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Title:
MECHANICAL SYSTEM FOR CONTROLLING THE SPEED OF ELECTRIC LIFTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/023527
Kind Code:
A1
Abstract:
The system of the invention is based on a mechanism comprised of a mechanical brake of the charge actuating as a brake in both rotation directions and automatically, thereby being independent of the magnitude and direction of the resulting torque of cabin-counterweight (charge torque). The mechanism comprises a toothed motor plate (5) which is set in motion by a gear (4) integral with the input shaft (3); said driving plate (5) is mounted by means of a variable trapezoidal threading to the threaded shaft (6) or output shaft on which the charge torque actuates. On said shaft (6) are mounted collaterally to the drive plate (5) two other charge plates (8); two brake discs (10) assisted by a unidirectional mechanism are arranged between the two charge plates (8). As a function of the direction of the charge torque adopted by the output shaft (6), the active brake will be either the left side or the right side, the other remaining inactive.

Inventors:
De Areta, Fernandez Eduardo M. (Calle Aquilino Arriola, 32 1� D, Sopelana-Vizcaya, E-48600, ES)
Application Number:
PCT/ES1997/000281
Publication Date:
June 04, 1998
Filing Date:
November 19, 1997
Export Citation:
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Assignee:
De Areta, Fernandez Eduardo M. (Calle Aquilino Arriola, 32 1� D, Sopelana-Vizcaya, E-48600, ES)
International Classes:
B66B1/02; B66B11/04; F16D55/02; F16D59/00; F16D65/14; (IPC1-7): B66B11/04; F16H35/00
Foreign References:
US4095681A
US4856623A
US3572482A
US5421553A
US4480733A
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Claims:
REIVINDICACIONES
1. SISTEMA MECANICO DE CONTROL DE VELOCIDAD PARA ASCENSORES ELECTRICOS, incluyendo un mecanismo defini do por un freno de carga, capaz de actuar como freno en los dos sentidos de giro, automáticamente, ante cualquier valor de la magnitud y sentido del par resultante cabina contrapeso (para de carga), caracterizado porque dicho me canismo está constituido por un plato motriz (5), dentado, que recibe movimiento a través de un piñón (4) solidario al eje de entrada (3), estando dotado el plato motriz (5) de una rosca trapecial (7) de varias entradas para permitir su desplazamiento axial sobre la porción fileteada del torni lloeje (6) que le atraviesa, que define el eje de salida sobre el que actúa el para de carga y en el que se soporta; habiéndose previsto que en este tornilloeje (6) y colate ralmente al plato motriz (5) existan dos platos de carga (8) enchavetados a dicho eje y con sendos cuellos axiales sobre cuya periferia apoya y centra el plato motriz (5), apoyando mediante casquillos de bronce preferentemente, es tando dispuestos entre el plato motriz (5) y cada uno de dichos platos de carga (8), sendos discos de freno (10) asistidos por un mecanismo unidireccional que les permite girar solo en un sentido, contrario al de uno respecto al del otro y a su vez dependiendo del sentido de roscado del plato motriz (5).
2. SISTEMA MECANICO DE CONTROL DE VELOCIDAD PARA ASCENSORES ELECTRICOS, según reivindicación 1, ca racterizado porque el mecanismo unidireccional está mate rializado por dos ruedas libres (13) de giro unidireccio nal, dentadas y enchavetadas a un eje común fijo (14) en engrane permanente con el dentado periférico de los dis cos de freno (10).
3. SISTEMA MECANICO DE CONTROL DE VELOCIDAD PARA ASCENSORES ELECTRICOS, según reivindicación 1, ca racterizado porque los discos de freno (10) cuentan con forros de freno (12) a uno y otro lado, montados libres y cuyas superficies de fricción llevan practicados canales que permiten la circulación de aceite lubricante.
4. SISTEMA MECANICO DE CONTROL DE VELOCIDAD PARA ASCENSORES ELECTRICOS, según reivindicación 1, ca racterizado además porque contempla una lubricación for zada al incorporar una bomba de aceite impulsada por el eje de entrada (3) que conduce el aceite del carter del mecanismo hasta el extremo del eje de salida (6) por una tubería exterior, recorriéndole axialmente y después pa sando por conductos radiales hasta la zona roscada (7) y por ranuras circunferenciales y radiales practicadas al efecto en los platos (5,8) y discos de freno (10), in corporándose finalmente al carter.
Description:
DESCRIPCIÓN SISTEMA MECÁNICO DE CONTROL DE VELOCIDAD PARA ASCENSORES ELÉCTRICOS.

OBJETO DE LA INVENCION La presente invención, según lo expresa el enunciado de esta memoria descriptiva, está referida a un sistema mecánico de control de velocidad para ascensores eléctricos, aportando notables características relevantes y ventajosas frente a los sistemas convencionales, ya que per- mite controlar la velocidad de la carga con un motor de co- rriente continua. Si el motor es de corriente alterna, en cortocircuito, permite arranques suaves y progresivos, al unirlo mediante un acoplamiento hidrodinámico, lo que deter- mina que puedan abandonarse los motores tradicionales de dos velocidades, y que en buena parte sustituirían a los arran- ques por resistencias y/o componentes electrónicos.

Por otro lado, al abandonar la ejecución convencional de husillo-corona utilizadas en la actuali- dad en los ascensores eléctricos, por la de engranajes cilindricos que la invención propone, se obtiene una me- jora sustancial en el rendimiento de la máquina, con el consiguiente ahorro de potencia del motor.

También se ha de tener en cuenta que tanto el trabajo realizado por el motor, como el propio del par de la carga, se transforman en calor generado en el freno mecánico de carga, ya que al tratarse de una regulación de velocidad por medios mecánicos, toda la energía a di- sipar va a parar al sistema mecánico de control de velo- cidad, debiéndose cuidar la refrigeración del mismo.

El sistema mecánico de control de velocidad, acorde con la invención, aporta las siguientes caracte- rísticas ventajosas : -Sustituye al mecanismo"husillo-corona" utilizado en máquinas de ascensores eléctricos.

-Posee un rendimiento mucho más elevado que el sistema"husillo-corona". Asimismo, es de total irre-

versibilidad.

El motor de tracción siempre trabaja como motor de impulsión (nunca de retención), haciéndose si se desea innecesaria la colocación de un freno eléctrico.

-Ante la ausencia de par motriz, por cual- quier circunstancia, actúa como freno de una manera auto- mática.

-El par de frenado es proporcional a la carga.

-El tiempo de frenado es proporcional al par de la carga y de la velocidad.

-Puede sustituir a los sistemas eléctricos de control de frenado.

-Permite también unirlo a motores en corto- circuito, mediante un acoplamiento hidrodinámico, permi- tiendo arranques suaves y progresivos.

-Permite un control de la velocidad de la carga, con todo tipo de motores.

-El motor nunca devuelve energia a la red, cuando está accionado al sistema mecánico de control de velocidad, contrariamente a lo que sucede en las máquinas tradicionales cuando el motor actúa reteniendo a la carga.

Todas las características enunciadas ante- riormente se siguen cumpliendo con independencia del lu- gar que ocupe el sistema mecánico de control de velocidad dentro de la cadena cinemática, por lo que es aplicable a máquinas de más de una reducción o etapa.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las máquinas de ascensor del tipo husillo- corona, utilizadas en la actualidad en los ascensores eléctricos, no aseguran la irreversibilidad de las mis- mas, en el caso de que el freno eléctrico que incorporan no llegara a actuar.

Este tipo de máquinas podrían considerarse irreversibles, solo en el caso de husillos de una entrada

con ángulos de inclinación menores de 4°, pero aún con todo, esta condición no garantiza la irreversibilidad, puesto que esta no solo depende del ángulo de inclina- ción, sino además del coeficiente de rozamiento entre el husillo y corona, y este a su vez del estado de lubrica- ción de las superficies de contacto.

Por tanto, se puede considerar que la irre- versibilidad de este tipo de mecanismos es aleatoria para un valor dado del ángulo de inclinación. Por supuesto, que si se disminuye el ángulo de inclinación hasta los limites físicos, se reduce el fenómeno aleatorio y puede afirmarse entonces que es irreversible para ese ángulo de inclinación ; pero el problema que se presentaría sería un rendimiento extremadamente bajo, lo que originaría mayor potencia en el motor, así como mayor calor generado.

En consecuencia, en un ascensor eléctrico o máquina convencional de husillo-tuerca, el par resultante provocado por los pesos de la cabina y contrapeso, es contrarrestado por el par de frenado ejercido por el fre- no eléctrico ante la ausencia de energía eléctrica. Es evidente que si el freno fallara mecánicamente, se produ- ciría el deslizamiento de la cabina, en todos los supues- tos donde el sistema"paracaidas" (obligatorio en los as- censores) no fuera apto para intervenir, por cuanto que el mecanismo husillo-corona no es irreversible totalmente como se ha dicho anteriormente.

DESCRIPCION DE LA INVENCION En líneas generales y para solucionar los problemas anteriormente comentados en el apartado ante- rior, la presente invención aporta un sistema mecánico de control de velocidad para ascensores eléctricos, consis- tente en aplicar dentro de la cadena cinemática un freno mecánico de carga, que tenga la capacidad de actuar en cualquiera de los dos sentidos en que se presenta el par resultante cabina-contrapeso, por lo que presentaría irre-

versibilidad total en ambos sentidos de giro.

La propiedad más importante de este mecanismo es que los pares del motor son a favor del par resultante cabina-contrapeso cuando la resultante de la carga des- ciende (contrario a una máquina tradicional), y en contra del par resultante cuando la resultante de la carga as- ciende (idéntico a una máquina tradicional), que unida a la irreversibilidad que presenta, hace que sea un mecanis- mo tan seguro que se podría prescindir del freno eléctri- co, puesto que este mecanismo es intrínsecamente un freno.

Debido a esto es por lo que se consigue un control de la velocidad de la carga, mejorando sustancial- mente el rendimiento de la máquina al emplear engranajes cilindricos. Para máquinas de pequeña y mediana potencia, es suficiente que el freno vaya inmerso en un baño de aceite. Ahora bien, para grandes potencias hay que prever un engrase forzado para disipar mejor el calor, ya que co- mo dijimos anteriormente, al tratarse de una regulación de velocidad por medios mecánicos, toda la energía a disipar va a parar al sistema mecánico de control de velocidad.

Este engrase consiste en dotar al freno mecá- nico de carga de una circulación forzada de aceite median- te una bomba que obtiene su movimiento del propio mecanis- mo.

El mecanismo que se presenta acorde con la invención, está basado en la aplicación del"freno mecáni- co de carga"en máquinas de ascensores eléctricos, siendo capaz de actuar como freno en los dos sentidos de giro, de . tal forma que actúa automáticamente ante cualquier valor de la magnitud y sentido del par resultante cabina- contrapeso (par de carga), siendo estable para cualquier velocidad que se imprima al mecanismo, permitiendo susti- tuir el disco tradicional"husillo-corona"por una trans- misión de engranajes cilindricos"piñón-rueda".

Dicho mecanismo está constituido por un plato

motriz, dentado en su periferia, el cual recibe movimien- to a través de un piñón solidario al eje de entrada que queda debidamente fijado mediante cojinetes a las paredes de la carcasa-cárter donde se incluyen los diferentes elementos móviles que integran el dispositivo.

El plato motriz posee una rosca trapecial de varias entradas, de tal forma que le permite desplazarse axialmente sobre la porción fileteada del tornillo-eje que le atraviesa y en el cual se soporta a través de co- jinetes. Este tornillo-eje define el eje de salida del mecanismo y sobre él actúa el par de carga cabina- contrapeso. A su vez el plato motriz se apoya en dos pla- tos de carga dispuestos a sus costados y enchavetados al eje, apoyo que se establece mediante casquillos de bronce.

Entre cada uno de estos platos de carga y el plato motriz, quedan situados respectivos discos de freno provistos de correspondientes forros de freno dispuestos en posición flotante en ambas caras. Los discos de freno disponen de la libertad de giro por estar montados a tra- vés de rodamientos, pero están impedidos de girar en un sentido al haberse previsto un mecanismo antigiro (rueda libre) para los mismos. El sentido de giro permitido para uno de los discos es contrario al del otro, dependiendo a su vez este sentido de giro del que posee la rosca trape- cial del eje-tornillo de salida en conexión permanente con el roscado del orificio axial del plato motriz.

Los cuatro forros de freno van dispuestos en los platos de carga, plato motriz y discos de freno. El material utilizado para los discos de freno, es bronce o fibras de amianto aglomerado, con lo que se consigue un coeficiente de rozamiento estable dentro de los márgenes de temperatura en los cuales trabaja el mecanismo.

Los forros de freno se montan libres entre los platos correspondientes y solo descansan en su peri- feria interna sobre el disco de freno respectivo. Se

practican canales en ambas superficies de fricción de los forros de freno, de tal manera que permitan la circula- ción de aceite. De esta forma se mantienen lubricadas las superficies de contacto de los platos motriz y de carga.

La circulación de aceite entre platos reduce, además del ruido, el desgaste de los forros de freno y la pérdida de potencia por el calor generado.

En el mecanismo que se describe, se contempla también un sistema de lubricación forzada, caso de que fuera necesario, con el objeto de mantener en todo momento una tem- peratura estable en las superficies de fricción. Consiste en incorporar una bomba de aceite que obtiene el movimiento del eje de entrada. El aceite de circulación se toma del carter del mecanismo y se conduce hasta el extremo del eje de salida a través de tubera, introduciéndolo a lo largo del propio eje hasta dar salida por los laterales de la rosca y de ella misma a través de orificios practicados radialmente en el eje. El aceite continúa su recorrido a través de los platos por las ranuras circunferenciales y radiales practicadas al respecto en los discos de frenado. Una vez que el aceite abandona los platos, se incorpora al carter de la máquina, iniciando de nuevo el ciclo.

Para facilitar la comprensión de las caracte- rísticas de la invención y formando parte integrante de esta memoria descriptiva, se acompañan unas hojas de pla- nos en cuyas figuras, con carácter ilustrativo y no limi- tativo se ha representado lo siguiente : BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Figura 1.-Es una vista seccionada del meca- nismo que materializa el freno mecánico de carga, utili- zado en el sistema mecánico de control de velocidad para ascensores eléctricos, objeto de la invención. Se corres- ponde con una sección por la línea de corte A-B de la fi- gura 2.

Figura 2.-Es una vista en alzado frontal

del mismo mecanismo de la figura 1.

DESCRIPCIÓN DE LA FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDA Haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras, podemos ver referenciada con el número 1 la carcasa que alberga los diferentes elementos que inte- gran el mecanismo definido por el freno mecánico de car- ga, mostrado con la referencia genérica 2.

Su estructura está formada por el eje de en- trada 3 portador del pinson 4 de ataque contra la corona dentada del plato motriz 5 montado en el eje de salida 6, según un acoplamiento roscado materializado por el perfil helicoidal de varias entradas 7, dispuesto en la parte central del eje de salida 6, al que está conectada la rosca interior del plato motriz 5, como se ve claramente en la figura 1.

A uno y otro lado del plato motriz 5 se en- cuentran montados los platos de carga 8 solidarios al tornillo-eje 6 de la salida por estar enchavetados.

Los platos de carga 8 incluyen un cuello axial en el que establece apoyo el extremo respectivo del plato motriz 5, a través de casquillos 9 antifricción.

La referencia 10 designa los discos de freno montados por intermedio de rodamientos 11 entre el plato motriz 5 y el respectivo plato de carga 8, estando dota- dos en ambas caras de los forros de freno 12. estos dis- cos de freno 10 tienen su periferia dentada para realizar un engrane permanente con las ruedas libres 13 que se en- cuentran caladas en el je fijo 14 enchavetado a la carca- sa 1. Como dijimos al principio, las ruedas libres 13 pueden girar únicamente en un sentido, siendo opuesto el de una respecto al de la otra y dependiendo ambos del sentido del roscado del filete helicoidal 7 que relaciona el eje de salida 6 con el plato motriz 5.

La referencia 15 designa los rodamientos de apoyo del eje de salida 6 y la referencia 16 los del eje

de entrada 3.

Con esta disposición, el funcionamiento del mecanismo es el siguiente : Como hemos indicado, sobre el eje de salida 6, o tornillo-eje, actúa el par de carga resultante de los pesos de la cabina y del funcionamiento del sistema mecánico de control de velocidad, con cada uno de los dos únicos sentidos que puede tomar el par de carga.

Suponiendo el sentido de giro indicado con (I) a la izquierda de la figura 1, existen dos modos de funcionamiento dependiendo de que el sentido de giro del par motriz sea contrario o a favor del par de la carga.

En el primer caso, es decir suponiendo que el sentido de giro del par motriz sea contrario al par de la carga, podemos establecer que : el plato motriz 5 se desplaza hacia el ex- tremo derecho del eje de salida 6, por efecto de la rosca 7, al tomar el movimiento de giro del piñón 4 calado en el eje de entrada 3, produciéndose el apriete del plato motriz 5-forros de freno 12-plato de carga 8 (conjunto freno derecho), y actuando todo el conjunto como si se tratara de una pieza única, trasmitiendo el movimiento al eje de salida 6. Durante este proceso la"rueda libre"13 está dispuesta de tal manera que puede girar libremente, permitiendo asimismo que el conjunto de freno también lo haga libremente.

El disco de freno 10 izquierdo quedará blo- queado, impidiéndolo el giro la"rueda libre"13 iz- quierda, que como se ha dicho anteriormente, su li- bertad de giro es de sentido contrario a la"rueda libre"13 derecha. Es evidente que sobre este disco de freno 10 se producirá un deslizamiento sobre sus respectivos platos que acompañarán en su giro al con- junto de freno derecho, al estar unidos solidariamen- te al propio eje de salida 6, pero sin ningún efecto

perjudicial, al carecer de presión el conjunto de freno izquierdo, por lo que el movimiento de todo el conjunto es permitido, sin pérdida de potencia y en consecuencia sin desprendimiento de calor.

Por tanto, en este sentido, el mecanismo funciona como un"todo uno", no actuando el sistema mecá- nico de control de la velocidad como freno, sino como en las máquinas tradicionales.

Suponiendo ahora que el sentido de giro del par motriz es a favor del par de la carga, puede estable- cerse que : el plato motriz 5 se desplaza hacia el extremo izquierdo del eje 6 por efecto de la rosca 7, al tomar su movimiento del pinón 4 del eje de entrada 3, produciéndose el desapriete del conjunto de freno derecho, por lo que ba- ja la presión en los platos, y como consecuencia de que el par de carga queda libre, la velocidad del eje de salida 6 se incremente, lo que hace que el mismo eje se vuelva a en- roscar en el plato motriz 5, volviendo a formarse un con- junto de freno (derecho) incrementando el par de frenado y reteniendo la carga. Este proceso se repite constantemente a lo largo del tiempo, siendo un movimiento sinusoidal de "período muy pequeno" (inapreciable). Se puede decir que la velocidad tanto del plato motriz 5, como del plato de carga 8, son iguales, obedeciendo fielmente el plato de carga 8 las variaciones de velocidad del plato motriz 5.

Cuando el par motriz desaparece, por cual- quier circunstancia, la carga queda frenada automática- mente por el"conjunto de freno derecho".

Durante ese proceso, el disco de freno 10 izquierdo, puede girar libremente al permitírselo la "rueda libre"13 correspondiente.

En conclusión, con un par de carga en el sentido rotacional marcado con"Y", el freno activo es el derecho, mientras que el conjunto del freno izquierdo

permanece inactivo.

Si como resultado de la diferencia de pesos entre la cabina y el contrapeso, el sentido de giro del eje de salida 6 fuera el indicado con"II"a la izquierda de la figura 1, el modo de funcionamiento para el par de la carga supuesto en este sentido, será contrario al an- teriormente descrito, es decir, idéntico pero inverso.

Los elementos mecánicos que entran en juego son los simé- tricos y sus movimientos tamién los contrarios.

En consecuencia, con un par de carga en el sentido"II", el freno activo es el izquierdo, mientras que el conjunto derecho permanece inactivo.