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Die
Erfindung betrifft eine Bremseinrichtung zum Abbremsen eines Rotors
einer Windenergieanlage gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Eine
derartige Bremseinrichtung ist beispielsweise aus der
EP 1 389 686 A1 bekannt.
Diese Druckschrift offenbart eine Bremseinrichtung, bei der eine
Rotorwelle mittels zweier Bremszylinder abgebremst werden kann.
Diese Bremszylinder sind jeweils mit einem Federspeicher ausgeführt, der
im Fall einer aktiven Bremse in Richtung Lüften der Bremse wirkt, während er
bei einer passiven Bremse in Bremseingriffrichtung auf einen Kolben
des Bremszylinders wirkt. Entsprechend wird bei der aktiven Bremse der
Bremsdruck durch Druckbeaufschlagung des Bremszylinders gesteuert,
während
bei der passiven Bremse der Bremseingriff durch Druckbeaufschlagung
des Bremszylinders somit entgegen der Kraft des Federspeichers gelöst wird.
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Die
Einstellung des Bremsdrucks erfolgt bei der bekannten Lösung über ein
proportional verstellbares Druckbegrenzungsventil und ein 2/2-Wegesitzventil. Über letzteres
wird die Verbindung der Bremszylinder mit einer Druckmittelquelle,
im vorliegenden Fall einer Pumpe auf- bzw. zugesteuert, während das stetig verstellbare
Druckbegrenzungsventil den Druckmittelablauf vom Hydrozylinder zum
Tank T steuert. Über
das 2/2-Wegesitzventil ist durch Verbindung mit der Druckmittelquelle
(Pumpe) dem Bremszylinder Druckmittel zuführbar und damit der Bremsdruck
bis auf den am Druckbegrenzungsventil eingestellten Wert erhöhbar. Durch
Verringerung des Einstellwertes des Druckbegrenzungsventils kann
der Bremsdruck verringert werden.
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Eine
derartige Bremseinrichtung ist vergleichsweise komplex ausgeführt, da
zum einen die Bremszylinder mit einem Federspeicher ausgeführt werden
müssen
und zum anderen die Bremsventilanordnung mit einem stetig verstellbaren
Druckbegrenzungsventil und einem 2/2-Wegesitzventil aufwändig ist.
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Dem
gegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine aktive Bremseinrichtung
zu schaffen, bei der der vorrichtungstechnische Aufwand gegenüber der
vorbeschriebenen Lösung
verringert ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Bremseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist die
Bremsventilanordnung mit einem 3/2-Wegesitzventil ausgebildet, über das
in einer Schaltstellung Druckmittel von einer Druckmittelquelle
zu zumindest einem Bremszylinder der Bremseinrichtung geführt wird,
während
in der anderen Schaltstellung, die vorzugsweise der Grundstellung
des Wegesitzventils entspricht, der Bremszylinder mit einem Tank
verbunden ist, so dass Druckmittel vom Bremszylinder zum Tank hin
abströmen
kann. Dabei sind die jeweils abgesperrten Anschlüsse durch das Wegesitzventil
leckagefrei abgesperrt.
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Ein
derartiges Wegesitzventil hat gegenüber der aus der
EP 1 289 686 A1 bekannten
aktiven Bremse den Vorteil, dass der Druck im Hydrozylinder im wesentlichen
vollständig
abgebaut werden kann, so dass auf die Verwendung eines den Bremszylinder
in Richtung Bremse lüften
beaufschlagenden Federspeichers verzichtet werden kann und der Bremszylinder
und auch die Bremsventilanordnung wesentlich einfacher als beim
eingangs beschriebenen Stand der Technik aufgebaut sind. Die Bremseinrichtung
ist als aktive Bremse ausgeführt,
wobei zur Rückstellung
des Bremszylinders keine Federkraft erforderlich ist. Diese Rückstellung
kann beispielsweise alleine schon durch einen leichten Schlag einer Bremsscheibe
der Bremseinrichtung bewirkt werden, der ausreicht, um den oder
die Kolben des Bremszylinders auf Abstand zur Bremsscheibe zu bringen.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird das 3/2-Wegesitzventil elektrisch bestätigt, wobei die Steuersignale
beispielsweise von der Steuerung der Windenergieanlage in Abhängigkeit
von beispielsweise der Drehzahl des Rotors, dem Bremsdruck an den
Bremszylindern und von anderen wesentlichen Parametern erzeugt werden.
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Es
wird bevorzugt, dass das Wegesitzventil in seiner federvorgespannten
Grundstellung die Verbindung von einer Druckmittelquelle, beispielsweise einer
Hydropumpe und/oder einem Hydrospeicher zu einem Druckraum des Hydrozylinders
des Bremszylinders absperrt.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
in Druckaufbaurichtung gesehen stromabwärts des Wegesitzventils ein
stetig verstellbares Druckbegrenzungsventil angeordnet, über das
eine mit dem Druckraum verbundene Bremsleitung mit einer Ablaufleitung
verbunden ist. Dieses Druckbegrenzungsventil wird vorzugsweise mit
einer fallenden Kennlinie ausgeführt
und ermöglicht
es, den Bremsdruck proportional herunter zu regeln.
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Stromabwärts des
Wegesitzventils kann eine verstellbare Drossel vorgesehen sein,
die beispielsweise zur Wartung vollständig geschlossen ist, so dass
das Wege sitzventil dann wirkungslos ist. Der Maximaldruck des Systems,
insbesondere stromabwärts
der Drossel wird über
ein Maximaldruckbegrenzungsventil eingestellt.
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Zu
Wartungszwecken kann der über
das Drosselventil abgesperrte hydraulische Wartungskreislauf mittels
einer Handpumpe mit Druckmittel versorgt werden. Das Maximalbegrenzungsventil
sichert dann bei einer Wartung auch diesen kleineren Wartungskreislauf
ab.
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Im
Bereich zwischen dieser Drossel und dem Bremszylinder ist bei einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ein Ausgleichsspeicher vorgesehen, über den Leckagen des Bremszylinders
ausgeglichen werden können.
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Bei
der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung
kann des Weiteren zwischen der Pumpe und dem Wegesitzventil zur
Begrenzung des maximalen Druckmittelstroms ein Stromregelventil
angeordnet werden.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand einer schematischen Zeichnung erläutert, die einen Hydraulik-Schaltplan
einer erfindungsgemäßen Bremseinrichtung
einer Windenergieanlage zeigt.
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Die
erfindungsgemäße Bremseinrichtung 1 dient
zum Abbremsen einer Rotorwelle 2 eines nicht dargestellten
Rotors einer Windenergieanlage. Dieses Abbremsen soll möglichst
sanft erfolgen, um eine Beschädigung
der Wälzlager
und der Verzahnung eines Getriebes der Windenergieanlage zu vermeiden. Die
Rotorwelle 2 ist über
das Getriebe mit einem Generator gekoppelt, über den Strom in ein Stromnetz eingespeist
werden kann. Die Bremseinrich tung 1 besteht im Wesentlichen
aus einer hydraulisch betätigten
Bremsanordnung 4, die über
einen Bremsblock 6 betätigbar
ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Bremsanordnung 4 als aktive Bremse mit zumindest
vier Bremszylindern 8, 10; 12, 14 ausgeführt, von
denen die Bremszylinder 8, 10; und 12, 14 jeweils
ein Bremskaliper bilden. Jeder der Bremszylinder 8, 10; 12, 14 hat
einen Kolben 16, der einen Druckraum 18 begrenzt.
Dieser Kolben wirkt als Bremskolben der bei nicht betätigter Bremse – wie dargestellt – im Abstand
zu einer Bremsscheibe 22 des Rotors 2 steht. Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die vier Bremszylinder 8, 10, 12, 14 fest an
einem Gestell der Windkraftanlage befestigt, während die Bremsscheibe 22 drehfest
mit der Rotorwelle 2 verbunden ist.
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Die
vier Druckräume 18 der
Bremszylinder 8, 10, 12, 14 sind über eine
Bremsleitung 24 mit einem Arbeitsanschluss A des Bremsblocks 6 verbunden. Dieser
hat des Weiteren einen Druckanschluss P, einen Tankanschluss T,
einen Meßsignalanschluss
Ps sowie zwei Speicheranschlüsse
P1, P2.
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Der
Druckanschluss P des Bremsblock 6 ist über eine Pumpenleitung 26 und
ein darin angeordnetes Rückschlagventil 28,
das in Druckaufbaurichtung öffnet,
mit einer Pumpe 30 der Windenergieanlage verbunden. Diese
saugt aus einem Tank T Druckmittel an, an den auch der Tankanschluss
T angeschlossen ist.
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An
die beiden Speicheranschlüsse
P1 und P2 sind ein Ausgleichsspeicher 32 und ein Hydrospeicher 34 angeschlossen.
Der Bremsdruck kann über
einen Drucksensor 36 erfasst werden, der an den Meßanschluss
Ps angeschlossen ist.
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Der
Druckanschluss P ist innerhalb des Bremsblocks 6 über einen
Pumpenkanal 38 mit einem Eingangsanschluss P eines 3/2-Wegesitzventils 40 verbunden.
Vom Arbeitsanschluss A des Bremsblocks 6 bis zum Arbeitsanschluss
B des Wegesitzventils 40 erstreckt sich ein Bremskanal 42.
Ein Tankanschluss T des Wegesitzventils 40 ist über einen Tankkanal 44 mit
dem Tankanschluss T verbunden. Das Wegesitzventil 40 ist über eine
Feder in seine dargestellte Grundposition (a) vorgespannt in der
die Verbindung zwischen dem Bremskanal 42 und dem Pumpenkanal 38 leckagefrei
abgesperrt ist und der Bremskanal 42 mit dem Tankkanal 44 verbunden
ist. Der Kolben des Wegesitzventils 40 läßt sich
mittels eines Schaltmagneten 46 in seine Schaltposition
(b) umschalten, in der die Verbindung zum Tankkanal 44 abgesperrt
und die Verbindung zwischen Bremskanal 42 und Pumpenkanal 38 geöffnet ist.
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In
Druckaufbaurichtung gesehen stromabwärts des Wegesitzventils 40 ist
ein proportional verstellbares Druckbegrenzungsventil 48 vorgesehen, über das
der Bremskanal 42 mit dem Tankkanal 44 verbindbar
ist. Dieses Druckbegrenzungsventil 48 ist durch einen Proportionalelektromagneten
verstellbar und mit einer fallenden Kennlinie ausgeführt, so
dass durch entsprechende Ansteuerung dieses Druckbegrenzungsventils 48 der
Bremsdruck im Bremskanal 42 vorgegeben werden kann und
bei Ausfall des Elektromagneten der Maximaldruck eingestellt ist.
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Stromabwärts der
Abzweigung zum Druckbegrenzungsventil 48 ist eine verstellbare
Drossel 50 vorgesehen. Diese wird beispielsweise bei der
Wartung der Bremseinrichtung vollständig geschlossen, so dass die
Druckmittelverbindung zwischen der Bremsanordnung 4 und
Pumpe 30 unabhängig
von der Position des Wegesitzventils 40 unterbrochen ist.
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Stromabwärts dieser
Drossel 50 ist ein Maximaldruckbegrenzungsventil 52 angeordnet, über das auch
bei der Wartung der durch die Drossel 50 abgesperrte kleinere
Wartungskreislauf abgesichert ist. Dieses Maximaldruckbegrenzungsventil 52 ist
parallel zum Druckbegrenzungsventil 48 geschaltet und öffnet bei Überschreiten
des eingestellten maximalen Systemdrucks die Verbindung zwischen
dem Bremskanal 42 und dem Tankkanal 44.
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Um
bei einer Wartung des Systems einen Druck aufbauen zu können, ist
des Weiteren noch eine Handpumpe 54 vorgesehen, über die
Druckmittel in den oben genannten Wartungskreislauf einspeisbar
ist, so dass der Druckmittelaufbau unabhängig von der Funktion der Pumpe 30 erfolgen
kann.
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Der
Handpumpe 54 sind zwei Rückschlagventile 56, 58 zugeordnet,
die ein Nachsaugen von Druckmittel aus dem Tankkanal 44 (Rückschlagventil 56)
und ein Abströmen
von Druckmittel von der Handpumpe 54 in den Wartungskreis
(Rückschlagventil 58)
ermöglichen
und eine Druckmittelrückströmung zur
Pumpe 54 hin binden (Rückschlagventil 58).
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Der
Druck im Bremskanal 52 wird über eine Steuerleitung 60 abgegriffen
und zum Drucksensor 36 gemeldet.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
zwischen der Pumpe 30 und dem Wegesitzventil 40 des
Weiteren noch ein Blendenventil 62 angeordnet, das die
Druckmittelströmung
zum Wegesitzventil 40 begrenzt. Eine eventuell geförderte Übermenge kann über das
Druckbegrenzungsventil 63 direkt zum Tank zurückströmen.
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Zwischen
diesem Blendenventil 62 und dem Wegesitzventil 40 zweigt
ein mit dem Hydrospeicher 34 verbundener Speicherkanal 64 ab.
Dieser Hydrospeicher 34 wird über die Pumpe 30 aufgeladen
und hat ein derartiges Volumen, dass der Bremsdruck unabhängig von
der Förderung
der Pumpe 30 sehr schnell aufgebaut werden kann.
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Der
Ausgleichsspeicher 32 ist über einen Kanal 66 stromabwärts der
Drossel 50 an den Bremskanal 42 angeschlossen
und dient dazu, eventuelle Leckagen der Bremsanordnung 4 auszugleichen,
damit der Bremsdruck selbst bei einer Leckage der Bremsanordnung 4 während längerer Zeit
aufrechterhalten werden kann.
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In
der federvorgespannten Grundposition (a) des Wegesitzventils 40 sind
die Druckräume 18 druckentlastet,
die Kolben 16 stehen – wie
dargestellt – im
Abstand zur Bremsscheibe 22.
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Überschreitet
die Rotordrehzahl ein vorbestimmtes Niveau, so wird von der Steuerung
der Windenergieanlage ein Steuersignal abgegeben, um die Bremseinrichtung
1 zu
betätigen.
Dazu wird das Wegesitzventil
40 elektrisch in seine Schaltposition (b)
umgeschaltet und über
die Pumpe
30 Druckmittel in die Druckräume
18 gefördert, so
dass die Kolben
16 in Richtung Bremseingriff bewegt werden
und in Anlage an die Bremsscheibe
22 gelangen. Dabei ist die
Drossel
50 geöffnet.
Die Handpumpe
54 ist durch das Rückschlagventil
58 vom
Bremskanal
52 abgekoppelt. Der Bremsdruck wird über geeignete
Ansteuerung des Druckbegrenzungsventils
48 eingestellt.
Einzelheiten zu einer vorteilhaften Ansteuerung sind in der nachveröffentlichten
Patentanmeldung
DE 103 20 580 der
Anmelderin erläutert,
so dass hinsichtlich diesbezüglicher
Ausführungen
auf diese Druckschrift verwiesen wird.
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Zum
Lüften
der Bremse wird entweder das Druckbegrenzungsventil 48 aufgesteuert
und/oder der Schaltmagnet 46 des Wegesitzventils 40 stromlos
geschaltet, so dass dessen Kolben in die mit (a) gekennzeichnete
Grundposition zurückgeschoben wird,
das Druckmittel kann dann von den Druckräumen 18 über die
Bremsleitung 24, den Bremskanal 42 und den Tankkanal 44 zum
Tank T hin abströmen. Dabei
kann der Druck im Bremskanal 42 und somit der Druck in
den Druckräumen 18 vollständig auf den,
Tankdruck abgebaut werden, so dass die Kolben 16 druckentlastet
sind und der Bremseingriff gelöst
ist. Da sich die Kolben 16 praktisch frei verschieben lassen,
reicht beispielsweise schon ein geringer Schlag der Bremsscheibe 22 aus,
um diese auf Abstand zur Bremsscheibe 22 zu bringen.
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Offenbart
ist eine Bremseinrichtung für
eine Windenergieanlage. Die Bremseinrichtung hat zumindest einen
hydraulisch betätigten
Bremszylinder dessen einen Druckraum begrenzender Kolben über eine
Bremsventilanordung zum Bremsen mit Druck beaufschlagbar ist. Erfindungsgemäß hat die
Bremsventilanordnung ein 3/2-Wegesitzventil, über das der Druckraum zum Bremsen
mit einer Druckmittelquelle und zum Lüften der Bremse mit einer Druckmittelsenke
verbunden ist. Das Wegesitzventil ermöglicht bei minimalem vorrichtungstechnischen
Aufweind eine leckagefreie Absperrung der Bremszylinder, wobei es
nicht erforderlich ist, diese mit einem Federspeicher auszuführen, über den
der Kolben wieder in seine Bremslüftungsposition zurückgefahren
wird.
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- 1
- Bremseinrichtung
- 2
- Rotorwelle
- 4
- Bremsanordnung
- 6
- Bremsblock
- 8
- Bremszylinder
- 10
- Bremszylinder
- 12
- Bremszylinder
- 14
- Bremszylinder
- 16
- Kolben
- 18
- Druckraum
- 22
- Bremsscheibe
- 24
- Bremsleitung
- 26
- Pumpenleitung
- 28
- Rückschlagventil
- 30
- Pumpe
- 32
- Ausgleichsspeicher
- 34
- Hydrospeicher
- 36
- Drucksensor
- 38
- Pumpenkanal
- 40
- Wegesitzventil
- 42
- Bremskanal
- 44
- Tankkanal
- 46
- Schaltmagnet
- 48
- Druckbegrenzungsventil
- 50
- Drossel
- 52
- Gesamtdruckbegrenzungsventil
- 54
- Handpumpe
- 56
- Rückschlagventil
- 58
- Rückschlagventil
- 60
- Steuerleitung
- 62
- Blendenventil
- 63
- Druckbegrenzungsventil
- 64
- Speicherkanal
- 66
- Kanal