Verfahren und Einrichtung zur Steuerung einer Aufzugsbremse

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung einer Aufzugsbremse mit einem Gehäuse und einem beweglichen Teil, der mittels einer Federkraft mindestens einer Feder und mittels einer elektromagnetischen Kraft mindestens einer Spule auf einem Weg zwischen einer Bremslage und einer Ausgangslage bewegt wird.

Aufzugsbremsen müssen einerseits im Notfall rasch ansprechen und die Aufzugskabine und das Gegengewicht unverzüglich stillsetzen, andererseits müssen die

Aufzugsbremsen möglichst ruhig arbeiten, damit die beim Ansprechen der Aufzugsbremse entstehenden Geräusche in den an den Maschinenraum angrenzenden Räumen nicht störend wirken. Bekannte Aufzugsbremsen weisen mindestens eine eine Bremskraft erzeugende Feder auf, wobei eine elektromagnetische Vorrichtung mit mindestens einer Spule entgegen der Federkraft arbeitet und dabei die Bremse löst. Wenn die Spannung an der Spule abgeschaltet wird, bricht das Magnetfeld zusammen, wobei die Bremsplatte unter Einwirkung der Federkraft bis zum Aufprall mit der zu bremsenden beispielsweise an der Motorwelle angeordneten Gegenplatte beschleunigt wird. Beim gegenseitigen Kontakt der Platten entstehen die oben genannten störenden Aufprallgeräusche. Zur Abhilfe sind Lösungen aus der Praxis bekannt geworden, bei denen Widerstände in den Freilaufpfad der Spule zur Beeinflussung des Feldabbaus eingebaut worden sind. Diese Massnahme hat einen weicheren Aufprall der Platten und dadurch geringere Aufprallgeräusche zur Folge. Nachteilig dabei ist aber, dass die Ansprechzeit der Bremse verlängert wird, was insbesondere bei einem Nothalt aus Sicherheitsgründen nicht akzeptabel ist.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie im Anspruch 1 gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, die Nachteile der bekannten Einrichtung zu vermeiden und eine Bremseinrichtung zu schaffen, mit der die Bremsgeräusche vermindert und die Ansprechzeit der Bremse minimiert werden.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass mechanische Toleranzen, unterschiedliche mechanische Einstellungen der Bremse und die Abnutzung der Bremsbeläge erfasst und beim Bremsvorgang berücksichtigt werden und dadurch eine von der Bremse unabhängige immer gleich bleibende Bremsung der Aufzugskabine und des Gegengewichtes gewährleistet wird. Weiter vorteilhaft ist, dass keine besonderen Massnahmen zur Schallisolation des Maschinenraumes zu ergreifen sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemässe Bremseinrichtung mit einem Potentiometer zur Lageüberwachung einer mittels Feder und Spule betätigbaren Bremseinrichtung,

Fig. 2 einen Schaltkreis zur Steuerung des mittels der Bremseinrichtung ausgeführten Bremsvorganges,

Fig. 3 einen Geschwindigkeitsverlauf einer federbeaufschlagten Bremseinrichtung,

Fig. 4 einen idealen Geschwindigkeitsverlauf einer Bremseinrichtung,

Fig. 5 einen zur Steuerung der Bremseinrichtung notwendigen Kraftverlauf und

Fig. 6 einen von der Spule aufzubringenden Kraftverlauf.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 eine an einem Maschinenrahmen 1.1 angeordnete Scheibenbremse bezeichnet, bei der eine in einem ortsfesten Gehäuse 2 angeordnete Feder 3 mit einer Federkraft auf eine bewegliche Trägerplatte 4 einwirkt und dabei diese in einer Bremslage hält, wobei an der Trägerplatte 4 angeordnete Bremsbeläge 5 gegen eine beispielsweise an einer nicht dargestellten Motorwelle angeordnete Bremsscheibe 6 gepresst werden. Ein mit 7 bezeichneter Luftspalt zwischen Gehäuse 2 und Trägerplatte 4 entspricht dem zurückgelegten Weg der mittels peripheren Führungsbolzen 8 geführten Trägerplatte 4 nachdem eine im Gehäuse 2 angeordnete Spule 9 deaktiviert wurde. Bei aktivierter Spule 9 wirkt die elektromagnetische Kraft der Spule 9 der Federkraft entgegen. Dabei wird die Trägerplatte 4 in die Ausgangslage gebracht, die mittels eines Mikroschalters 10 überwacht wird. Der Luftspalt 7 entspricht dem zurückgelegten Weg der Trägerplatte 4 zwischen der Ausgangslage und der Bremslage. Zur Lageüberwachung der Trägerplatte 4 ist ein am Maschinenrahmen 1.1 angeordnetes als Weggeber dienendes Potentiometer 11 mit einem Schleifer 12 vorgesehen, der mittels der Trägerplatte 4 bewegt wird. Der Ausgangswiderstand des als Weggeber dienenden Potentiometers 11, 12 ändert sich somit linear mit der Bewegung der Trägerplatte 4.

Nicht dargestellt ist die zweite Scheibenbremse, die an der gegenüberliegenden Bremsseite der Bremsscheibe 6 angeordnet ist. Lageüberwachung des beweglichen Teils mit den Bremsbelägen kann beispielsweise auch bei im Aufzugsbau eingesetzten Backenbremsen oder Trommelbremsen angewendet werden.

Fig. 2 zeigt den Schaltkreis zur Steuerung des mittels der Bremseinrichtung ausgeführten Bremsvorganges . Das als Weggeber dienende an der Scheibenbremse 1 angeordnete Potentiometer 11, 12 ist an einer ersten Spannungsquelle 13 angeschlossen. Der mittels Trägerplatte 4 bewegbare Schleifer 12 des Potentiometer 11 greift eine der Schleiferstellung entsprechende Referenzspannung am Potentiometer 11 ab, die an einen Eingangswiderstand 14 gelegt wird. Der Eingangswiderstand 14 ist an den -Eingang eines Differenzverstärkers 15 angeschlossen, dessen Ausgang an einen Analog/Digital-Wandler 16 angeschlossen ist und mittels eines Rückführwiderstandes 17 an den -Eingang angeschlossen ist. Das Verhältnis von Rückführwiderstand 17 zu Eingangswiderstand 14 ist massgeblich für den Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers 15. Der

+Eingang des Differenzverstärkers 15 ist an einem mittels eines Spannungsteilerwiderstandes 18 und eines digitalen Potentiometers 19 gebildeten Spannungsteiler angeschlossen. Das digitale Potentiometer 19 wird von einem Rechner 20 gesteuert und funktioniert vergleichbar mit einem schaltbaren Widerstandsnetzwerk. Der Rechner 20 kann über einen Datenbus 21 den Widerstandswert des digitalen Potentiometers 19 vergrössern oder verkleinern. Die am Spannungsteiler eingestellte und am +Eingang anstehende Spannung dient als Offsetspannung für den

Differenzverstärkers 15. Befindet sich die Trägerplatte 4 beispielsweise in der Bremslage, so ändert der Rechner 20 die Offsetspannung mittels digitalem Potentiometer 19 solange bis am Ausgang des Analog/Digital-Wandlers 16 eine vom Rechner 20 über den Datenbus 21 gemessene minimale

Spannung erscheint. Dieser Einstellvorgang wird automatisch durchgeführt und periodisch wiederholt.

In Fig. 2 wird die Verstärkung des Differenzverstärkers 15 mittels Rückführwiderstand 17 und Eingangswiderstand 14 eingestellt. Nicht dargestellt ist eine Variante zur

automatischen Einstellung der Verstärkung des Differenzverstärkers 15 mittels Rechner 20. Beispielsweise kann anstelle des Rückführwiderstandes 17 ein vom Rechner 20 gesteuertes digitales Potentiometer verwendet werden. Je nach Spannungsdifferenz zwischen Bremslage und Ausgangslage der Trägerplatte 4 am Schleifer 12 des Potentiometers 11 kann der Rechner 20 die Verstärkung des

Differenzverstärkers 15 bei kleinem Luftspalt 7 vergrossern und bei grossem Luftspalt 7 verkleinern. Damit lässt sich die Wegauflösung optimieren.

Eine Schnittstelle 22 verbindet den Rechner 20 mit dem Mikroschalter 10, mit einer nicht dargestellten übergeordneten Aufzugssteuerung und mit einem Leistungsteil 23. Der Mikroschalter 10 erzeugt in der Ausgangslage der Trägerplatte 4 ein Lagesignal MS, aufgrund dessen der Rechner 20 die Spulensteuerung initialisiert und weiter unten beschriebene Optimierungen vornimmt. Die übergeordnete Aufzugssteuerung gibt den Befehl für die Bremslüftung mittels eines Bremssignals BP und den Befehl für einen Nothalt mittels eines Notstopsignals ES. Der Rechner 20 steuert mittels der Schnittstelle 22 den Leistungsteil 23, der aus einem ersten Schalter 24, einem zweiten Schalter 25, einem dritten Schalter 26, einem vierten Schalter 27 und einer zweiten Spannungsquelle 28 besteht. Die Schalter 24, 25, 26, 27, beispielsweise Schalttransistoren, sind zu einer H-Brücke zusammengeschaltet, wobei die Spule 9 den Querzweig des Hs bildet. Von der Schnittstelle 22 erzeugte Zündsignale ZU, ZI2, ZI3 und ZI4 schalten die Schalter 24, 25, 26 und 27 ein und aus.

Sobald ein von der übergeordneten Aufzugssteuerung abgesetztes Bremssignal BP an der Schnittstelle 22 ansteht, wird die Spule 9 mittels eines Schalterpaars 24, 26; 25, 27 an die zweite Spannungsquelle 28 angeschlossen, wobei die elektromagnetische Kraft der Spule 9 der Federkraft der

Feder 3 entgegenwirkt und die Trägerplatte 4 in die Ausgangslage bringt, in der die Trägerplatte 4 den Mikroschalter 10 betätigt. Der betätigte Mikroschalter 10 erzeugt das Lagesignal MS, aufgrund dessen die volle Spulenspannung der Spule 9 auf eine Haltespannung reduziert wird, weil zur Bremslüftung eine etwa 30% höhere Spulenspannung notwendig ist als zum Halten der Trägerplatte 4 in der Ausgangslage.

Sobald das Bremssignal BP deaktiviert wird, wird das

Schalterpaar 24, 26; 25, 27 in Abhängigkeit des weiter unten erläuterten Geschwindigkeit/Lage-Profils mit unterschiedlichen langen Pulsen eingeschaltet und ausgeschaltet. Die Trägerplatte 4 wird dabei nicht wie herkömmlich von der Federkraft der Feder 3 beschleunigt, sondern von einer aus Federkraft der Feder 3 und elektromagnetischer Kraft der Spule 9 resultierenden Kraft von der Ausgangslage in die Bremslage bewegt, wobei sich die Trägerplatte 4 auf ihrem Weg mit höherer Geschwindigkeit und kurz vor dem Aufprall mit einer kleinen Geschwindigkeit bewegt. Bei einem Notstopsignal ES wird mittels der Spule 9 ein die Federkraft der Feder 3 unterstützendes Magnetfeld erzeugt und der Kontakt zwischen den Bremsbelägen 5 und der Bremsscheibe 6 unverzüglich hergestellt.

Wie oben bereits angedeutet, kann sich die Bremseinrichtung selbst kalibrieren und Abweichungen beim Bremsvorgang zufolge Bauteiletoleranzen, Temperatureinflüssen, Abnutzung der Bremsbeläge und Ungenauigkeiten in der Einstellung auskorrigieren. In der Bremslage der Trägerplatte 4 verändert der Rechner 20 periodisch den Widerstandswert des digitalen Potentiometers 19 und somit die Offsetspannung des Differenzverstärkers 15 bis eine minimale Spannung am Ausgang des Analog/Digital-Wandlers erscheint. In der mittels Mikroschalter 10 überwachten Ausgangslage der

Trägerplatte 4 wird der Spannungswert des Analog/Digital- Wandler Ausganges gespeichert und für den Feinabgleich und/oder Verbesserung des Geschwindigkeit/Lage-Profils verwendet, sodass im Vergleich mit dem vorhergehenden Bremseinsatz die Geschwindigkeit der Trägerplatte 4 und somit der Bremsbeläge 5 vor dem Aufprall mit der Bremsscheibe 6 weiter optimiert wird. Bei der Optimierung geht der Rechner 20 vom aufgezeichneten Geschwindigkeit/Lage-Profil des vorhergehenden Bremseinsatzes aus. Beim ersten Bremseinsatz wird die

Trägerplatte 4 lediglich unter Einwirkung der Federkraft der Feder 3 von der Ausgangslage in die Bremslage bewegt und dabei die Bewegung aufgezeichnet .

In einer weiteren Ausführungsvariante kann die Bewegung der Trägerplatte 4 auch von der Bremslage in die Ausgangslage in Abhängigkeit eines Geschwindigkeit/Lage-Profils gesteuert werden, wobei ein langsames Lösen der Bremse ein ruckfreies Anfahren der Aufzugskabine gewährleistet und ein sanftes Einfahren der Trägerplatte 4 in die Ausgangslage den Mikroschalter 10 und das Potentiometer 11, 12 mechanisch weniger beansprucht .

Ein Geschwindigkeit/Lage-Profil der Trägerplatte 4 ohne Einwirkung einer elektromagnetischen Kraft ist in Fig. 3 dargestellt. Die konstante Federkraft der Feder 3 bewegt die Trägerplatte 3 von ihrer Ausgangslage bis zum Aufprall der Bremsbeläge 5 mit der Bremsscheibe 6 mit einer konstanten Beschleunigung. Fig. 3 zeigt unter diesen Voraussetzungen den Geschwindigkeitsverlauf in Abhängigkeit des Weges gemäss folgenden Bewegungsgleichungen:

s(t) = ^-a-t ² [1] v(t) = (2-a-s{t)) ^/ * [2]

wobei s der Weg, a die Beschleunigung, v die Geschwindigkeit und t die Zeit ist.

Wie in Fig. 4 dargestellt steigt bei einem idealen Geschwindigkeit/Lage-Profil die Geschwindigkeit der Trägerplatte 4 nach dem Verlassen der Ausgangslage steil an und fällt vor dem Aufprall auf eine kleine Geschwindigkeit ab und kann beispielsweise mit einer Polynomfunktion wie mit Gleichung [3] gezeigt angenähert werden. In Fig. 4 ist mit d der zurückgelegte Weg der Trägerplatte 4 bezeichnet. Der total zurückgelegte Weg d entspricht dem Luftspalt 7 der Fig. 1.

^v ideal < ^s > = - s ³ + 4 ^• s ² [3]

Der Rechner 20 braucht demzufolge lediglich diese einfache Geschwindigkeitsreferenz zu generieren und damit die

Zündsignale ZU, ZI2, ZI3 und ZI4 zu steuern. Falls die Ist-Geschwindigkeit der Trägerplatte 4 unter die Referenzgeschwindigkeit fällt, wird der Leistungsteil 23 positiv ausgesteuert, sodass die magnetische Kraft der Spule 5 die Federkraft der Feder 3 unterstützt. Falls die

Ist-Geschwindigkeit die Referenzgeschwindigkeit übersteigt, wird der Leistungsteil 23 negativ ausgesteuert, sodass die magnetische Kraft der Spule 5 der Federkraft der Feder 3 entgegenwirkt .

Fig. 5 und Fig. 6 zeigen ein Kraft/Weg-Profil zur Einhaltung des mit der Gleichung [3] beschriebenen Geschwindigkeitsverlaufs der Trägerplatte 4. In Fig. 5 ist mit d der zurückgelegte Weg der Trägerplatte 4 bezeichnet . Der total zurückgelegte Weg d entspricht dem Luftspalt 7 der Fig. 1. Der Kraftverlauf kann durch Ableiten der Gleichung [3] angenähert werden:

F(s) = d/ds(- s ³ + 4-s ² ) [4] F(s) = - 3 -s ² + 8-s [5]

Die notwendige Kraft setzt sich aus der konstanten Federkraft der Feder 3 und der magnetischen Kraft der Spule 9 zusammen. Die magnetische Kraft der Spule 9 kann aus diesem Zusammenhang nach der Gleichung

^F magnet ^(Ξ) = ^F feder " ^F < ^s) [6]

berechnet werden und wie in Fig. 6 mit unterbrochener Linie dargestellt abschnittsweise lineariεiert werden. In Fig. 6 ist mit d der zurückgelegte Weg der Trägerplatte 4 bezeichnet . Der total zurückgelegte Weg d entspricht dem Luftspalt 7 der Fig. 1.