DE3500726A1

DE3500726A1 - Hydraulisch betriebenes hebesystem

Info

Publication number: DE3500726A1
Application number: DE19853500726
Authority: DE
Inventors: Alan H. Woodland Hills Calif. Rosman
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-01-13
Filing date: 1985-01-11
Publication date: 1985-07-25
Also published as: US4715180A; JPS60236990A; JPH0794313B2; KR930002505B1; KR850005367A

Description

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• 4D - Hans-Jürgen Müller

Gerhard D. Schupfner

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Telegramm/cable Luciie-Grahn Straße 38 European Patent Attorneys

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Hydraulisch betriebenes Hebesystem Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisch betriebenes Hebesystem, inbesondere für die intermittierende abwechselnde vertikale Verschiebung einer Last, wobei die Last innerhalb der Kapazität des Systems unterschiedliche Größen aufweisen kann. Solche Bedingungen existieren bei hydraulisch betriebenen Kränen und Hebezeugen wie Gabelstaplern sowie bei hydraulischen Aufzügen.

Konventionelle Kräne und Hebezeuge verwenden eine Antriebsmaschine wie einen Dieselmotor oder einen von verschiedenen Typen von Elektromotoren je nach der Soll-Kapazität des betreffenden Hebesystems, und die Nennleistung der Antriebsmaschine wird konservativ so gewählt, daß die maximale Nennlast des Systems zuverlässig aufnehmbar ist. In den meisten Fällen benötigt das System ferner einen Getriebekasten, ein Reduktionsgetriebe, eine Zugtrommel und eine Sicherheitsbremse. Z. B. benötigt ein Kran mit einer Hubkapazität von 1 t (Geschwindigkeit 1 m/s) eine Antriebsmaschine mit einer Leistung von 11,2 kW, und ein Kran mit einer Hubkapazität von 10 t (Geschwindigkeit ebenfalls 1 m/s) benötigt eine Antriebsmaschine mit einer Leistung von 111,9 kW.

Konventionelle elektromotorgetriebene Aufzüge sind als Zugaufzüge bekannt. Dabei ist ein Kabel eines Fahrkorbs an einer Seite einer Treibscheibe am oberen Ende des Aufzugsschachts aufgehängt, und ein Gegengewicht hängt am selben Kabel von der anderen Seite der Treibscheibe, wobei das Gegengewicht so ausgelegt ist, daß es das Fahrkorbgewicht wenigstens ausgleicht, so daß theoretisch die Antriebsmaschine nur so viel Leistung liefern muß, wie zur Handhabung von Lasten bis zur Nutzlastkapazität des Systems erforderlich ist. In der Praxis ist es jedoch bei solchen Aufzügen erforderlich, eine sehr schnelle Beschleunigung aus dem Stand vorzusehen; dies verlangt eine relativ hohe Stromaufnahmefähigkeit, so daß die Antriebsmaschine eine wesentlich höhere Kapazität haben muß, z. B. das Dreifache der Kapazität, die zum Bewegen der Last nach deren Anfangsbeschleunigung auf die Soll-Geschwindigkeit erforderlich ist.

Dagegen befindet sich der Fahrkorb eines konventionellen hydraulischen Aufzugs am oberen Ende eines langen vertikalen Druckstempels, der in einem langen Zylinder unterhalb des ünterendes des Aufzugsschachts arbeitet. Es gibt kein Äquivalent zu dem Gegengewicht eines Zugaufzugs. Die Antriebsmaschine für die Aufwärtsfahrt des Fahrkorbs ist ein Elektromotor zum Antrieb einer Pumpe, die Hydrauliköl aus einem Behälter ansaugt und es über geeignet gesteuerte Ventile dem Oberende des Zylinders zuführt; die Abwärtsfahrt erfolgt durch Schwerkraft über geeignet gesteuerte Ventile in einer strömungsdrosselnden Verbindung zum Behälter vom Kopfende des Zylinders. Das Ergebnis ist, daß die Antriebsmaschine immer eine ausreichend große Kapazität haben muß, um die maximale Last des Systems zu heben, und zwar unter bestimmten Geschwindigkeits- und Anfangsbeschleunig ungs-Bed ing ung en.

Soweit bekannt, ist ausschließlich in der US-PS 269 994 vorgeschlagen worden, daß ein Hydraulikspeicher zum Ausgleich eines mit einer umlaufenden Pumpe getriebenen hydraulischen Aufzugssystems auf der Basis einer mittleren Nutzlast auf dem

die Last positionierenden Hydraulikzylinder des Systems vorgesehen werden könnte. Das vorgeschlagene System weist jedoch eine verlorengehende Leckage (außerhalb des Systems) über die vorgeschlagene umsteuerbar angetriebene Zahnradpumpe auf, die zwischen dem Speicher und dem Lastpositionierzylinder vorgesehen sein soll, so daß in dem Fall, daß der Fahrkorb auf einer bestimmten Stockwerkshöhe ortsfest gehalten werden soll, zwei Absperrventile geschlossen werden müßten, und zwar jeweils eines auf jeder Seite der Zahnradpumpe, da eine dort nicht gezeigte Bremse zum Halten der Pumpe infolge der unvermeidlichen Leckage kein Mittel zum Halten des Fahrkorbs sein kann. Ferner ist dort kein Mittel zum Nachfüllen von durch Leckage verlorengegangenem Hydrauliköl vorgeschlagen worden.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten hydraulischen Hebe-Positionier-Systems der eingangs genannten Art unter erheblicher Einsparung an Antriebsmaschinen-Leistung für eine gegebene Lastkapazität eines Systems. Dabei soll diese Aufgabe in einem vollständig hydraulischen System gelöst werden, das eine bestimmte ausgewählte Lasthöhe aufrechterhält und damit keine zusätzlichen Brems- und/oder Absperrvorrichtungen benötigt. Dabei soll insbesondere bei hydraulischen Aufzugssystemen eine Hydrauliksteuerung zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehen sein, die sowohl bei Neueinbauten als auch bei einem bereits eingebauten System verwendbar ist, wobei das Hebesystem mit konventionellen elektrischen Steuerungen wie etwa Stockwerks-Wählknöpfen im Fahrkorb und an Haltestellen und mit Mehrfachgeschwindigkeitsbetrieb einschließlich einer sanften Beschleunigung und Abbremsung bei Annäherung an Haltestellen arbeiten kann. Insbesondere im Fall von Kränen und ähnlichen Hebezeugen soll eine präzise Einhebelsteuerung des Lasthebevorgangs und der Geschwindigkeit beim Heben und/oder Senken der Last in einem hydraulisch betätigten Hebesystem erreichbar sein, wobei die momentane Größe der Last innerhalb der Hubkapazität des Systems keine Rolle spielen soll. Allge-

mein soll die genannte Aufgabe mit einem vereinfachten Aufbau des Systems bei verminderten Gesamtbaukosten und erheblich verminderten Betriebskosten gelöst werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen Leistungs-Integrator in der Verbindung zwischen einem geladenen hydraulischen Speicher und dem Antrieb für eine vertikal zu positionierende Last; ferner ist der Leistungs-Integrator an eine Antriebsmaschine angeschlossen, und der Ladedruck des Speichers ist vorteilhaft so eingestellt, daß ein vorgegebener Pegel einer den Antrieb beaufschlagenden gemittelten Last vollständig aufnehmbar ist. Dabei ist es wichtig, daß der Hydraulikkreis Absperrorgane enthält, wobei ein vorsteuerdruckbetätigtes Absperrorgan zwischen dem Leistungs-Integrator und dem Speicher und ein zweites vorsteuerdruckbetätigtes Absperrorgan zwischen dem Leistungs-Integrator und dem Lastantrieb vorgesehen ist. Die vorsteuerdruckbetatigten Absperrorgane gewährleisten eine automatische überführung von Druckhydrauliköl vom Speicher zum Lastantrieb und umgekehrt, was entweder durch selektive Steuerung oder über den Leistungs-Integrator bestimmt wird. Das System von Absperrorganen wirkt mit einer der Rotation des Leistungs-Integrators zugeordneten Pumpentätigkeit zusammen, so daß sichergestellt ist, daß aus einem Behälter ausreichend Fluid angesaugt und für Vorsteuer-Funktionen verfügbar gemacht wird; mit anderen Worten wird unter minimalem Zurückgreifen auf den Behälter in dem System eine maximale Energiemenge konserviert bei der übertragung von Druckhydrauliköl von dem und zu dem Speicher, wie es bei jedem kontrollierten Heben oder Senken irgendeiner Last innerhalb der Systemkapazität erfolgt.

Es sind verschiedene Ausführungsformen von Antriebsmaschinen und Last-Situationen sowie verschiedene Ausführungsformen von manuell betätigten Steuermitteln und fernbetätigten elektrischen Steuermitteln angegeben.

Ein Leistungs-Integrator im vorgeschlagenen Sinn ist eine umlaufende Flüssigkeitsverdrängervorrichtung mit zwei beabstandeten Strömungs-Anschlußschlitzen und einem dazwischen befindlichen Rotor mit einem extern zugänglichen Anschluß an eine Welle, und die Bezeichnung "umlaufend" umfaßt im vorliegenden Fall verschiedene bekannte Umlaufpumpen wie Zahnradpumpen und Drehkolben- oder Flügelzellenpumpen sowie auch axial bzw. radial hin- und hergehende Ausführungsformen, bei denen die Rotation von Rotor und Welle mit dem Hydraulikstrom in einen Anschlußschlitz und aus dem anderen Anschlußschlitz in Beziehung steht. D. h., für die Zwecke der Erfindung erzeugen diese "umlaufenden" Vorrichtungen den Hydraulikölstrom, und sie liefern eine externe Eingangs-/Ausgangs-Drehmomentbeziehung zum Hydraulikölstrom.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Hydraulikkreis-Diagramm, das schematisch ein die Erfindung verwendendes Hydraulikaufzugssystem zeigt, wobei die Antriebsmaschine umkehrbar und der Hebeantrieb ein konventioneller Fahrkorb-Druckstempel ist;

Fig. 2 einen Hydraulikkreis ähnlich Fig. 1 für den

Betrieb eines Krans oder ähnlichen Hebezeugs, wobei der Hebeantrieb ein Zugzylinder ist;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Leistungs-Integrators der beiden Hydraulikkreise nach den Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung 4-4 von Fig. 3, mit einer Schnitt-Fluchtlinie 3A-3A, die sich auf einen ersten Längsabschnitt A in Fig. 3 bezieht, und einer Schnitt-Fluchtlinie 3B-3B, die sich auf einen zweiten Längsabschnitt B in Fig. 3 bezieht;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung 5-5 von Fig. 3;

Fig. 6 eine der Pig. 1 ähnliche Darstellung, die eine Modifikation des Hydraulikkreises von Fig. 1 zeigt, wobei die Antriebsmaschine in eine Richtung umläuft; und

Fig. 7 ein schematisches Hydraulikkreis-Diagramm, das die Anwendung der Erfindung beim Betrieb der Last über einen Hydromotor zeigt.

Fig. 1 zeigt die Erfindung bei Anwendung auf ein Hydraulik-Aufzugssystem, wobei ein Fahrkorb 10 in geeigneter Weise in Schienen (nicht gezeigt) eines vertikalen Aufzugsschachts, der zu einer Mehrzahl von Stockwerks-Haltestellen führt, geführt ist. In üblicher Weise wird der Fahrkorb 10 von unten über das Unterende eines langen Druckstempels (Kolbens) 11 mit fest angeordnetem Zylinder in Vertikalrichtung bewegt und positioniert, wobei das unter Druck stehende Hydraulikfluid über eine Leitung 13 zum Zylinder 12 zugeführt wird. Von diesem Punkt an besteht jedoch keinerlei Ähnlichkeit mehr mit konventionellen Hydraulikantrieben und -Steuerungen.

Gemäß der Erfindung wird ein geladener Hydrospeicher 14 als "Gegengewicht" eingesetzt und wirkt ständig auf Fluid in der zum Zylinder 12 führenden Leitung 13, um in wirksamer Weise das Eigengewicht des Fahrkorbs 10 und des Druckstempels 11 plus einem ausgewählten Nutzlastwert, der zwischen einer Nutzlast Null und der Nenn-Nutzlast und normalerweise bei der halben Nenn-Nutzlast liegt, auszugleichen. Insbesondere ist an die Leitung 13 eine Hydraulikleitung 15, die zum Hydrospeicher oder von diesem wegführt, über vorgesteuerte Absperrventile 16, 17 angeschlossen, die so orientiert sind, daß sie den Fluidstrom vom Hydrospeicher 14 bzw. vom Zylinder 12 in Abwesenheit einer vorgesteuerten öffnung des einen oder des anderen Absperrventils 16 bzw. 17 sperren; und zwischen Leitungen 15', 13', die mit den Absperrventilen 16 bzw. 17 kommunizieren, ist ein Leistungs-Integrator 18 eingeschaltet. Der Leistungs-Integrator 18 ist eine Kreiskolbenmaschine mit zwei Fluidanschlußschlitzen 21, 22, an die die Leitungen 15' bzw. 13'

angeschlossen sind, und ein zwischengeschalteter Rotor weist einen extern zugänglichen Wellenanschluß 23 mit einer Antriebsmaschine, z. B. einem umsteuerbaren Elektromotor 24, auf. Wie Fig. 1 (vgl. Pfeil 25) zeigt und wie noch im einzelnen in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 erläutert wird, ist der Leistungs-Integrator 18 (im Fall des Hydraulikaufzugs von Fig. 1) bevorzugt eine Strömungsregelvorrichtung, wobei die Änderung der Strömung eine Funktion der Kolbenverschiebung eines hydraulischen Stellantriebs 26 ist, der ebenfalls noch in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 erläutert wird.

Bevorzugt erfolgt das vorgesteuerte Öffnen der jeweiligen Absperrventile 16, 17 aufgrund eines einzigen Betätigungsdrucks. So stellt eine Leitung 27 eine parallele Verbindung der jeweiligen Steuermittel der Absperrventile 16, 17 her, und bei ausreichendem Hydraulikdruck in einer Steuerleitung 28 werden beide Absperrventile 16, 17 aus ihrer Ruhelage bewegt. Diese der Steuerung dienende Verbindung mit der Leitung 28 weist ferner ein magnetbetätigtes Ventil 30 auf, das normalerweise so angeordnet ist, daß es Druckfluid in der Leitung 28 zum Behälter ableitet (bei 31 angedeutet), das jedoch magnetbetatigbar ist, um Druckfluid aus beiden Anschlußschlitzen 13', 15* des Integrators durch die Leitung 28 zum gleichzeitigen vorgesteuerten Öffnen beider Absperrventile 16, 17 zu leiten, wobei Trenn-Absperrventile 32, 33 (die bei 29 zueinander entgegengesetzt an das Ventil 30 angeschlossen sind) die Integrität der beschriebenen Vorsteuer-Verbindung 28 gewährleisten.

Zwei weitere Absperrventile 35, 36, die in gesonderten Anschlußleitungen 38, 39 von einem Behälter 37 zu den entsprechenden Anschlüssen 21, 22 des Leistungs-Integrators angeordnet sind, gewährleisten eine Anfangszuführung von Hydraulikfluid zum Leistungs-Integrator unabhängig von der Anfangs-Antriebsrichtung des Motors 24; insbesondere ist jedes Absperrventil 35, 36 so orientiert, daß jeglicher Fluidstrom in Richtung des Behälters 37 blockiert wird.

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Weitere, zumindest für die einleitende Beschreibung des typischen hydraulisch gesteuerten Betriebs wesentliche Komponenten sind getrennt einstellbare Drosseln 41, 42, die den Antrieb zum Fahrkorb 10 jeweils sanft beschleunigen bzw. bremsen aufgrund der Betätigung eines Magnetventils 43 über nockenbetätigte Endschalterfunktionen, die üblicherweise für ein gesteuertes sanftes Anfahren eines bestimmten Stockwerks bzw. Abfahren von dort vorgesehen sind; solche Endschalter und ihre Arbeitsweise sind für das Verständnis der Erfindung nicht notwendig und somit in Fig. 1 nicht dargestellt.

Die Arbeitsweise des Hydraulikkreises von Fig. 1 wird nachstehend kurz erläutert, wobei es sich bei dieser Ausführungsform, wie erwähnt, um einen strömungsgeregelten Leistungs-Integrator 18 in Verbindung mit einem umsteuerbaren bzw. Zweirichtungs-Elektromotor 24 als Antriebsmaschine handelt.

Es wird von einem vollen System ausgegangen, wobei der Fahrkorb 10, seine Last und der Druckstempel 11 auf einem bestimmten Stockwerk arretiert sind, weil der Druck des Druckstempels in Leitung 13 das Absperrventil 17 zwangsläufig schließt; es ist zu beachten, daß dem oberen Ende eines Speichers 14 eine Druckgasladung (ζ. B. Stickstoffgas) (etwa aus einem handelsüblichen Behälter 45 über ein Drosselventil 46 und ein Absperrventil 47) über einem ausreichenden Hydraulikfluidvolumen zugeführt wurde, wobei der Gasdruck durch das Absperrventil 47 aufrechterhalten wird und der Fluidauslaß 15 des Speichers durch Zwangsschließen des Absperrventils 16 blockiert und in diesem Zustand gehalten ist. Auch wenn sich die Nutzlast auf dem Stockwerg geändert hat, sind der Speicherdruck auf das Absperrventil 16 und der Druckstempeldruck gegen das Absperrventil 17 nahezu gleich und nur geringfügig höher am Absperrventil 17, wenn die Nutzlast höher als der Mittelwert ist, bzw. geringfügig höher am Absperrventil 16, wenn die Nutzlast unter dem Mittelwert liegt. Dagegen ist der Druck auf die jeweils anderen Seiten der Absperrventile 16, 17 verringert, und zwar erstens durch den Normalzustand (nichtaktivierten Zustand) des Ventils 30, wobei

Vorsteuerdruck in der Leitung 28 zum Behälter 31 abgeleitet wird, und durch den normalen (also nichtaktivierten) Zustand des Ventils 43, wobei der die Volumenrate steuernde Stellantrieb 26 zum Behälter 31' entleert wird, wenn die mit Kompressionskraft beaufschlagte Feder des Stellantriebs 26 die Integrator-Steuerung 25 auf eine Volumenrate-Einstellung nahe Null zurückbringt. Zweitens sind durch unvermeidbare geringfügige Leckage an der Wellendichtung des Integrators 18 (z. B. zum Behälter 37 über einen nicht gezeigten Ablaufanschluß) die die Vorsteuermittel beaufschlagenden Drücke in den Leitungen 13' und 15" vermindert worden.

Es sei angenommen, daß der Fahrkorb 10 von einem unteren Stockwerk zu einem oberen Stockwerk gehoben werden soll. Zu diesem Zweck ist eine konventionelle elektrische Steuerschaltung 50 vorhanden, die am Fahrkorb sowie an der Haltestelle angebrachte Steuerknöpfe umfaßt, so daß der Motor 24 in geeigneter Weise in eine Richtung (über eine AUFWÄRTS-Steuerleitung 51) erregt wird und der Integrator 18 als Niedrigvolumenpumpe für Hydraulikfluid in die Leitung 21 und aus der Leitung 22 wirkt. Der bei dieser Pumpentätigkeit stattfindende Saugvorgang zieht sofort und für einen kurzen Moment eine Einzelmenge Hydraulikfluid aus dem Behälter 37 ab und durch die Leitung 38 und deren zugehöriges Absperrventil 35. Dieser Vorgang ist kurz, und die angesaugte Einzelmenge ist klein, da die Leitungen 13¹, 15' bereits voll waren, so daß die angesaugte Einzelmenge sehr schnell über die Leitung 13¹ Vorsteuerdruck ausbildet; gleichzeitig liefert die Steuerschaltung 50 ein Magnetventil-Betätigungssignal auf Leitung 53 zu dem Ventil 30, so daß Vorsteuerdruck aus Leitung 13' über Leitungen 28, 27 beiden Absperrventilen 16, 17 zugeführt wird und somit beide Absperrventile 16, 17 geöffnet werden. Nachdem das Absperrventil 16 nur zum Teil geöffnet ist, liefert es den vollen Speicherdruck zur Leitung 15¹, wodurch das Absperrventil 35 geschlossen und Speicherdruck der Leitung 21 des Integrators zugeführt wird; in gleicher Weise wird, wenn sich das Absperrventil 17 zu öffnen beginnt, der volle Druckstempel-Druck in Leitung 13' ausgebil-

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det, was ein weiteres Schließen des Absperrventils 36 gewährleistet und der Leitung 22 des Integrators Druckstempel-Druck zuführt.

Nachdem der Motor 24 und das Ventil 30 aktiviert sind, werden beide Absperrventile 16, 17 geöffnet gehalten, so daß die Leitung 21 den momentanen Speicherdruck und die Leitung 22 den momentanen Druckstempel-Druck führt. Der Motor 24 läuft weiter, weil Hydraulikfluid aus dem Speicher zum Druckstempel-Zylinder 12 verdrängt werden muß, um den Fahrkorb 10 und dessen Inhalt anzuheben. Wenn die Nutzlast im Fahrkorb 10 unter dem Mittelwert liegt, übersteigt der Speicherdruck an der Leitung 21 den Druckstempel-Druck an der Leitung 22, so daß nur der Speicherdruck zur Aufwärtsverschiebung des Fahrkorbs 10 ausreicht; in diesem Fall wird durch das Ansprechen des Rotors des Integrators 18 infolge der Fluidverdrängung ein Drehmoment erzeugt, durch das der Motor 24 zum Generator wird und eine bestimmte Menge elektrischer Energie zurück zum Stromversorgungsnetz liefert. Wenn dagegen die Nutzlast den Mittelwert übersteigt, bleibt der Motor 24 eine Antriebsmaschine für die Pumpentätigkeit im Integrator 18 und erhöht den Eingangs-Speicherdruck in der Leitung 21 auf einen höheren Pegel in Leitung 22, während ebenfalls ein Antriebs-Hydraulikfluidstrom vom Speicher zum Druckstempel verdrängt wird.

Es wurde gesagt, daß beim Start des Motors 24 der Integrator seine Niedrigvolumenrate-Einstellung hatte, da der Stellantrieb 26 zum Behälter 31' entleert war. Dies bedeutet natürlich, daß die Fahrkorb-Anfangsgeschwindigkeit langsam war (sanfte Anfangsbeschleunigung). Um dann eine höhere Fahrgeschwindigkeit des Fahrkorbs zu erzielen, weist die Steuerschaltung 50 eine weitere Steuerleitung 54 auf, die das Ventil 43 mit vorbestimmter kurzer Zeitverzögerung nach dem Start des Motors und der Aktivierung des Ventils 30 betätigt. Nachdem das Ventil 43 betätigt ist, bestimmt die Dosierdrossel 41 die Geschwindigkeit, mit der Speicherdruck (in Leitung 28) den Stellantrieb auf eine volle Volumeneinstellung (25) des Integrators 18

treiben kann, wobei an diesem Punkt der Fahrkorb natürlich mit Höchstgeschwindigkeit angetrieben wird; diese Stellverdrängungsrate bei 26 bestimmt die Sanftheit, mit der die Fahrkorbgeschwindigkeit erhöht wird. In gleicher Weise wird bei Annäherung an die angesteuerte obere Haltestelle durch konventionelle Schalter und/oder Auslösevorrichtungen (die in der Steuerschaltung 50 enthalten sind) das Signal auf Leitung 54 beendet, wodurch das Ventil 43 abgeschaltet wird und Hydraulikfluid aus dem Stellantrieb 26 zum Behälter 31' mit einer Geschwindigkeit ablaufen kann, die durch die Drosseleinstellung bei 42 bestimmt ist; in diesem Fall wird eine glatte Bremsung bei Annäherung an die Bestimmungs-Haltestelle erreicht, während die Druckfeder des Stellantriebs 26 Fluid abläßt und die Einstellung 25 der Volumenratensteuerung auf den Niedrigvolumen-Zustand des Integrators 18 zurückstellt.

Es ist ersichtlich, daß bei der Aufwärtsfahrt des Fahrkorbs 10 der Speicher 14 als Gegengewicht wirkt und daß das Drehmoment, das an der Läuferwelle des Integrators erforderlich war oder dort erzeugt wurde, eine Funktion der momentanen .Druckdifferenz an den Leitungen 21, 22 war. Die vom Motor 24 verlangte Leistung ist primär eine Funktion des erwünschten maximalen Hydraulikölstroms. Im Fall eines typischen Fahrkorbs 10 mit einem Eigengewicht von 1132 kg und einer Nenn-Nutzlastkapazität von 226 5 kg ist die Speichereinstellung (Ladedruck, der bei 46 geregelt wird) bevorzugt so, daß der Fahrkorb bei der halben Nenn-Nutzlast im Gleichgewicht ist. In diesem Fall und bei einer maximalen Sollgeschwindigkeit des Fahrkorbs von 0,6 m/s wird vom Motor 24 höchstens eine Leistung von 5,2 kW verlangt; dieser Wert ist mit der Leistung von 18,6 kW in Vergleich zu setzen, die von einem konventionellen Hydraulikaufzug mit denselben Bedingungen hinsichtlich Lastkakpazität und Fahrgeschwindigkeit verlangt werden.

Für die Abwärtsfahrt des Fahrkorbs 10 von einem oberen Stockwerk zu einem unteren Stockwerk ist die Funktionsweise ähnlich wie bei der erläuterten Aufwärtsfahrt; allerdings wird der

Motor in die andere Drehrichtung erregt durch ein Steuersignal auf Leitung 52 von der Steuerschaltung, wodurch eine Fluidverdrängung durch den Integrator in der Richtung von der Leitung 22 zur Leitung 22 erfolgt. Eine Einzelmenge Hydrauliköl wird zuerst schnell aus dem Behälter 37 über Leitung 39 und deren Absperrventil 36 angesaugt, wobei die Pumpenwirkung bei 18 den Druck in Leitung 13¹ wenigstens auf einen Pegel entsprechend dem Speicherdruck aufbaut; gleichzeitig wird durch ein Fahrstartsignal auf Leitung 53 das Ventil 30 aktiviert, so daß in Leitung 15' aufgebauter Druck über Leitung 28 zuführbar ist für ein durch den Vorsteuerdruck bestimmtes Öffnen beider Absperrventile 16, 17. Somit wird Druckstempel-Druck über Leitung 13' der nunmehrigen Einlaßleitung 22 des Integrators 18 zugeführt, und die Leitung 21 wird zum Auslaß, über den der Integrator 18 Hydrauliköl zum Speicher rückführt. Der Motor 24 verbraucht elektrische Energie aus dem Versorgungsnetz je nach dem Vorzeichen der Differenz zwischen den Drücken an den Leitungen 21 und 22.

Die vorhergehende Beschreibung in bezug auf die sanfte Beschleunigung vom Start-Stockwerk und die sanfte Bremsung bei Annäherung an die angesteuerte niedrigere Haltestelle gilt gleichermaßen für die Abwärtsfahrt, wobei die Drosseln bei 41, 42 die jeweiligen Geschwindigkeiten bestimmen, mit denen der Stellantrieb 26 in Geschwindigkeits-Erhöhungs- und -Verringerungsrichtung verstellt wird, da diese Geschwindigkeiten die eingestellte Erhöhung und Verminderung der Volumenkapazität des Integrators 18 reflektieren.

Der erläuterte Hydraulikkreis verliert langsam seinen Hydraulikölgehalt infolge unvermeidlicher Leckage von Hydrauliköl, das bevorzugt durch Schwerkraft zu einem Behälter 37 rückgeführt wird. Eine solche Leckage, auch wenn sie sehr gering und langsam ist, verlangt, daß das Hydrauliksystem eine Nachfüll-Betriebsart hat, die bevorzugt automatisch abläuft und von einem Hydraulikölstandsfühler (nicht gezeigt) im System gesteuert wird. Z. B. kann die Schaltung 50 Mittel zum Starten

des Motors 24 (über Leitung 52) in ABWÄRTS-Richtung aufweisen, wobei diese Mittel auf einen erfaßten Nachfüllbedarf ansprechen und jegliche Aktivierung des Antriebs-Startventils 30 vorübergehend sperren. In diesem Fall bewirkt der Motor 24, daß der Integrator 18 Fluid aus dein Behälter 37 (über Absperventil 36) in Leitung 15' und von dort in den Speicher (über Absperrventil 16) fördert, bis der Fühler anzeigt, daß das erwünschte Nachfüllen beendet ist, wodurch die Steuerverbindung zum Ventil 30 wieder aktiviert wird und das System damit erneut vollständig betriebsbereit ist. Eine geeignete Nachfülleinrichtung ist zwar in Fig. 1 nicht gezeigt, wird jedoch noch in Verbindung mit Fig. 6 erläutert.

Weitere Komponenten des Kreises von Fig. 1 sind aufgrund ihrer Sicherheits- und/oder Wartungsfunktionen ersichtlich. Z. B. ermöglichen manuelle Absperrventile (Endglieder) bei 55_r 55', 55" eine Trennung von Steuerkomponenten gegenüber Hydrauliköl am Behälter 37, am Speicher 14 und am Zylinder 12 des Druckstempels. Ein manuell betätigter Ablauf zum Behälter (Sumpf) 37 wird über Absperrorgane 56 (speicherseitig) und 56' (druckstempelseitig) über örtliche Zwischenbehälter 37', 37" erreicht, und Druckknopfbetätigung eines Magnetventils 57 ermöglicht eine stoßweise Notabfahrt des Fahrkorbs 10 durch stoßweises Verringern von Druckstempel-Druck und Hydrauliköl zu einem Zwischenbehälter 37'"; ein druckempfindlicher Schalter 59 spricht auf einen erfaßten Überlastungszustand im Druckstempel-Zylinder an und liefert ein "Betriebsunterbrechungs"-Befehlssignal zur Steuerschaltung 50. Druckanzeiger 58, 58' ermöglichen eine ständige überwachung des Speicher- und des Druckstempel-Drucks, wobei der Anzeiger 58 auch dann eingesetzt wird, wenn das Ventil 46 betätigt ist und den Speicher mit Gas auf einen vorbestimmten Druckpegel lädt. Eine Entlastung des Speicherdrucks ergibt sich über ein an den Behälter angeschlossenes Druckentlastungsventil 59'.

Fig. 2 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem Kran mit einem Ausleger 60, an dessen Oberende drehbar eine Hängescheibe 61 angeordnet ist. An einem unteren Bereich des Auslegers 60 ist ein Zugzylinder 62 montiert, wobei die Kolbenstange 63 des Zylinderkolbens nach oben ausfahrbar ist und eine weitere Scheibe 64 an ihrem Oberende trägt. Die Verstellung der Kolbenstange 63 wird verdoppelt, indem ein Ende des Hängekabels 65 an einer Querstange oder einem anderen Befestigungselement 66 am Oberende des Auslegers 60 festgelegt und das Kabel über beide Scheiben 64, 61 geführt wird, wobei das hängende Ende des Kabels mit einem Haken 67 endet. Eine Hydrauliksteuerschaltung für die Gegengewichts-Verschiebung des Hakens 67 wird über eine Anschlußleitung 13 zum unteren Ende des Zylinders 62 gespeist und kann allgemein derjenigen für den Hydraulikaufzug von Fig. 1 entsprechen. Es gibt jedoch im vorliegenden Fall einige Vereinfachungen, da die automatische Steuerung der Verstellung und der Beschleunigung/Bremsung in dem einfachen Fall des Krans von Fig. 2 nicht benötigt wird. Insoweit jedoch bereits beschriebene Komponenten für die Kransteuerung von Fig. 2 eingesetzt werden, brauchen diese nicht beschrieben zu werden.

Das System nach Fig. 2 verwendet einen strömungsgeregelten Leistungs-Integrator (wie bei 18 in Fig. 1), aber die Regelung der Volumenrate kann durch manuellen Betrieb (z. B. Servobetrieb) erfolgen, wie bei 25' angedeutet; der Integrator von Fig. 2 ist mit 18' bezeichnet, und sein manueller Einstellbereich zwischen Null und Höchstgeschwindigkeit wird für einen Bogenabschnitt 68 vorgeschlagen, wobei selbstverständlich die Richtung der Zugzylinderverstellung eine Funktion der Wahl der Erregungsrichtung des umsteuerbaren Elektromotors 24 ist. Diese Richtungswahl kann durch einen fingerbetätigten Wählschalter erfolgen, der huckepack auf den Geschwindigkeitsstellhebel 25" aufgesetzt ist; allerdings ist der Einfachheit halber in Fig. der Schalter 69 getrennt dargestellt; eine Strichlinienverbindung von der Motorstartsteuerung 69 zeigt an, daß das Ventil beim Start des Motors betätigt wird. Schließlich wird aufgrund der Tatsache, daß der Haken 67 Totgewicht darstellt und im

allgemeinen etwa 10 % der Krankapazität beträgt, empfohlen, den Hydrauliköl-Ladedruck im Speicher 14 so einzustellen, daß der Zugzylinder bei ca. 50 % der variablen Nutzlastkapazität, also bei 55 % der Nenn-Kapazität (Eigengewicht plus Nutzlastgewicht) des Krans abgeglichen ist.

Der in Verbindung mit dem Aufzugssystem von Fig. 1 erläuterte Leistungs-Integrator 18 (der auch bei dem Kransystem von Fig. 2 verwendbar ist) ist im einzelnen in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigt, und es ist ersichtlich, daß er einer konventionellen Drehkolbenpumpe ähnlich ist. Erhebliche Unterschiede ergeben sich jedoch dadurch, daß der Integrator 18 sowohl als Hydropumpe als auch als Hydromotor arbeiten muß, und zwar mit gleicher Leichtigkeit in Abhängigkeit von der jeweils gewählten Drehrichtung des umsteuerbaren Elektromotors 24.

Wie gezeigt, ist der Integrator 18 in einem Gehäuse 70 mit daran lösbar befestigten Endverschlüssen 71, 71', die am Gehäuse 70 mit Bolzen 69 verspannt sind, angeordnet. Voneinander beabstandete Lager 72, 73 dienen der drehbaren Lagerung einer Rotorwelle 74, deren eines Ende nach außen verläuft, wo die Welle 23 des Motors 24 darauf aufgekeilt ist. Ein Rotor 75 ist mit der Welle 7 4 fest verbunden (entweder durch eine Keilverbindung oder durch Schmieden, so daß effektiv ein einstückiges Bauelement gebildet ist) und weist eine Mehrzahl Radialschlitze für eine radial geführte Positionierung von Flügeln 76 auf. Im Innenraum 77 des Gehäuses 70 umgibt ein zylindrischer Nockenring 7 8 den Rotor 7 5 und dessen Flügel 76, und der Nockenring 78 ist mit unterschiedlichen Exzentrizitätsgraden relativ zur Achse des Rotors 75 und dessen Welle 74 selektiv positionierbar (entlang der Horizontalen gemäß Fig. 5). Diese Lagerung umfaßt diametral entgegengesetzte parallele ebene Laufflächen 79 am Ring 78 und entsprechende Laufflächen 79' an Gehäuseeinsätzen, wobei zwischen diesen Laufflächen Nadellagerelemente 80 angeordnet sind.

Die exzentrische Einstellung erfolgt innerhalb des vollen Ausmaßes der möglichen Exzentrizitätsänderung zwischen einer Lage mit minimaler Volumenverdrängung (nahe, jedoch nicht mit Null-Exzentrizität) und einer Lage mit maximaler Exzentrizität entsprechend Fig. 5 für eine maximale Volumenverdrängungs-Einstellung des Integrators 18. Der auf Druck ansprechende Volumenrate-Stellantrieb 26 von Fig. 1 ist in den Integrator nach den Fig. 3-5 eingebaut. Er umfaßt einen Kolben 83, der in einem lösbaren Block 81 in Horizontal-Verschiebekontakt mit dem Nockenring 78 aufgrund von an einem Schlitz anliegendem Hydraulikdruck geführt ist. Eine solche Verschiebung erfolgt gegen die Vorspannkraft einer Druckfeder 85, die in einem weiteren lösbaren Block 82 auf der diametral gegenüberliegenden Seite des Nockenrings 78 in einem Führungsschuh wirkt. Eine Verstellung einer ersten Gewindestange 86 mittels einer Sicherungsmutter ermöglicht die Einstellung eines Anschlags in eine vorbestimmte maximale Volumenraten-Stellung des Nockenrings 78, und eine gleichartige Verstellung einer zweiten Gewindestange 87 ermöglicht die Einstellung eines ähnlichen Anschlags für die vorbestimmte minimale Volumenraten-Stellung des Nockenrings 78. Bevorzugt greifen die Blöcke 81, 82 in identischer Schraub- und Dichtverbindung in gegenüberliegende Bohrungen des Gehäuses 7 0 ein, so daß eine einfachere Anpassung an beschränkte räumliche Gegebenheiten in manchen Einbausituationen möglich ist.

Ansaugdruck zum Beaufschlagen sämtlicher Flügel 76 nach radial außen in ständigen Kontakt mit der Bohrung des Nockenrings 78, und zwar ungeachtet der Rotationsrichtung der Rotorwelle 74, steht an den jeweiligen Schlitzen 21, 22 des Integrators 18 zur Verfügung, die als Ausbildungen des Endverschlusses 71 gezeigt sind. Für die Rotorflügel 76, die sich in jedem gegebenen Moment in der oberen halbzylindrischen Hälfte der Bohrung des Nockenrings 78 befinden, wird der Ansaugdruck durch Fluid am Schlitz 21 geliefert, und zwar durch einen Kanal 88 zu einer nahezu halbkreisförmigen ümfangsnut 89 im Endverschluß 71; die Nut 89 steht gemäß Fig. 4 in Verteilerverbindung mit einzelnen axialen Kanälen, die radial innere Enden der jeweiligen Flügel

7 6 bedienen, und zwar über den gesamten nahezu halbkreisförmigen oberen Bereich <tf . In gleicher Weise steht der Ansaugdruck für die Rotorflügel 76, die sich in jedem gegebenen Augenblick in der unteren halbkreisförmigen Hälfte der Bohrung des Nockenrings 78 befinden, durch Fluid am Schlitz 22 über einen Kanal 88¹ zur Verfugung, der zu einer ähnlichen, aber diametral entgegengesetzten, nahezu halbkreisförmigen ümfangsnut 89' im Endverschluß 71 führt; die Nut 89' steht in Verteilerverbindung mit einzelnen axialen Kanälen, die radial innere Enden der jeweiligen Flügel 76 bedienen, über den gesamten diametral entgegengesetzten, nahezu halbkreisförmigen Bereich gleicher Ausdehnung o<. Bevorzugt ist der Abstand ß zwischen benachbarten Enden der bogenförmigen Verteilernuten 89, 89' nahezu gleich dem Winkelabstand benachbarter Flügel 76, und die Nuten 89, 89' erstrecken sich unter gleichen Winkeln wie ihre jeweiligen Pumpen/Motorschlitze 90, 92. Schließlich ist ein oberer gekrümmter Ansaugschlitz 90 im Endverschluß 71 erstens durch radiale Überlappung mit dem Nockenring 78 teilweise geschlossen, wird zweitens von Flügeln 76 im Verlauf der Drehbewegung der Welle 74 überstrichen und steht drittens in direkter Kommunikation mit dem Integrator-Schlitz 21; in gleicher Weise ist ein unterer gekrümmter Ansaugschlitz 92 im Endverschluß 71 erstens durch radiale Überlappung mit dem Nockenring 7 8 teilweise geschlossen, wird zweitens von Flügeln 76 im Verlauf der Drehbewegung der Welle 7 4 überstrichen und steht drittens in direkter Kommunikation mit dem Integrator-Schlitz 22. Die Ansaugschlitze 90, 92 verlaufen entgegengesetzt symmetrisch um die Achse der Welle 7 4 und haben eine stetig zunehmende radiale Weite, wie Fig. 4 zeigt; Die Horizontalebene, die die Wellenachse einschließt, ist die Symmetrieebene in bezug auf die beschriebene horizontale Führungsrichtung der Exzentrizitätseinstellung des Nockenrings 78. Um die beschriebene Zuführung von Ansaugdruck zu den Flügeln 76 absolut zu gewährleisten, ist die axial innere Fläche des anderen Endverschlusses 71' mit oberen und unteren Verteilernuten 91, 91' einer Bogenerstreckung o< in Winkelüberdeckung mit den Schlitzen 89, 89'

sowie mit den Pumpen/Motor-Schlitzen 93, 93' der Bogenerstreckung OC und in Winkelüberdeckung mit Schlitzen 90, 92 ausgebildet.

Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, daß der Integrator nach den Fig. 3, 4 und 5 gleichermaßen auf jede gegebene Einstellung des Nockenrings 78 ungeachtet der Strömungsrichtung durch die Schlitze 21, 22 anspricht. In der einen Strömungsrichtung, die am Schlitz 21 in Fig. 3 durch einen Pfeil angedeutet ist, ist der Schlitz 21 der Einlaß für die Flügel im oberen Bogen des Ansaugschlitzes 90 für die Rotation der Welle 74, die im Gegenuhrzeigersinn in Fig. 4 erfolgt. In dieser Situation arbeitet der Integrator 18 als Hydropumpe auf der Förderseite 22 und als Hydromotor auf der Ansaugseite Bei entgegengesetzter Strömungsrichtung, die durch den Pfeil am Schlitz 22 in Fig. 2 angedeutet ist, ist der Schlitz 22 der Einlaß für die Flügel im unteren Bogen des Ansaugschlitzes für die Rotation der Welle 74 im Uhrzeigersinn in Fig. 4; in dieser Situation wirkt der Integrator 18 auf der Förderseite als Hydropumpe und auf der Saugseite 2 2 als Hydromotor. In jedem Fall wird ungeachtet der Strömungsrichtung zwischen den Schlitzen 21 und 22 die Druckdifferenz zwischen den Schlitzen entweder erhöht oder verringert oder ist Null. Ungeachtet der Rotationsrichtung liefern die Anschlüsse 88, 88' (89, 89¹) Ansaugdruck, der sämtliche Flügel nach radial außen in Kontakt mit der Bohrung des Nockenrings 78 beaufschlagt. Die momentane exzentrische Einstellung des Nockenrings bestimmt außerdem die Volumenrate des Integrators.

Der Kranhebezeug-Hydraulikkreis von Fig. 6 ist gegenüber demjenigen von Fig. 2 für Hochleistungsbetrieb bestimmt; viele der Funktionen der Bauteile sind jedoch gleich, so daß gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind; außerdem sind analoge Komponenten mit gleichen Bezugszeichen mit weiteren Strichindizes versehen. Der Hauptunterschied bei dem System nach Fig. 6 besteht darin, daß die Antriebsmaschine 24' in eine Richtung läuft und z. B. ein Dieselmotor oder ein Einrichtungs-

Elektromotor ist. Ferner zeigt Fig. 6 ein Hydrauliköl-Nachfüllsystem, das bei sämtlichen hier angegebenen Ausführungsformen des Hydraulikkreises verwendbar ist.

Der Integrator 95 von Fig. 6 ist analog den Integratoren der Fig. 1 und 2 ausgebildet, aber wegen des Hochleistungsbetriebs und der hier vorliegenden Einrichtungs-Bedingungen wird eine Kolbenverdrängungsmaschine, z. B. eine Axialkolben-Verstellpumpe, eingesetzt, bei der eine drehbare Taumelscheibe verstellbar in bezug auf die Rotationsachse geneigt ist und nicht nur eine eingestellte Größe der Volumenrate, sondern auch die Strömungsrichtung zwischen Schlitzen 21', 22', für die die Volumenrate gewählt wurde, bestimmt; alternativ kann der Integrator 95 eine Radialkolben-Verstellpumpe sein, bei der die Volumenrate ebenfalls für eine im wesentlichen Konstantdrehzahl-Rotation eines Rotors einstellbar ist. Die Einstellung der Volumenrate ist gemäß schematischer Darstellung durch einen doppeltwirkenden Zylinder 26' bestimmt, und zu diesem Zweck ist eine Hilfspumpe 96 mit relativ niedriger Kapazität (d. h. mit relativ kleinem Volumen und geringer Druckförderung) vorgesehen, die von dem Behälter 37 das erforderliche Hydrauliköl erhält und ein manuell betätigtes Dreistellungs-Wählventil 97 für den Betrieb des doppeltwirkenden Zylinders 26' verwendet. In der Neutralstellung des Ventils 97 erfolgt keine Aktivierung über den Zylinder 26', aber die gewählte Endlage des Ventils 97 bestimmt, ob Druckfluid, das ursprünglich von der Pumpe 96 zugeführt wurde, den Integrator 95 auf die volle Volumenrate in Strömungsrichtung vom Schlitz 21' zum Schlitz 22' (unter Heben des Hakens 67) aufgrund der Fluidübertragung vom Speicher 14 zum Zug zylinder 6 2 verschiebt, oder ob der Integrator 9 5 in entgegengesetzter Strömungsrichtung vom Schlitz 22' zum Schlitz 21' auf die volle Volumenrate verstellt (unter Absenken des Hakens 67) und Systemfluid zum Speicher 14 zurückgeführt wird.

In Fig. 6 werden beide Vorsteuereinheiten wiederum von der gleichen einzigen Betriebsdruckversorgung gespeist, wobei der Betriebsdruck in Leitungen 27 und 28 bei Betätigung des Magnetventils 30 zur Verfugung steht; diese Betätigung ist natürlich mit dem Betrieb der Antriebsmaschine 24' gekoppelt (durch nicht gezeigte Mittel).

Als Sicherheitselement gegen einen freien Fall des Hakens 67 und dessen Last im Fall eines Bruchs oder anderen Versagens in der Leitung 13 zum Zugzylinder 62 ist im Block 98 schematisch ein sogenanntes "Fallschirmventil" 99 gezeigt, das auf einen Druckabfall (an einer Drossel 100) anspricht und ein Absperrventil in den Anschluß zum Zylinder 62 einschaltet, wodurch ein weiteres Ausströmen von Fluid aus dem Zylinder 6 2 verhindert wird. Selbstverständlich ist der Block 98 vorteilhaft angrenzend an den Zylinder 62, bevorzugt als Huckepack-Element auf dem Zylinder 62 angeordnet.

Ebenso wie bei den übrigen angegebenen Hydrauliksystemen ist auch in Fig. 6 der Hauptsumpf der Behälter 37, in den sämtliche Zwischenbehälter ihr Fluid leiten, so daß das gesamte Hydrauliköl im ganzen System erhalten bleiben kann. Das Gesamtvolumen an Hydrauliköl im System ist immer die Summe der Hydraulikölinhalte (A) im Speicher 14 und (B) im Zugzylinder 62 und (C) im Behälter 37, und die diese Einheiten miteinander verbindenden Leitungen enthalten ein gleichbleibendes weiteres kleineres Volumen (D). Der Ölstand im Behälter 37 ist somit immer ein echtes Maß für die Summe der Volumina A, B und D, und diese Summe muß innerhalb vorgegebener Grenzwerte gehalten werden, wenn die beschriebenen, mit hydraulischem Gegengewicht arbeitenden Systeme immer betriebsbereit sein sollen. Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird dem Behälter 37 ursprünglich eine Hydraulikölmenge bis zu einem bestimmten Mindestpegel zugeführt, und dieser Pegel oder mehrere um diesen Mindestpegel liegende Pegel werden überwacht, um zu bestimmen, ob und wann der Motor 102 einer Pumpe 103 eingeschaltet werden soll, um aus dem Behälter 37 Hydrauliköl abzuziehen und es durch Leitung

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104¹ dem Speicher 14 zur Auffüllung des Hydraulikölstands desselben zuzuführen. Zu diesem Zweck wurden eigentlich ein Fühler für den vorbestimmten Höchstpegel und ein zugehöriger elektrischer Schalter (mit geeignet eingestellter Einschaltzeit-Funktion) genügen, um das Einschalten des Pumpenmotors 102 zu steuern. Bei der gezeigten Ausfuhrungsform ist jedoch ein Schalter 104 so geschaltet, daß er ein Motorantriebssignal liefert, das bei Erfassung des vorbestimmten Höchstpegels durch einen oberen Pegelfühler 105 beginnt, und das Motorantriebssignal beendet, wenn ein unterer Pegelfühler 106 den vorbestimmten Mindestpegel erfaßt. Da der Druck im Speicher 14 immer nahe demselben Pegel liegt, ist es für den Betrieb des Hebemechanismus mit hydraulischem Gegengewicht im Hinblick auf die Konstanz der Summe der Volumina A, B und D innerhalb vorgegebener Grenzen unbeachtlich, ob zum Zeitpunkt des automatischen Nachfüllens gerade eine LastverSchiebung stattfindet.

Der Hydraulikkreis von Fig. 7 gleicht demjenigen nach Fig. 6 mit Ausnahme des wesentlichen Merkmals, daß er die Anwendung der Erfindung zum Betrieb eines umlaufenden Hydromotors 110 (über ein Untersetzungsgetriebe 111) für den Antrieb einer Seilwinde oder Trommel 112 zum vertikalen Positionieren eines Hakens 67 und dessen Last veranschaulicht. Der Motor 110 kann ein Motor mit konstanter Fördermenge sein, in Fig. 7 zeigt jedoch der Steuerpfeil durch das Symbol des Motors 110, daß der Motor 110 alternativ ein Verstellmotor sein kann. Da der Motor ein umlaufender Motor ist, tritt eine gewisse Leckage auf, und daher kann der Motor nicht bei einer erwünschten Hakenlage hydraulisch festgelegt werden; aus diesem Grund ist der Motor 110 mit einer Bremsvorrichtung 113 versehen, die sich automatisch so einstellt, daß sie die Welle des Motors 110 arretiert, wenn in Leitung 13 kein Hydraulikölstrom erwünscht ist, die jedoch durch einen Betätigungsdruck, der in einer Steuerleitung 114 durch die Niedrigleistungspumpe 96, d. h. beim Betrieb der Pumpe 96, erzeugt wird, gelöst wird. Die Steuerleitung 114 bewirkt das Verschieben eines Selbststeuerventils 115 in eine Lage entsprechend Fig. 7, in der bei 113 der die Bremse lösende

Druck zur Verfugung steht. Jeder Druckausfall im Hydraulikkreis der Leitung 114 hat einen Druckabfall am Auslaß des Ventils 96 auf Null zur Folge, so daß sich das Ventil 115 durch Federkraft in die Lage zurückstellt, in der zum Lösen der Bremse wirksames Druckfluid zum Beh älter 37 abgeleitet wird; eine Drosselöffnung in der Verbindung zwischen dem Ventil 115 und dem Behälter ermöglicht eine gewisse Dämpfungswirkung bei jeder Rückstellung der Bremse 113 im angegebenen Fall eines Ausfalls im Hydraulikkreis der Leitung 114.

Ferner zeigt Fig. 7 auch, daß bei der praktischen Anwendung der Erfindung beim Heben des Hakens 67 mit seiner Last durch den Hydromotor Vorsorge getroffen sein muß, um die Hydrauliköl-Konstanz im System zu bewahren. Zu diesem Zweck weist der Motor 110 einen Anschluß 116 zu einem speziellen Zwischenbehälter 117 auf, dessen Volumenkapazität wenigstens so gewählt ist, daß sie dem Bedarf für den Betrieb des Motors 110 innerhalb des gesamten konstruktionsgemäßen Hakenhebebereichs entspricht; Hydrauliköl wird dadurch konserviert, daß die Leitung 116 automatisch aus dem Behälter 117 für jedes kontrollierte Absenken des Hakens und dessen Last Hydrauliköl entnimmt, so daß Betriebsfluid zum Speicher 14 rückgeführt wird. Der umlaufende Motor 110 weist jedoch eine gewisse Leckage auf, so daß im Lauf der Zeit Hydrauliköl, das in den Zwischenbehälter 117 abgeleitet wird, sich in größerer Menge ansammelt, als für das vollständige Senken des Hakens 67 erforderlich ist. Angesichts dieser Tatsache weist der Zwischenbehälter 117 einen überlauf 118 auf, über den überschüssiges Hydrauliköl, das für die Rückführung des Hakens in seine vollständig abgesenkte Stellung nicht erforderlich ist, aufgefangen und zum Behälter 37 rückgeführt wird. Indem Überlauf-Hydrauliköl zum Behälter 37 rückgeführt wird, geht aus dem System kein Hydrauliköl verloren; dieses Hydrauliköl wird Teil der Speisemenge des Systerabehälters und unterliegt automatischen Nachfüllvorgängen (zurück zum Speicher 14), wie in Verbindung mit Fig. 6 erläutert wurde.

Hehl i «IJI i <·Ιι /-"i'il F Iq. 7 oino weitwrt? Almp«?rrv*?rth ii die eine Anfahr-Förderung von Behälterfluid ermöglicht. Die Haupt-Absperrventile 35, 36 bleiben zwar in der früher erläuterten Anordnung, aber zusätzliche und entsprechende Absperrventile 35', 36' (mit geringerer Kapazität) ermöglichen es der Pumpe 96, direkt aus ihrem eigenen Behälteranschluß Fluid anzusaugen, und zwar unabhängig von den in den Leitungen 15', 13' etwa herrschenden höheren Druckbedingungen, Dieses angesaugte und zugeführte Fluid ermöglicht es, daß das Stellventil 9 6 praktisch sofort in seiner Volumenraten-Einstellung des Integrators 95 betriebsbereit ist, und der weitere Betrieb erfolgt dann in der bereits erläuterten Weise.

Mit der Erfindung und ihren verschiedenen erläuterten Ausführungsformen wird die eingangs genannte Aufgabe vollständig gelöst, und hinsichtlich Einbau-, Betriebs- und Wartungskosten für hydraulische Aufzugs- und/oder Kran- und andere Hebezeugsysteme ergeben sich bedeutende Einsparungen. Ein wesentlicher Vorteil ist die vollständige Konservierung von Fluid in jedem mit hydraulischem Gegengewicht versehenen System innerhalb von Grenzen, die ein automatisches Nachfüllen sicherstellen und somit einen fortgesetzten und ununterbrochenen Betrieb innerhalb des vollen Last-, Geschwind igkeits- und Verstellbereichs, für den das jeweilige System ausgelegt ist, garantieren.

Der spezielle Flügelzellen-Integrator nach den Fig. 3-5 eignet sich besonders zur Anwendung in hydraulischen Aufzugssystemen und Klein- bis Mittellast-Kränen und Hebezeugen. Die einzelnen Bauelemente sind einfach und ohne weiteres zugänglich für Wartungsarbeiten, Inspektionen oder Reparaturen, indem einfach die Durchsteckbolzen 69 entfernt werden. An den Grenzflächen 70/71 und 70/71' sind nur einfache O-Dichtringe 94, 94' erforderlich, und wie bereits gesagt wurde, sind der Kolben-und der Druckfederblock 81 bzw. 82 ohne weiteres umkehrbar, falls spezielle Einbaubedingungen dies erforderlich machen. Schließ-

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lieh arbeitet die Vorrichtung mit Selbstansaugung ungeachtet der Rotationsrichtung der Welle 74 und der Arbeitsweise der Vorrichtung entweder als Pumpe oder als Motor.

Im Fall eines Kurzschlußlaufermotors 24 für den hydraulischen Aufzug bzw. Kran nach den Fig. 1 bzw. 2 schlägt sich ein Hydraulikdruckunterschied an den Schlitzen des Integrators 18 in Motorlaufrichtung in einem die Welle bremsenden Drehmoment nieder, was bedeutet, daß der Motor 24 in seiner übersynchronen Betriebsart arbeitet und Energie zum Versorgungsnetz zurückliefert. Z. B. hat ein solcher Vierpolmotor 24 von 60 Hz eine normale synchrone Nullast-Laufgeschwindigkeit von 1800 U/min_f die typischerweise auf ca. 1825 ü/min verringert wird, wenn der Motor 24 dem Integrator 18 Drehkraft zuführen muß. Wenn jedoch die Druckdifferenz zwischen den Integratorschlitzen in Motorlaufrichtung ausreichend hoch ist, kann der Motor 24 hydraulisch dazu gezwungen werden, mit 1875 ü/min zu laufen, und in diesem Fall läuft er übersynchron und führt Energie zum Versorgungsnetz zurück.

Da hinsichtlich des Einsatzes der Erfindung nur geringe Erfahrungen vorliegen, können für bestimmte Fälle von Lastbereich, Verstellbereich, Drehzahlbereich u. dgl. keine Endbereichsgrenzen oder auch Bereiche angegeben werden. Außerdem ist es nicht möglich, Verhältnisgrenzwerte des Speichervolumens zum Verstellvolumen des Zylinders oder Motors oder auch des Gasfüllvolumens zum Flüssigkeitsvolumen im Speicher anzugeben. Es ist jedoch bekannt, daß sehr zufriedenstellende Ergebnisse erzielbar sind, wenn das Speicheryolumen im Bereich des 8-10-fachen Verdrängungsvolumens des Antriebsendes liegt, und daß das Gesaratflüssigkeitsvolumen, das im System eingeschlossen ist und von dem Speicher 14 und seinem daran angeschlossenen Antrieb (12, 62 oder 110-117) geteilt wird, nicht weit über dem Verdrängungsvolumen des angeschlossenen Antriebs plus einem kleinen Bruchteil desselben (z. B. 10 %) liegen sollte, um sicherzustellen, daß der Schwimmer im Speicher während aller Betriebsarten immer schwimmt.

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Claims

Patentansprüche

1. Hydraulisch betriebenes Hebesystem, bei dem ein unter Druck stehender Hydraulikspeicher ständig mit einem hydraulischen Hubantrieb verbunden ist und eine umlaufende Flüssigkeitsverdrängervorrichtung zwischen den Speicher und den Hubantrieb geschaltet ist, die zwei Strömungsanschlußschlitze und einen zwischengeschalteten Rotor mit einer extern zugänglichen Wellenverbindung aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen dem Speicher (14) und dem einen Anschlußschlitz (21) der Flüssigkeitsverdrängervorrichtung ein vorsteuerdruckbetätigtes Absperrventil (16) eingeschaltet und so orientiert ist, daß der Fluidstrom vom Speicher (14) blockiert ist,

daß in die Verbindung zwischen dem Hubantrieb und dem anderen Anschlußschlitz (22) der Flüssigkeitsverdrängervorrichtung (18) ein zweites Absperrventil (17) eingeschaltet und so orientiert ist, daß der Fluidstrom vom Hubantrieb blockiert ist, wobei Steuermittel mit einer Antriebsmaschine (24) eine auf Drehkraft ansprechende Verbindung mit der Welle haben und Mittel aufweisen, die Vorsteuerdruckanschlüsse zu den Absperrventilen (16, 17) umfassen und auf die Rotation der Antriebsmaschine (24) ansprechen.

2. Hebesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmaschine ein umsteuerbarer Elektromotor ist.

3. Hebesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmaschine in eine Richtung umläuft, und daß die umlaufende Flüssigkeitsverdrängervorrichtung von dem Typ ist, bei dem die Beziehung zwischen der Wellenumlaufrichtung und der Fluidströmungsrichtung durch die Vorrichtung selektiv umsteuerbar ist.

4. Hebesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmaschine ein Dieselmotor ist.

5. Hebesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmaschine ein Elektromotor ist.

6. Hebesystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Flüssigkeitsverdrängervorrichtung von dem Typ ist, bei dem die Beziehung zwischen der Drehzahl ihrer Welle und dem Durchsatz durch die Vorrichtung selektiv regelbar ist.

7. Hebesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmaschine von dem Typ ist, der eine im wesentlichen konstante Ausgangsleistung hat, und daß die umlaufende Verdrängervorrichtung (95) Mittel zur Änderung ihres Hydraulikfluiddurchsatzes aufweist.

8. Hebesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Antriebsmaschine (24¹) von dem Typ ist, der eine regelbare Ausgangsleistung hat, und daß die umlaufende Verdrängervorrichtung (95) von dem Typ ist, der eine unveränderliche Volumencharakteristik für den Hydrauliköldurchsatz hat.

9. Hebesystem nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch einen Sumpf, der einen Behälter (37) für Hydrauliköl bildet, wobei ein erster Anschluß mit einem Absperrventil (35) zwischen dem Sumpf und dem einen Anschlußschlitz (21) und ein zweiter Anschluß mit einem Absperrventil (36) zwischen dem Sumpf und dem anderen Anschlußschlitz (22) vorgesehen sind und jedes Absperrventil der jeweiligen Sumpfanschlüsse so orientiert ist, daß der Fluidstrom in Richtung des Sumpfs blockiert ist.

10. Hebesystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die vorsteuerdruckbetatigten Absperrventile (16, 17) Sperrventile sind.

11. Hebesystera nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußschlitze (21, 22) der umlaufenden Flüssigkeitsverdrängervorrichtung im wesentlichen gleiche Hydraulikstrom-Aufnahmefähigkeit unabhängig von der Strömungsrichtung durch die Vorrichtung aufweisen.

12. Hebesystem nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor ein Drehflügelrotor ist.

13. Hebesystem nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Flussigkeitsverdrangervorrichtung eine Mehrzahl von radial hin- und hergehenden Kolben aufweist ^ die um die Achse des Rotors angeordnet und mit diesem verbunden sind.

14. Hebesystem nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Flussigkeitsverdrängervorrichtung eine Mehrzahl von in Axialrichtung hin- und hergehenden Kolben auf paralellen Achsen, die um die Rotorachse gleichwinklig beabstandet sind, sowie eine Schrägscheibe aufweist, die am Rotor angeordnet ist und die Kolbenverdrängung mit der Rotation des Rotors koppelt.

15. Hebesystem nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Flüssigkeitsverdrängervorrichtung eine Mehrzahl von axial hin- und hergehenden Kolben auf parallelen Achsen, die um eine mittige Symmetrieachse gleichwinklig beabstandet sind, aufweist, wobei die Symmetrieachse zur Rotorachse schräg verläuft und diese schneidet, und daß Mittel vorgesehen sind, die die Kolben mit dem Rotor in winkelmäßig verteilter Anordnung um die Rotorachse verbinden.

16. Hebesystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Hubantrieb ein Zugzylinder (62) ist.

17. Hebesystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Hubantrieb ein umlaufender Hydromotor (110) ist, daß ein Sumpf zur Aufnahme von aus dem Hydromotor abgeführtem Hydrauliköl bei einer Drehrichtung des Motors vorgesehen ist, und daß der Sumpf und der Motoranschluß an diesen eine ausreichende Volumenkapazität haben, um Hydrauliköl über den Hydromotor für dessen andere Drehrichtung und für den vollen hydraulischen Hubbereich über den Hubantrieb rückzuführen.

18. Hebesystem nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Hydromotor eine Bremse (113) aufweist, die den Motor gegen Rotation feststellt, und daß eine Steuereinheit (115) die Bremse (113) während Intervallen, in denen kein geregelter Fluidstrom zum oder vom Hydromotor (110) erfolgt, in Peststellposition bringt und die Bremse aus der Feststellposition während Intervallen freigibt, in denen ein geregelter Fluidstrom zum oder vom Hydrumotor erfolgt.

19. Hebesystem nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmaschine (24¹) eine Einrichtungsmaschine ist, daß die Steuereinheit einen unabhängigen Hydraulikkreis (114) zum Anlegen und Lösen der Bremse (113) aufweist, und daß Mittel einschließlich einer Hilfspumpe (96) mit der Antriebsmaschine gekoppelt sind, um in dem unabhängigen Hydraulikkreis einen Betriebsdruck zu erzeugen.

20. Hebesystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Hebesystem eine Kapazität für eine Nennlast aufweist, die aus einer unveränderlichen Totlastkomponente und einer Nutzlastkomponente von nicht festgelegter Größe besteht, und daß der Druckpegel im Speicher (14) so vorgewählt ist, daß das Hebesystem bei gleichen Hydraulikdrücken an beiden Anschlußschlitzen (21, 22) im Gleichgewicht steht, wenn die Nutzlastkomponente einen vorbestimmten Pegel zwischen Null und Höchstnutzlast hat.

21. Hebesystem nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenwert im wesentlichen dem halben Höchstwert entspricht.

22. Hebesystem nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

einen Hydraulikölbehälter, der so angeordnet ist, daß er sämtliches Lecköl aus dem System erhält, dem Behälter zugeordnete Pegelstandsfühler, die betriebsmäßig auf ein vorbestimmtes maximales Behältervolumen ansprechen, das ein vorbestimmtes annehmbares Hydrauliköl-Mindestvolumen im·System anzeigt, und Hydrauliköl-Nachfüllmittel mit einer Pumpe und einem Absperrorgan, die so geschaltet sind, daß sie aus dem Behälter (37) Hydrauliköl abziehen und dieses unter Druck dem Speicher (14) zuführen, wobei die Nachfüllmittel betriebsmäßig durch die Pegelstandsfühler so regelbar sind, daß sie dem Speicher (14) eine Nachfüllmenge Hydrauliköl zuführen, wenn das Erreichen des vorbestimmten Behältervolumens erfaßt wurde.

23. Hebesystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrauliköl-Nachfülleinrichtung zwei mit den Rückseiten miteinander verbundene Absperrorgane (32, 33), die jeweils mit den Anschlußschlitzen (21, 22) verbunden und so orientiert sind, daß sie an ihrem Verbindungspunkt (29) einen Vorsteuerdruck liefern, sowie ein Steuerventil (30), das betriebsmäßig zwischen den Verbindungspunkt (29) und die Vorsteuereinheiten des ersten und des zweiten Absperrventils (16, 17) geschaltet ist, und Mittel zum Öffnen des Steuerventils (30) bei Rotation der Antriebsmaschine (24) aufweist.

24. Hebezeug-Mechanismus,
gekennzeichnet durch einen fluidkonservierenden hydraulischen Hebezeugantrieb (110) mit einem vorbestimmten Verdrängungsbereich, einen Hydraulikspeicher (14) und einen Leistungs-Integrator (95) mit zwei Anschlußschlitzen (21', 22'), die jeweils mit dem Antrieb (110) und mit dem Speicher (14) verbunden sind, ein in sich geschlossenes Hydraulikölvolumen innerhalb des vom Hebezeugantrieb, vom Integrator und vom Speicher eingeschlossenen Volumens solchen Ausmaßes, daß es wenigstens zum Betrieb des Hebezeugantriebs (110) über mehr als den Verdrängungsbereich ausreicht, wobei das Volumen des Speichers im wesentlichen größer als das

Hydraulikölvolumen ist und der Speicher auf einem Pegel unter Gasdruck steht, der wenigstens mehr als ausreichend ist, um eine Last auszugleichen, die einen Eigengewichts-Lastzustand am Hebezeugantrieb überschreitet;

ein erstes vorsteuerdruckbet'ätigtes Absperrventil (17) in der Verbindung zwischen dem Anschlußschlitz und dem Hebezeugantrieb (110) und ein zweites vorsteuerdruckbet'ätigtes Absperrventil (16) in der Verbindung zwischen dem Anschlußschlitz und dem Speicher (14), wobei jedes Absperrventil so orientiert ist, daß der Fluidstrom zum Integrator (95) blockiert ist, und wobei der Integrator außerdem eine umlaufende Vorrichtung (96) aufweist, die in auf Drehkraft ansprechender Beziehung zu dem Fluidstrom zwischen den Anschlußschlitzen durch den Integrator (95) steht; und

eine Steuereinheit einschließlich eines Antriebsmaschinen-Anschlusses an die umlaufende Vorrichtung (96) und eines von der Antriebsmaschine getriebenen Anschlusses zur Betätigung der Vorsteuereinheiten der Absperrventile (16, 17).

25. Hebezeug-Mechanismus nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebezeugantrieb einen Zugzylinder (62) umfaßt.

26. Hebezeug-Mechanismus nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebezeugantrieb eine umlaufende Hydraulikvorrichtung (110) mit einem fluidkonservierenden Behälter (117) umfaßt, wobei diese Vorrichtung zwei Anschlußschlitze und einen zwischen diesen befindlichen Rotor aufweist und mit dem Fluidstrom zwischen den Anschlußschlitzen in Drehmoment-Ansprechbeziehung steht, wobei der eine Anschlußschlitz des Antriebs an den Integrator (95) und der andere Anschlußschlitz so angeschlossen ist, daß er nach Maßgabe des Fluidstroms durch den Antrieb zwischen den Anschlußschlitzen Hydrauliköl in den Behälter (117) ableitet oder aus dem Behälter abzieht.

27. Hebezeug-Mechanismus nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (117) einen Überlauf (118) für überlaufendes Hydrauliköl über einen vorbestimmten Volumenüberschuß im Behälter (117) oberhalb des in sich geschlossenen Hydrauliköl-Volumens hinaus, ferner einen Sumpf (37), der aus dem überlauf (118) abströmendes Hydrauliköl aufnimmt, und Mittel einschließlich einer Pumpe (103), die Hydrauliköl aus dem Sumpf ansaugt und unter Druck im Kreislauf zum Speicher (114) rückführt, aufweist.

28. Leistungs-Integrator,
gekennzeichnet durch ein Hydromotor/Hydropumpen-Gehäuse (70) mit einem Innenraum zwischen zwei beabstandeten Anschlußschlitzen, einen im Gehäuse gelagerten Rotor (75), der im Innenraum an einer Welle (74) , die sich nach außerhalb des Gehäuses erstreckt und mit einer Antriebsmaschine verbindbar ist, umläuft,

einen den Rotor (75) umgebenden Steuerring (78) , der in dem Innenraum entlang einer Verstellbahn mit veränderlicher Exzentrizität relativ zur Rotorachse beweglich ist, eine Mehrzahl von beabstandeten Flügeln (76), die von dem Rotor (75) mit der Bewegung des Steuerrings (78) in Kontakt mit dem Steuerring geführt werden,

einen ersten in Umfangsrichtung gekrümmten Druckfluidanschluß (89) durch das Gehäuse und zwischen dem einen Anschlußschlitz (21) in radialer Kommunikation unterhalb sämtlicher Flügel (76) in einem ersten nahezu halbkreisförmigen Bereich der Flügel zur unter Druck erfolgenden Beaufschlagung der Flügel in Kontakt mit dem Steuerring (78),

einen zweiten in ümfangsrichtung gekrümmten Druckfluidanschluß (89¹) durch das Gehäuse und zwischen dem anderen Anschlußschlitz (22) in radialer Kommunikation unterhalb sämtlicher Flügel (76) in einem zweiten nahezu halbkreisförmigen Bereich der Flügel zur unter Druck erfolgenden Beaufschlagung der Flügel in Kontakt mit dem Steuerring (78),

wobei der eine Anschlußschlitz über einen ersten gekrümmten Schlitz (90) bei Rotation des Rotors von den Flügeln (76) überstrichen wird und der andere Anschlußschlitz über einen zweiten gekrümmten Schlitz (92) von den Flügeln (76) in diametral entgegengesetzter Lagebeziehung zu dem ersten gekrümmten Schlitz überstrichen wird und wobei der Exzentrizitätsverlauf im wesentlichen entlang einer Achse ist, um die die gekrümmten Schlitze im wesentlichen spiegelbildlich symmetrisch sind.