[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für einen hydraulischen Aufzug
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Eine Steuervorrichtung für einen hydraulischen Aufzug ist aus der WO 98/34868 A1
und der daraus hervorgegangenen US-A-6,142,259 bekannt. Von der Steuervorrichtung
sind über einen Frequenzumrichter der die Hydraulikpumpe antreibende Motor und eine
Ventileinheit ansteuerbar. Diese Steuervorrichtung ist in der Lage, die Bewegung der
Kabine zu regeln. Die Steuervorrichtung ist so beschaffen, daß entweder auf die Steuerventileinheit
oder auf das Stromversorgungsteil für den Motor der Hydraulikpumpe regelnd eingewirkt
wird. In jenen Phasen des Betriebs, in denen auf die Steuerventileinheit nicht regelnd
eingewirkt wird, wird der Gesamtenergieaufwand niedriger, weil in der Steuerventileinheit
keine zuvor von der Einheit aus Pumpe und Motor aufgebrachte Energie wieder vernichtet
wird. Der Gesamtenergieaufwand ist also geringer. Dabei ist es aber erforderlich,
daß sich die Kabine im Anschluß an die Normalfahrt der nächsten Haltestation mit wesentlich
geringerer Geschwindigkeit, der sogenannten Schleichfahrt, nähert.
[0003] Aus EP 0 643 006 A1 ist eine Steuervorrichtung bekannt, die eine genaue Direkteinfahrt
ermöglicht, also auf die Schleichfahrt verzichtet. Die Steuervorrichtung wirkt auf
eine Ventilanordnung. Während der Beschleunigung und der Fahrt mit Nenngeschwindigkeit
wird die Fahrt der Kabine nicht geregelt, sondern lediglich gesteuert. Bei Annäherung
an die vorgesehene Halteposition wird die Kabine in der Verzögerungsphase nach einem
bestimmten Algorithmus wegabhängig gesteuert. Auch hierbei wirkt der erzeugte Stellbefehl
auf die Regelventilanordnung, die zwei Drosselventile enthält. Der Energiebedarf einen
solchen Antrieb ist somit höher als beim Gegenstand der WO 98/34868 A1, weil die von
einer Pumpe mittels eines Motors erzeugte hydraulische Energie in diesen Drosselventilen
teilweise wieder nutzlos vernichtet wird.
[0004] Aus DE-A1-196 01 724 ist ein hydraulischer Aufzug bekannt, dessen Steuereinrichtung
für den Arbeitszylinder einen Positionsregler, einen Druckregler und einen Geschwindigkeitsregler
aufweist. Der Positionsregler wirkt einerseits direkt auf eine Verstellpumpe und andererseits
auf den Geschwindigkeits- und den Druckregler, die aber beide auch von anderen Elementen
der Steuereinrichtung beaufschlagt werden, so daß sich ein komplexer Steueralgorithmus
ergibt. Je nach Betriebszustand wirkt der Druckregler oder der Geschwindigkeitsregler
auf ein Proportionalventil, das für die
[0005] Steuerung des Flusses des Hydrauliköls bedeutsam ist. Im Moment des Umschaltens sind
Unstetigkeiten der Regelung nicht auszuschließen. Der Fluß des Hydrauliköls wird außerdem
durch die Verstellpumpe beeinflußt.
[0006] Hydraulische Aufzüge können durch verschiedene Umstände den Nachteil zeigen, daß
das hydraulische System zu Schwingungen neigt, die sich in unangenehmer Weise für
den Benutzer solcher Aufzüge als Vibrationen bemerkbar machen können. Solche Schwingungen
können beispielsweise durch Reibungsänderungen im hydraulischen System entstehen,
die dann durch die Kompressibilität des Hydrauliköls oder durch Resonanzen noch verstärkt
werden können.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung zu schaffen, die
diese Nachteile beseitigt.
[0008] Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
[0009] Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert.
[0010] Es zeigen:
- Fig. 1
- ein hydraulisches Schema eines Aufzugs,
- Fig. 2
- ein Schema eines Steuer- und Regelgeräts und
- Fig. 3
- ein solches Schema mit vorteilhaften Ausgestaltungen.
[0011] In der Fig. 1 ist mit der Bezugszahl 1 eine Kabine eines Aufzugs bezeichnet, die
von einem hydraulischen Antrieb 2 bewegbar ist. Die Kraftübertragung vom hydraulischen
Antrieb 2 auf die Kabine 1 erfolgt in bekannter Weise mittels eines Seiles 3, das
über eine am hydraulischen Antrieb 2 befestigte Rolle 5 umgelenkt wird. Das eine Ende
des Seiles 3 ist an einem Gebäudeteil 4 befestigt, kann aber auch an den nicht dargestellten
Führungsschienen für die Kabine 1 befestigt sein. Bekannte abweichende Anordnungen
von Seil 3 und Rollen 5 sind möglich, ebenso anders gestaltete hydraulische Antriebe,
so etwa Zug- und Druckzylinder. Diesbezüglich zeigt die Fig. 1 lediglich ein Beispiel.
Auch der direkte Antrieb der Kabine 1 durch den hydraulischen Antrieb, wie beispielsweise
in WO 98/34868 A1 gezeigt, ist möglich.
[0012] Der hydraulische Antrieb 2 besteht aus einem Zylinder 6, in dem ein an einer Kolbenstange
7 befestigter Kolben 8 bewegbar ist. Das dem Kolben 8 gegenüber liegende Ende der
Kolbenstange 7 trägt die Rolle 5. Der Innenraum des Zylinders 6 wird durch den Kolben
8 unterteilt in einen ersten Druckraum 9 und einen zweiten Druckraum 10. Der Antrieb
2 des dargestellten Ausführungsbeispiels ist ein sogenannter Plungerzylinder, bei
dem die beiden Druckräume 9 und 10 verbunden sind. Am Kolben 8 ist also keine Dichtung
gegen die Innenwand des Zylinders 6 vorhanden. An der Stelle, wo die Kolbenstange
7 aus dem hydraulischen Antrieb 2 heraustritt, befindet sich eine Dichtung, so daß
der Druckraum 10 abgedichtet ist. Bei dieser Zylinderbauart entspricht der hydraulisch
wirksame Querschnitt dem Querschnitt der Kolbenstange 7.
[0013] An den ersten Druckraum 9 ist eine Zylinderleitung 11 angeschlossen, die diesen Druckraum
9 mit einem Zylinderleitungs-Absperrventil 12 verbindet. Dieses Zylinderleitungs-Absperrventil
12 ist ein elektrisch ansteuerbares AUF-ZU-Ventil, also beispielsweise ein Magnetventil.
Das Zylinderleitungs-Absperrventil 12 ist andererseits mit einer Pumpe 13 verbunden,
die von einem elektrischen Motor 14 angetrieben wird. Am anderen Anschluß der Pumpe
13 ist ein Speicherleitungs-Absperrventil 15 angeschlossen, das ebenfalls ein elektrisch
ansteuerbares AUF-ZU-Ventil ist. An dieses Speicherleitungs-Absperrventil 15 schließt
sich eine Speicherleitung 16 an, die zu einem Druckspeicher 17 führt, der aus mindestens
einem Druckspeicher 17.1 besteht. Dargestellt ist ein weiterer Druckspeicher 17.2,
der parallel zum ersten Druckspeicher 17.1 angeschlossen ist. Die Zahl der im Druckspeicher
17 enthaltenen Druckspeicher 17.1, 17.2, 17.n richtet sich beispielsweise nach dem
benötigten Speichervolumen, das mit dem von der Kabine 1 zurückzulegenden maximalen
Weg zusammenhängt. Je größer der maximal mögliche Weg ist, desto mehr Druckspeicher
17.1, 17.2, 17.n sind im Druckspeicher 17 enthalten. Als Druckspeicher 17 kommen sowohl
Blasenspeicher als auch Kolbenspeicher in Betracht.
[0014] Ein Zweig der Speicherleitung 16 führt zu einer Ladepumpe 18, die vom einem Elektromotor
19 angetrieben wird. Die Ladepumpe 18 ist außerdem über eine Tankleitung 20 mit einem
Tank 21 verbunden. Mittels der Ladepumpe 18 ist Hydrauliköl vom Tank 21 in den Druckspeicher
17 förderbar. Vorteilhaft wird der die Ladepumpe 18 antreibende Elektromotor 19 durch
einen Druckschalter 22 automatisch gesteuert. Der Druckschalter 22 liegt an der Speicherleitung
16 an, erfaßt also deren Druck, der mit P
s bezeichnet ist. Sinkt der Druck P
S unter einen vorgegebenen unteren Wert, so schaltet der Druckschalter 22 den Elektromotor
19 ein, so daß dann die Ladepumpe 18 Hydrauliköl vom Tank 21 in den Druckspeicher
17 fördert, wodurch der Druck P
S so lange erhöht wird, bis der Druck P
S einen vorgegebenen oberen Wert erreicht, wonach dann die Ladepumpe 18 wieder ausgeschaltet
wird. Die Ladepumpe 18 muß also nur dann laufen, wenn der Druck P
S im Druckspeicher 17 zu klein ist. Der Druck P
S kann einerseits wegen unvermeidlicher Leckverluste über die Ladepumpe 18 absinken,
andererseits durch Absinken der Temperatur des Hydrauliköls durch Umgebungseinflüsse.
Steigt durch solche Umgebungseinflüsse die Temperatur des Hydrauliköls an, so steigt
der Druck P
S an. Da ein solcher Temperaturanstieg nie sehr schnell geschieht, wäre es aus diesem
Grund nicht zwingend, zwischen dem Druckspeicher 17 und dem Tank 21 ein Überdruckventil
vorzusehen, durch das Hydrauliköl bei steigendem Druck P
S in den Tank 20 abgelassen werden kann. Die Leckageverluste der Ladepumpe 18 reichen
an sich aus, um den Druck P
S nicht zu stark ansteigen zu lassen. Gleichwohl kann aus Sicherheitsgründen ein solches
Überdruckventil vorhanden sein. Vorteilhaft ist zwischen Ladepumpe 18 und Druckspeicher
17 ein Rückschlagventil 23 angeordnet. Durch dieses Rückschlagventil 23 wird ein Leckageverlust
durch die Ladepumpe 18 verhindert. Dann ist das schon erwähnte Überdruckventil auf
jeden Fall nötig. Nicht gezeichnet und beschrieben sind weitere sicherheitsrelevante
Anlagenteile wie Rohrbruchsicherung und Notablaß, weil solche Elemente nicht relevant
im Hinblick auf das Wesen der Erfindung sind.
[0015] Die vorgegebenen Werte, bei denen der Druckschalter 22 den Elektromotor 19 ein- bzw.
ausschaltet, können durch ein Steuer- und Regelgerät 25 veränderbar sein.
[0016] In der Zylinderleitung 11 herrscht ein Druck P
Z, der dem Druck im ersten Druckraum 9 des hydraulischen Antriebs 2 entspricht. Dieser
Druck korreliert mit der Last der Kabine 1.
[0017] Weil die Pumpe 13 zwischen der Zylinderleitung 11 und der Speicherleitung 16 angeordnet
ist, wirkt dann, wenn sich beim Betrieb des Aufzugs das Zylinderleitungs-Absperrventil
12 in der Stellung "AUF" befindet, auf die Pumpe 13 einerseits unmittelbar der Druck
P
Z in der Zylinderleitung 11 und somit im hydraulischen Antrieb 2 und, wenn sich beim
Betrieb des Aufzugs auch das Speicherleitungs-Absperrventil 15 in der Stellung "AUF"
befindet, andererseits unmittelbar der Druck P
S in der Speicherleitung 16 und somit im Druckspeicher 17. Gegenüber dem vorbekannten
Stand der Technik sind also Regelventile zur Regelung der Geschwindigkeit nicht erforderlich.
Die hydraulische Schaltung ist also gegenüber diesem Stand der Technik vereinfacht.
Die zum Betrieb der Pumpe 13 nötige elektrische Antriebsenergie für den die Pumpe
13 antreibenden Motor 14 korreliert demgemäß mit der Druckdifferenz P
Z - P
S, wenn die Pumpe 13 Hydrauliköl vom Druckspeicher 17 in den hydraulischen Antrieb
2 fördert, bzw. mit der Druckdifferenz P
S - P
Z, wenn die Pumpe 13 Hydrauliköl vom hydraulischen Antrieb 2 zum Druckspeicher 17 fördert.
Die Druckdifferenz P
S - P
Z bzw. P
Z - P
S kann durchaus negativ sein, so daß dann die Pumpe 13 durch die Druckdifferenz ihrerseits
angetrieben wird. Dadurch kann der Motor 14 als Generator wirken, wie dies schon bekannt
ist. Damit eine solche Energierückgewinnung vorteilhaft möglich ist, wird der Motor
14 in bekannter Weise durch einen Leistungssteller 24 betrieben, der beispielsweise
ein Frequenzumrichter ist. Der Leistungssteller 24 wird vom Steuer- und Regelgerät
25 angesteuert, welches seinerseits von einer hier nicht dargestellten Aufzugssteuerung
Befehle erhält. Dargestellt ist lediglich eine Steuerleitung 26, über die die Befehle
von den Bedientableaus der Aufzugsanlage an das Steuer- und Regelgerät 25 übermittelt
werden.
[0018] Steht die Kabine 1 des Aufzugs still, so sind das Zylinderleitungs-Absperrventil
12 und das Speicherleitungs-Absperrventil 15, beide ansteuerbar vom Steuer- und Regelgerät
25, geschlossen. Sie sind also beim Stillstand der Kabine 1 nicht angesteuert.
[0019] Soll sich die Kabine 1 abwärts bewegen, so werden durch das Steuer- und Regelgerät
25 das Zylinderleitungs-Absperrventil 12 und das Speicherleitungs-Absperrventil 15
geöffnet und der Motor 14 in seiner ersten Drehrichtung betrieben, daß die Pumpe 13
Hydrauliköl vom Druckraum 9 in den Druckspeicher 17 fördert. Dabei wirkt über der
Pumpe 13 die Druckdifferenz P
S - P
Z. Das bedeutet gleichzeitig, daß elektrische Energie für den Betrieb des Motors 14
nur so lange aufgewendet werden muß, solange der Druck P
Z kleiner ist als der Druck P
S. Weil ein Regelventil verzichtbar ist, entsteht auch ein entsprechender Druckverlust
nicht. Dies wirkt sich positiv auf den Gesamtwirkungsgrad aus, ermöglicht also einen
energiesparenden Betrieb des Aufzugs.
[0020] Soll sich die Kabine 1 aufwärts bewegen, so werden durch das Steuer- und Regelgerät
25 das Zylinderleitungs-Absperrventil 12 und das Speicherleitungs-Absperrventil 15
ebenfalls geöffnet und der Motor 14 in seiner zweiten Drehrichtung betrieben, daß
die Pumpe 13 Hydrauliköl vom Druckspeicher 17 in den Druckraum 9 fördert. Dabei wirkt
über der Pumpe 13 die Druckdifferenz P
Z - P
S. Das bedeutet gleichzeitig, daß elektrische Energie für den Betrieb des Motors 14
nur so lange aufgewendet werden muß, solange der Druck P
S kleiner ist als der Druck P
Z.
[0021] Da grundsätzlich nur eine der jeweiligen Druckdifferenz P
S - P
Z bzw.
[0022] P
Z - P
S entsprechende elektrische Antriebsleistung aufgewendet werden muß, kann der elektrische
Anschlußwert für den Motor 14 sehr viel kleiner sein als bei herkömmlichen hydraulischen
Schaltungen. Folglich ist auch der zum Betrieb der Pumpe 13 nötige Motor 14 auf eine
kleinere Nennleistung auszulegen. Damit entstehen Kostenvorteile für den Motor 14
selbst, bei Anschlußwert-Tarifierung durch den kleineren Anschlußwert und bei Leistungs-Tarifierung
durch den kleineren Verbrauch an elektrischer Energie. Es wird auch vermieden, daß
einmal mittels einer Pumpe auf hohen Druck gebrachtes Hydrauliköl wieder in Richtung
Tank 21 entspannt wird und dabei seine potentielle Energie nutzlos abgibt bzw. verliert.
[0023] Vorteilhaft ist weiter, daß der Tank 21 klein bemessen sein kann. Er dient eigentlich
nur dazu, eine Differenzmenge an Hydrauliköl aufzunehmen, die den Leckageverlusten
entspricht. Diese Leckageverluste können durch eine Leckageleitung 30 in den Tank
21 abfließen.
[0024] Der Druck P
Z in der Zylinderleitung 11 ist mit Hilfe eines Lastdrucksensors 31 erfaßbar. Er wird
an das Steuer- und Regelgerät 25 übermittelt. Der schon erwähnte Druckschalter 22
wertet den Druck P
S in der Speicherleitung 16 aus. Der Druckschalter 22 enthält auch die Funktionalität
eines Drucksensors. Der so von ihm ermittelte Druck in der Speicherleitung 16 wird
ebenfalls an das Steuer- und Regelgerät 25 übermittelt. Somit kennt das Steuer- und
Regelgerät 25 die beiden Drücke P
Z und P
S und ist so in der Lage, diese Drücke bei der Steuerung bzw. Regelung des Aufzugs
zu berücksichtigen.
[0025] Die beschriebene hydraulische Schaltung hat den bemerkenswerten Vorteil, daß zum
Betrieb des hydraulischen Aufzugs kein proportional vorsteuerbares Ventil erforderlich
ist. Bei vielen herkömmlichen hydraulischen Aufzugsanlagen sind getrennte vorsteuerbare
Ventile für die Aufwärts- und die Abwärtsfahrt vorhanden. Dieser Aufwand wird durch
diese Lösung vermieden. Die Steuer- bzw. Regelkette ist damit auch sehr einfach und
übersichtlich, weil nur mittels eines einzigen Elements, nämlich mittels des Motors
14, die Geschwindigkeit der Kabine 1 gesteuert bzw. geregelt wird.
[0026] Es wurde erwähnt, daß beim Betrieb des Aufzugs, nämlich bei der Fahrt der Kabine
1, das Zylinderleitungs-Absperrventil 12 und das Speicherleitungs-Absperrventil 15
geöffnet sein müssen. Soll also die Kabine 1 aus dem Stillstand bewegt werden, müssen
das Zylinderleitungs-Absperrventil 12 und das Speicherleitungs-Absperrventil 15 geöffnet
werden. Diese Betriebssituation, also das Öffnen des Zylinderleitungs-Abspemrentils
12 und des Speicherleitungs-Absperrventils 15, ist hinsichtlich der Druckverhältnisse
kritisch und verlangt nach besonderen Maßnahmen zur Steuerung. Die Gründe dafür werden
nachfolgend erläutert.
[0027] Beim Stillstand der Kabine 1 sind zunächst das Zylinderleitungs-Absperrventil 12
und das Speicherleitungs-Abspementil 15 geschlossen. Am Zylinderleitungs-Abspemrentil
12 liegt auf der dem Antrieb 2 zugewandten Seite der Druck P
Z an, am Speicherleitungs-Absperrventil 15 auf der dem Druckspeicher 17 zugewandten
Seite der Druck P
S. Der Druck an den jeweils anderen Anschlüssen, also an jenen, die der Pumpe 13 zugewandt
sind, ist nicht eindeutig festgelegt. Nach einem längeren Stillstand der Kabine 1
hat sich der Druck wegen der Leckverluste der Pumpe 13 abgebaut. Einerseits hat sich
eine zuvor vorhandene Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Pumpe 13 abgebaut,
so daß an den der Pumpe 13 zugewandten Anschlüssen des Zylinderleitungs-Absperrventils
12 und des Speicherleitungs-Absperrventils 15 der gleiche Druck herrscht. Andererseits
hat sich der Druck wegen des über die Leckageleitung 30 in den Tank 21 abfließenden
Hydrauliköls vermindert, im Extremfall annähernd vollständig, so daß innerhalb der
Pumpe 13 und an deren beiden Anschlüssen zum Zylinderleitungs-Absperrventil 12 und
zum Speicherleitungs-Absperrventil 15 nur ein Druck herrscht, der kaum verschieden
ist vom atmosphärischen Druck.
[0028] Daraus folgt nun, daß beim Öffnen des Zylinderleitungs-Absperrventils 12 und des
Speicherleitungs-Absperrventils 15 schlagartige Druckänderungen auftreten, die sich
auch durch Geräusche unangenehm bemerkbar machen. Die schlagartigen Druckänderungen
belasten außerdem die Pumpe 13 ganz erheblich, was nachteilig für deren Betrieb und
Lebensdauer sein kann. Durch das nachfolgend geschilderte Steuerungsverfahren werden
die dadurch hervorgerufenen Probleme beseitigt und ein komfortabler Betrieb ermöglicht.
Die vorhandenen Mittel wie Pumpe 13, Motor 14, Druckschalter 22, Leistungssteller
24 und das Steuer- und Regelgerät 25 werden auch dazu benutzt, die schlagartigen Druckänderungen
zu vermeiden. Das ist jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und wird
deshalb hier nicht in allen Einzelheiten beschrieben.
[0029] Im Ausgangszustand bei Stillstand der Kabine 1 sind, wie schon erwähnt, das Zylinderleitungs-Absperrventil
12 und das Speicherleitungs-Absperrventil 15 geschlossen und der elektrische Motor
14 der Pumpe 13 steht still. Soll sich die Kabine 1 in Bewegung setzen, so wird in
einem ersten Verfahrensschritt der elektrische Motor 14 der Pumpe 13 so angesteuert,
daß er am pumpenseitigen Anschluß des Speicherleitungs-Absperrventils 15 einen Druck
aufbaut. Dieser Druckaufbau geschieht dadurch, daß Motor 14 und Pumpe 13 langsam in
jener Drehrichtung drehen, daß Hydrauliköl in Richtung zum Speicherleitungs-Absperrventil
15 gefördert wird. Die geförderte Menge an Hydrauliköl ist allerdings minimal, weil
das Zylinderleitungs-Absperrventil 12 und das Speicherleitungs-Absperrventil 15 geschlossen
sind. Gleichwohl erfolgt der gewünschte Druckaufbau. Der Antrieb des Motors 14 erfolgt
dabei nur sehr kurze Zeit. Diese Zeitdauer wird als erste Ausgleichszeit t
A1 bezeichnet. Es hat sich gezeigt, daß etwa 100 bis 300 msec Laufzeit bei einer reduzierten
Drehzahl n
red ausreichen, um einen Druck aufzubauen, der etwa dem Druck P
S in der Speicherleitung 16 entspricht. Wenn nun in einem zweiten Verfahrensschritt
das Speicherleitungs-Absperrventil 15 geöffnet wird, entsteht keine schlagartige Druckänderung,
so daß das zuvor geschilderte Problem beim Öffnen des Speicherleitungs-Absperrventils
15 nicht existiert.
[0030] Nach dem Ablauf der Ausgleichszeit t
A1 steht der Motor 14 und damit auch die Pumpe 13 wieder still. In einem dritten Verfahrensschritt,
der mit dem Ablauf der Ausgleichszeit t
A1 beginnt, bleibt der Motor 14 magnetisiert, was durch entsprechende Ansteuerung des
Leistungsstellers 24 durch das Steuer- und Regelgerät 25 erreicht wird. Die Pumpe
13 ist dadurch in der Lage, Drehmoment aufzunehmen, ohne daß sie sich zu drehen beginnt.
In dem Moment steht nämlich auf der dem Speicherleitungs-Absperrventil 15 zugewandten
Seite der Pumpe 13 der Druck P
S in der Speicherleitung 16 an, während auf der dem Zylinderleitungs-Absperrventil
12 zugewandten Seite der Pumpe 13 ein mehr oder weniger undefinierte Druck herrscht,
der im ursprünglichen Ausgangszustand kaum verschieden war vom atmosphärischen Druck
und dann durch den Lauf der Motors 14 für die Dauer der Ausgleichszeit t
A1 noch in unbestimmter Weise vermindert worden ist.
[0031] Die Zeitdauer, während der der Motor 14 magnetisiert bleibt, ohne daß er sich dreht,
wird als zweite Ausgleichszeit t
A2 bezeichnet. Während dieser Ausgleichszeit t
A2 kann sich nun die Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Pumpe 13 abbauen,
was eine Folge der internen Leckverluste innerhalb der Pumpe 13 ist. Es hat sich gezeigt,
daß diese zweite Ausgleichszeit t
A2 etwa 200 msec betragen sollte. Am Ende der zweiten Ausgleichszeit t
A2 entspricht nun der Druck auf der der Pumpe 13 zugewandten Seite des Zylinderleitungs-Absperrventils
12 etwa dem Druck P
S in der Speicherleitung 16, während auf der anderen Seite des Zylinderleitungs-Absperrventils
12 der Druck P
z in der Zylinderleitung 11 herrscht. Da die Drücke P
S und P
Z die gleiche Größenordnung haben, kann nun das Zylinderleitungs-Absperrventil 12 geöffnet
werden, ohne daß es zu einer schlagartigen Druckänderung einer solchen Größe kommt,
daß Probleme durch Druckschläge und Geräusche entstehen. Druckschläge könnten auch
Vibrationen auslösen.
[0032] Nun sind also das Zylinderleitungs-Absperrventil 12 und das Speicherleitungs-Absperrventil
15 geöffnet. Durch Ansteuerung des Motors 14 der Pumpe 13 über den Leistungssteller
24 kann nun, allenfalls nach einer weiteren Ausgleichszeit t
A3, die Fahrt der Kabine 1 beginnen. Die Ausgleichszeit t
A3 kann etwa 200 msec betragen, ist aber nicht wirklich erforderlich.
[0033] In der Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Schema des Steuer- und Regelgeräts 25 gezeigt.
Es sei schon hier betont, daß diese erfindungsgemäße Ausgestaltung zwar im Hinblick
auf die hydraulische Schaltung der Fig. 1 bestens geeignet ist, aber nicht auf die
Anwendung zusammen mit dieser hydraulischen Schaltung beschränkt ist. Vielmehr läßt
sich das erfindungsgemäße Steuer- und Regelgerät 25 bei allen denkbaren hydraulischen
Schaltungen anwenden. Erfolgt die Bewegungssteuerung der Kabine 1 ohne Mitwirkung
eines Regelventils allein durch den Betrieb der Pumpe 13, dann wird vom Steuer- und
Regelgerät 25 allein der Leistungssteller 24 angesteuert.
[0034] Im Falle eines hydraulischen Aufzugs nach dem Schema der Fig. 1 erfolgt die Bewegungssteuerung
der Kabine 1 durch den Betrieb der Pumpe 13, welche mittels des elektrischen Motors
14 angetrieben wird, der seinerseits vom Leistungssteller 24 betrieben wird. Das Steuer-
und Regelgerät 25 erzeugt also Stellbefehle für diesen Leistungssteller 24, womit
dann allein die Steuerung bzw. Regelung der Fahrt der Kabine 1 erfolgt.
[0035] An das Steuer- und Regelgerät 25 liefert die zuvor schon erwähnte Aufzugssteuerung,
die hier nun mit der Bezugszahl 40 versehen ist, über die Steuerleitung 26 eine Information
über das Fahrtziel. Gleichzeitig erhält das Steuer- und Regelgerät 25 die Information
über die Ist-Position der Kabine 1 (Fig. 1), und zwar von einem Positionsgeber 41.
Dieser ist vorteilhaft ein Inkrementalgeber hoher Auflösung, beispielsweise ein Absolutwertencoder
mit 0,25 mm Schrittweite. Darüber hinaus erhält das Steuer- und Regelgerät 25 Informationen
vom Lastdrucksensor 31.
[0036] Bestandteil des Steuer- und Regelgeräts 25 ist weiterhin ein Fahrkurven-Generator
45 und ein Geschwindigkeitsgeber 46. Der Geschwindigkeitsgeber 46 berechnet in bekannter
Weise aus der zeitlichen Änderung der Position der Kabine 1 die Geschwindigkeit der
Kabine 1. Der Fahrkurven-Generator 45, der gleichzeitig die Regelungskontrolle beinhaltet,
generiert aus dem von der Aufzugssteuerung 40 gelieferten Fahrtziel einen Sollwert
für die zu erreichende Position.
[0037] Ausgangsseitig ist an das Steuer- und Regelgerät 25 der Leistungsteller 24 angeschlossen,
der über den elektrischen Motor 14 (Fig. 1) auf die Pumpe 13 (Fig. 1) wirkt. Damit
wird, wie schon beschrieben wurde, die Fahrt der Kabine 1 (Fig. 1) gesteuert. Daneben
steuert im Falle eines hydraulischen Aufzugs gemäß dem hydraulischen Schema der Fig.
1 das Steuer- und Regelgerät 25 auch die beiden Schaltventile an, nämlich das Zylinderleitungs-Absperrventil
12 und das Speicherleitungs-Absperrventil 15.
[0038] Das Steuer- und Regelgerät 25 enthält einen ersten Regler 42, der die Regelung der
Fahrt der Kabine 1 (Fig. 1) vornimmt, also deren Position und Geschwindigkeit regelt.
Der Regler 42 kann aus zwei einzelnen Teilreglern 42.1 und 42.2 bestehen, von denen
der erste Teilregler 42.1 die Regelung der Position der Kabine 1 vornimmt, wozu ihm
vom Positionsgeber 41 ein aktueller Positions-Istwert Pos
Ist und vom Fahrkurven-Generator 45 ein Positions-Sollwert Pos
Soll zur Verfügung stehen. Der zweite Teilregler 42.2 regelt die Geschwindigkeit der Kabine
1. Ihm stehen dazu das Ausgangssignal des ersten Teilreglers 42.1, ein vom Geschwindigkeitsgeber
46 stammender Wert der Istgeschwindigkeit v
Ist, sowie der Wert der Sollgeschwindigkeit v
Soll zur Verfügung, der vom Fahrkurven-Generator 45 vorgegeben wird. Der Regler 42 liefert
einen Stellbefehl für den Leistungssteller 24.
[0039] Erfindungsgemäß ist zwischen den Ausgang des Reglers 42 und den Leistungsteller 24
ein Druckregler 43 geschaltet, an dessen einem Eingang der Stellbefehl des Regler
42 anliegt, an dessen zweitem Eingang das Signal des Lastdrucksensors 31, der den
aktuellen Wert des Druckes P
Z in der Zylinderleitung 11 (Fig. 1) liefert, anliegt, und an dessen drittem Eingang
der Wert der Sollbeschleunigung b
Soll ansteht, der vom Fahrkurven-Generator 45 stammt. Der Druckregler 43 erzeugt einen
Stellbefehl für den Leistungssteller 24. Steigt der Druck P
Z in der Zylinderleitung 1 an, aus welchen Gründen auch immer, so wird dieser Druckanstieg
vom Druckregler 43 in der Weise ausgeregelt, daß der Stellbefehl für den Leistungssteller
24 so verändert wird, daß die Drehzahl des Motors 14 genau so weit sinkt, daß der
Druckanstieg kompensiert wird. Entsprechend verändert der Druckregler 43 den Stellbefehl
für den Leistungssteller 24 so, daß bei einem Druckabfall die Drehzahl des Motors
14 genau so weit steigt, daß der Druckabfall kompensiert wird.
[0040] Auf diese Weise werden alle Veränderungen des Druckes P
Z in der Zylinderleitung 11 während einer Fahrt der Kabine 1 ausgeregelt und beispielsweise
durch Reibungsänderungen im hydraulischen System entstehende Schwingungen werden somit
verhindert. Auch Resonanzschwingungen können so nicht auftreten. Während einer Fahrt
ändert sich die Belastung der Kabine 1 natürlich nicht, so daß es sich bei den Veränderungen
des Druckes P
Z in der Zylinderleitung 11 um dynamische Druckänderungen handelt, die auszuregeln
sind, soweit es sich um Abweichungen vom Sollwert handelt. Auf diese Weise wird das
Auftreten von Schwingungen verhindert, wodurch der Fahrkomfort gesteigert wird.
[0041] Die Erfindung wurde hier im wesentlichen anhand des hydraulischen Schemas nach der
Fig. 1 beschrieben. Es wurde aber schon erwähnt, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt
ist, denn sie läßt sich in gleicher Weise auch bei anderen hydraulischen Schaltungen
anwenden.
[0042] In der Fig. 3 ist ein detailliertes Schema des Steuer- und Regelgeräts 25 gezeigt,
in dem die gleichen Elemente wie in der Fig. 2 gezeigt sind, und darüber hinaus eine
Reihe von vorteilhaften Ausgestaltungen dargestellt sind. Der grundsätzliche Aufbau
mit dem Regler 42 und dem nachgeschalteten Druckregler 43 ist gleich.
[0043] Der Regler 42 erzeugt aus den Eingangswerten Positions-Istwert Pos
Ist, Positions-Sollwert Pos
Soll, Istgeschwindigkeit v
Ist und Sollgeschwindigkeit v
Soll in hier nicht näher angegebener Weise einen Stellbefehl für den Leistungsteller 24,
der aber, wie schon erwähnt, nicht direkt dem Leistungssteller 24, sondern dem Druckregler
43 zugeführt wird.
[0044] Der Regler 42 ist ein PID-Regler, der parametrierbar ist, was in der Fig. 3 durch
einen mit einem Pfeil Para angedeutet ist. Der bzw. die Parameter stammt bzw. stammen
vom Fahrkurven-Generator 45, wo dieser Wert bzw. diese Werte abgelegt sind. Das ist
am Fahrkurven-Generator 45 durch einen nach außen zeigenden Pfeil Para angedeutet.
[0045] Erfindungsgemäß gelangt das Ausgangssignal des Reglers 42 nicht unmittelbar auf den
Eingang des Leistungsstellers 24, sondern wird dem Druckregler 43 als Eingangssignal
zugeführt. Am zweiten Eingang des Druckreglers 43 steht das Signal des Lastdrucksensors
31 an. Dieser Druck ist ein Maß für den Istwert der Beschleunigung.
[0046] Der Druckregler 43 ist ebenfalls ein parametrierbarer PID-Regler. An seinen "+"-Eingang
gelangt der genannte Stellbefehl und an seinen "-"-Eingang der Lastdruck-Istwert p
Ist, der vom Lastdrucksensor 31 stammt und dem schon erwähnten Druck P
Z entspricht. Aus der Regelabweichung zwischen der Lastdruck-Istwert P
Ist und dem Stellbefehl generiert der Druckregler 43 ein Stellsignal für den am Ausgang
des Steuer- und Regelgeräts 25 angeschlossenen Leistungssteller 24, der die Drehzahl
des Motors 14 (Fig. 1) regelt.
[0047] Der Stellbefehl des Reglers 42 gelangt nach einer vorteilhaften Ausgestaltung nicht
direkt auf den "+"-Eingang des nachgeschalteten Druckreglers 43, sondern auf eine
Vorsteuerstufe, nämlich auf ein Druckregler-Steuerglied 52. Dieses Druckregler-Steuerglied
52 ist aus einem Multiplizierer 52M und einem Summierer 52S gebildet. Dem Multiplizierer
52M wird die Sollbeschleunigung b
Soll zugeführt, die vom Fahrkurven-Generator 45 geliefert wird. Im Multiplizierer 52M
wird die Sollbeschleunigung b
Soll mit einem Parameter multipliziert. Die so korrigierte Sollbeschleunigung b
Soll wird dann im Summierer 52S zum vom Regler 42 stammenden Stellbefehl addiert.
[0048] Auf diese Weise wird ein korrigierter Stellbefehl generiert, der auf den "+"-Eingang
des nachgeschalteten Druckreglers 43 gelangt. Durch das Druckregler-Steuerglied 52
erfolgt eine Vorsteuerung.
[0049] Der Vorteil dieser Maßnahme, den Stellbefehl des Reglers 42 zu korrigieren, besteht
nun darin, daß der das Verhalten des Druckreglers 43 beeinflussende Sollwert durch
eine Vorsteuerung beeinflußt ist. Ziel ist es dabei, den durch die Vorsteuerung gebildeten
Sollwert so zu gestalten, daß der Druckregler 43 eine kleinere Regeldifferenz bewältigen
muß. Daraus folgt dann, daß der Druckregler 43 mit einem größeren Proportionalanteil
und einem kleineren Integralanteil regeln kann, wodurch er einerseits schneller reagiert
und außerdem die Neigung zu Über- und Unterschwingen deutlich reduziert wird. Somit
wird die Regelstabilität verbessert. Diese Maßnahme ist deshalb besonders vorteilhaft,
weil es sich hier um eine Regelkette handelt. Bei zwei oder mehr hintereinander geschalteten
Reglern ist die Gefahr der Instabilität sehr viel größer.
[0050] Analog zur vorherigen Regelstufe erfolgt vorteilhaft auch eine Vorsteuerung für den
Leistungssteller 24, der funktionell gleichzeitig ein Drehzahlregler für den Motor
14 (Fig. 1) ist. Deshalb ist an den Ausgang des Druckreglers 43 ein Drehzahlregler-Steuerglied
53 angeschlossen, der wiederum aus einem Multiplizierer 53M und einem Summierer 53S
besteht. Auch hier ist der Multiplizierer 53M parametrierbar. Auch in diesem Fall
hat die Vorsteuerung die zuvor beschriebene vorteilhafte Wirkung.
[0051] Zuvor wurde beschrieben, daß das Signal am "-"-Eingang des Druckreglers 43 vom Lastdrucksensor
31 stammt. Das kann unmittelbar so sein. Vorteilhaft ist es aber, zwischen den Lastdrucksensor
31 und den "-"-Eingang des Druckreglers 43 ein Last-Korrekturglied 54 zu schalten.
Dieses Last-Korrekturglied 54 enthält einen Speicher 55 und ein Summierglied 56. Das
Signal des Lastdrucksensors 31, der Lastdruck-Istwert p
Ist, gelangt auf einen Eingang des Speichers 55 und außerdem auf einen ersten Eingang
des Summierglieds 56. Der im Speicher 55 abgelegte Wert eines Bezugs-Lastdruckes p
Ist0 gelangt auf einen zweiten Eingang des Summierglieds 56. Dieser zweite Eingang ist
ein invertierender Eingang, was zur Folge hat, daß im Summierglied 56 die Differenz
p
Ist - P
Ist0 gebildet wird. Diese die Differenz p
Ist - p
Ist0 gelangt auf den "-"-Eingang des Druckreglers 43.
[0052] Dieses Last-Korrekturglied 54 ermöglicht eine ganz bedeutende Verbesserung des Regelverhaltens
des Druckreglers 43. Dies geschieht dadurch, daß vor Beginn der einer Fahrt der Kabine
1 (Fig. 1), beispielsweise im Moment des Schließens der Türen, der in diesem Moment
herrschende Lastdruck p
Ist als Bezugs-Lastdruck p
Ist0 im Speicher 55 gespeichert wird. Ändert sich anschließend, also während der Fahrt
der Kabine 1 (Fig. 1), der Lastdruck p
Ist, so gelangt auf den "-"-Eingang des Druckreglers 43 statt des Lastdruckes p
Ist die Differenz p
Ist - p
Ist0. Der Druckregler 43 muß also nicht auf den großen Druck p
Ist regeln, sondern auf die sehr viel kleinere Differenz p
Ist - p
Ist0. Das ist insofern von enormer Bedeutung, weil moderne hydraulische Aufzüge durchaus
im Drücken im Bereich von 80 bis 200 bar betrieben werden. Der Druckregler 43 muß
also nicht kleine Differenzen eines hohen Wertes ausregeln, sondern immer nur die
sehr viel kleinere Differenz p
Ist- p
Ist0.Weil der Bezugs-Lastdruck p
Ist0 vor Beginn einer Fahrt der Kabine 1 (Fig. 1) ermittelt wird und sich nach Beginn
der Fahrt die Beladung der Kabine 1 nicht mehr ändert, werden mit dem Regeln der viel
kleineren Differenz p
Ist - p
Ist0 allein die während der Fahrt durch dynamische Vorgänge wie Beschleunigung und Verzögerung
und Reibungsänderungen hervorgerufenen Druckänderungen ausgeregelt. Deshalb läßt sich
auch der Druckregler 43 gänzlich anders, nämlich viel günstiger, parametrieren, indem
der Proportionalanteil größer und der Integralanteil kleiner gewählt wird. Das führt
nicht nur zu einer schnelleren Ausregelung, sondern bedeutet vor allem eine Steigerung
des Fahrkomforts.
[0053] Die Erfindung wurde hier anhand des hydraulischen Schemas nach der Fig. 1 beschrieben.
Die Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt, denn sie läßt sich in gleicher Weise
auch bei anderen hydraulischen Schaltungen anwenden.
1. Steuervorrichtung für einen hydraulischen Aufzug, mit der die Bewegung einer Kabine
(1) durch den Fluß von Hydrauliköl durch eine Zylinderleitung (11) von und zu einem
hydraulischen Antrieb (2) steuerbar ist, wobei der Fluß von Hydrauliköl mittels einer
Pumpe (13) erzeugbar ist, welche von einem Motor (14) antreibbar ist, der aufgrund
von Signalen eines Steuer- und Regelgeräts (25) unter Berücksichtigung von in einem
Fahrkurven-Generator (45) abgelegten Daten von einem Leistungssteller (24) betrieben
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung ein Steuer- und Regelgerät (25) aufweist, das einen ersten
Regler (42) und einem diesem nachgeschalteten Druckregler (43) enthält, dessen Stellbefehl
dem Leistungssteller (24) zuführbar ist.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregler (43) ein PID-Regler ist, dessen "+"-Eingang ein Stellbefehl des ersten
Reglers (42) zuführbar ist und dessen "-"-Eingang das Signal eines Lastdrucksensors
(31) zuführbar ist.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des ersten Reglers (42) und einem Eingang des Druckreglers (43)
ein Druckregler-Steuerglied (52) angeordnet ist, das den Druckregler (43) vorsteuert.
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregler-Steuerglied (52) aus einem Multiplizierer (52M) und einem Summierer
(52S) besteht, wobei der Multiplizierer (52M) eine Sollbeschleunigung bSoll mit einem vom Fahrkurven-Generator (45) vorbestimmten Parameter multipliziert und
der Summierer (52S) das Produkt aus Sollbeschleunigung bSoll und einem Parameter zum vom ersten Regler (42) generierten Stellbefehl addiert und
diese Summe einem "+"-Eingang des Druckreglers (43) zuführt.
5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Druckreglers (43) und dem Eingang des Leistungsstellers
(24) ein Drehzahlregler-Steuerglied (53) angeordnet ist, das den Leistungssteller
(24) vorsteuert.
6. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehzahlregler-Steuerglied (53) aus einem Multiplizierer (53M) und einem Summierer
(53S) besteht, wobei der Multiplizierer (53M) eine Sollgeschwindigkeit vSoll mit einem vom Fahrkurven-Generator (45) vorbestimmten Parameter multipliziert und
der Summierer (53S) das Produkt aus Sollgeschwindigkeit vSoll und einem Parameter zum vom Druckregler (43) generierten Stellbefehl addiert und
diese Summe dem Leistungssteller (24) zuführt.
7. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuer- und Regelgerät (25) ein Last-Korrekturglied (54) aufweist, das zwischen
einem Anschluß für den Lastdrucksensor (31) und einem "-"-Eingang des Druckreglers
(43) angeordnet ist.
8. Steuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Last-Korrekturglied (54) aus einem Speicher (55) und einem Summierglied (56)
besteht, wobei das Signal des Lastdrucksensors (31), der Lastdruck-Istwert pIst, auf einen Eingang des Speichers (55) und auf einen ersten Eingang des Summierglieds
(56) gelangt, ein im Speicher (55) abgelegter Wert eines Bezugs-Lastdruckes pIst0 auf einen zweiten Eingang des Summierglieds (56) gelangt, wobei der zweite Eingang
des Summierglieds (56) ein invertierender Eingang ist, und daß das Ausgangssignal
des Summierglieds (56) dem einem "-"-Eingang des Druckreglers (43) zugeführt wird.
9. Steuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Bezugs-Lastdruckes pIst0 im Speicher (55) jener Lastdruck-Istwert pIst ablegbar ist, der vor Beginn einer Fahrt der Kabine (1) vom Lastdrucksensor (31)
ermittelbar ist.