zug belastet, die in Abhängigkeit der Verfahrgeschwindigkeit höher sein kann als die Nennlast F_nenn. Auf die Winde 8 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.

[0061] 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

[0062] Figur 2 zeigt einen Ausschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Hubwerks, das prinzipielle Ähnlichkeiten mit dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 aufweist, wobei jedoch der als Puffer 116 ausgebildete Dämpfer bei diesen Ausführungsbeispiel 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.

[0063] Ein bevorzugter Anbauort des Dämpfers ist die Seilwinde-Drehmomentstütze des Antriebsstrangs bestehend aus Antriebsmotor (mit oder ohne Getriebe) sowie der (den) Bremse(n).

[0064] 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.

[0065] Bei einem Nothalt wird das Gelenk 120 in Figur 3 im Uhrzeigersinn gedereht, 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.

[0066] Figur 4 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hubwerks in einer schematischen Darstellung. Ein als Hubzylinder 124 mit Hubkolben 126 ausgebildeter Lineartrieb ist 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 F_D 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.

[0067] Figur 5 zeigt einen Ausschnitt eines sechsten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen 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 Rahmenstruktur 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 F_D/2 die der einfachen Seilkraft entspricht.

[0068] Abweichend von dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel können statt der zwei gezeigten Puffer 116 auch mehrere (n) zueinander parallel geschaltete Puffer 116 vorgesehen sein. Dann erfährt jeder Puffer eine Dämpferkraft F_D/n.

[0069] Figur 6 zeigt einen hydraulischen Dämpfer 216 eines siebten 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 F_nenn und im Falle des Nothalts die Dämpferkraft F_D. 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.

[0070] 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 F_nenn bewegt. Beim Auftreten der erhöhten Belastung durch Nothalt wird die Aufnahme 234 mit der erhöhten Dämpferkraft F_D 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 gasseitige2 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:

• Überlastungerkennung
• Einrichtung zum Wiegen der eingehängten statischen Last
• Erfassung der realen Störfallbelastung
• Regelmöglichkeit durch Rückführung des Kraft-IST-Signal
• Unterlasterkennung

[0071] Der hydraulische Dämpfer erfüllt des Weiteren die Funktion der Messung der äußeren Belastung (Ermittlung Kraft-Ist-Wert).

[0072] 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 Differenzialzylinders 238 der Dämpfer 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.

[0073] 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.

[0074] 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.

[0075] Auch sind Kombinationen aus Druckaufnehmer(n) und Kraftaufnehmer(n) denkbar.

[0076] 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.

[0077] Figur 8 zeigt in einer prinzipiellen Darstellung die Belastung des Teils, das an den Dämpfer 16 beziehungsweise an den Puffer 116 beziehungsweise an den hydraulischen Dämpfer 216 gekoppelt ist in Abhängigkeit der Geschwindigkeit. Die durchgezogene Linie markiert die zweifache Nennlast (2 x F_nenn) 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 F_D, die bei Stillstand der Nennlast F_nenn entspricht, und die auch bei zunehmender Geschwindigkeit nicht über die zweifache Nennlast 2 x F_nenn hinausgeht.

[0078] 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 muss 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.

[0079] 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.

[0080] 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 durch das Hydraulikmedium.

[0081] 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.

[0082] Dieser Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden. Die einzige Einschränkung stellt die Erwärmung des Hydraulikmediums des hydraulischen Dämpfers dar, so dass ein zeitlicher Abstand zwischen den einzelnen Bremsungen gegeben sine muss.

[0083] 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.

[0084] Offenbart ist weiterhin ein hydraulischer Dämpfer, der als Dämpfer des Hubwerks eingesetzt werden kann.

Bezugszeichenliste

[0085] 

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

F_D

Dämpferkraft

F_nenn

Nennlast

Ansprüche

1. Stationäres Hubwerk mit einem im Wesentlichen ortsfesten Teil, das an einer ortsfesten Tragstruktur (1) befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Teil ein Dämpfer (16; 116; 216) befestigt ist, der an der Tragstruktur (1) befestigbar ist.

2. Hubwerk nach Anspruch 1, wobei der Dämpfer (16; 116; 216) derart ausgebildet ist, dass er in einem Normalbetrieb des Hubwerks im Wesentlichen starr ist, und dass er bei einer bei einer darüber hinausgehenden Belastung dämpfend wirkt.

3. Hubwerk nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Dämpfer (16; 116; 216) für einen Nothalt durch eine Sicherheitseinrichtung (14) des Hubwerks ausgelegt ist.

4. Hubwerk nach Anspruch 3, wobei über den Dämpfer (16; 116; 216) ein Teil der kinetischen Energie des Nothalts in Federenergie und ein anderer Teil in Wärmeenergie umgewandelt wird.

5. Hubwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dämpfer (16; 116; 216) für Zug und/oder für Druck ausgelegt ist.

6. Hubwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Winde (2) mit einem biegeschlaffen Zugmittel (10) aufweist.

7. Hubwerk nach Anspruch 6, 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.

8. Hubwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das einen Linearantrieb aufweist.

9. Hubwerk nach Anspruch 8, wobei der Linearantrieb ein Hubzylinder (124) mit Hubkolben (126) ist, und wobei das Teil der Hubzylinder (124) ist.

10. Hubwerk nach Anspruch 8 oder 9, wobei an dem Linearantrieb ein biegeschlaffes Zugmittel (10) befestigt ist.

11. Hubwerk nach Anspruch 6, 7, oder 10, wobei das Teil eine Umlenkrolle (12) für das Zugmittel (10) ist.

12. Hubwerk nach einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei der Dämpfer (16; 116; 216) derart ausgelegt ist, dass beim Nothalt höchstens zweifache Nennlast (2 x F_nenn) des Hubwerks auftritt.

13. Hubwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dämpfer ein hydraulischer Dämpfer (216) ist.

14. Hydraulischer Dämpfer (216), der einen Differenzialzylinder (238) aufweist, dessen Kolbenstange (236) bei Nennlast (F_nenn) auf Zug belastet ist, wobei der hydraulische Dämpfer (216) einen Speicher (246) aufweist, der an einen Kolbenstangenraum (242) des Differenzialzylinders (238) angeschlossen ist.

15. Hydraulischer Dämpfer nach Anspruch 14, wobei ein Trennelement des Speichers (246) bei einer Nennlast (F_nenn) mechanisch anliegt.

16. Hydraulischer Dämpfer nach Anspruch 14 oder 15, wobei zwischen dem Differenzialzylinder (238) und dem Speicher (246) ein Drossel-Rückschlagventil (252) angeordnet ist.

17. Hydraulischer Dämpfer nach Anspruch 14 oder 15, wobei zwischen dem Differenzialzylinder (238) und dem Speicher (246) ein doppeltes Drossel-Rückschlagventil (352) angeordnet ist.

18. Hydraulischer Dämpfer nach einem der Ansprüche 14 bis 17, das derart ausgelegt ist, dass die Kolbenstange (236) bei einem Nothalt mechanisch nicht anschlägt.

Zeichnung