DE102007041411B3

DE102007041411B3 - Hydraulische, verzögerungsgeregelte Scheibenbremseinheit

Info

Publication number: DE102007041411B3
Application number: DE200710041411
Authority: DE
Inventors: Walter Schröder
Original assignee: SIEMAG M TEC SUP 2 SUP GmbH; SIEMAG M-TEC2 GmbH
Current assignee: Siemag Tecberg GmbH
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2027-09-01

Abstract

Bei einer hydraulischen, verzögerungsgeregelten Scheibenbremseinheit (12), insbesondere Bremse einer Fördermaschine im Bergbau, die an eine übergeordnete Maschinensteuerungs- und Auswerteeinheit (9) angeschlossen ist und die bei eingehenden Not- bzw. Störfallsignalen eine automatische Bremsung einleitet, wobei die Scheibenbremseinheit (12) aus mehreren paarweise einander gegenüber liegend angeordneten, die Bremsscheibe (7) zangenartig zwischen sich einschließenden Bremselementen (13a, 13b) besteht, die jeweils einen unter Federkraft (14) an die Bremsscheibe (7) andrückbaren Bremsbelag (15a, 15b) und einen der Federkraft entgegenwirkenden, mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagten Druckraum (16a, 16b) aufweisen, die über zwischengeschaltete Wegeventile und Regelventile an eine durch Pumpendruck beaufschlagte Hydraulikversorgung (17) angeschlossen sind, sind den Bremselementen (13a, 13b) zwei in jeweils einer von parallel zueinander verlaufenden Hydraulikleitungen (22, 23) vorgesehene Regelventile (22a, 22b; 23a, 23b) zugeordnet und in einer die beiden Hydraulikleitungen (22, 23) verbindenden Anschlussleitung (25) ist ein Wegeventil (26) angeordnet, wobei eine erste SPS-Ansteuerung (SPS 1) und eine zweite SPS-Ansteuerung (SPS 2) die in der einen und in der anderen Hydraulikleitung (22, 23) zueinander diagonal liegenden Regelventile (22a, 23b bzw. 23a, 22b) ansteuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische, verzögerungsgeregelte Scheibenbremseinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Bremsen finden in der Industrie vielfältige Anwendung, z. B. an Laufkränen, Aufzugswinden, Transporteinrichtungen oder Förderern. Die Scheibenbremsen mit ihren paarweise zu beiden Seiten der abzubremsenden Scheibe vorgesehenen Bremselementen wirken im Not- und Störfall als Sicherheitsbremsen. Im Normalbetrieb hält die Steuereinheit den Bremsbelag durch das vom Druckraum her anstehende Hydraulikflüssigkeits-Volumen auf Abstand von der zu bremsenden Scheibe. Hingegen fließt im Not- bzw. Störfall die Hydraulikflüssigkeit aus den Druckräumen ab, so daß die anstehende Federkraft (beispielsweise ein Elastomer oder Druckfedern) die Bremsbeläge beaufschlagt und gegen die Scheibe presst.
Beim Einsatz dieser Scheibenbremseinheiten an Fördermaschinen im Bergbau, wo die Sicherheitsbremsung beispielsweise auch einsetzen muß, wenn ein Stromausfall vorliegt oder ein Schachttor auf ist, was durch Überwachungselemente erfaßt und an die Maschinensteuerungs- und Auswerteeinheit gemeldet wird, kommt außerdem hinzu, daß sich die Bremsbeläge nicht schlagartig auflegen sollen. Bei einer Koepe-Fördermaschine würde eine zu schlagartige, feste Bremsung dazu führen, daß die Seile durchrutschen, zum Teil mehrere hundert Meter.
Durch die DE 87 01 536 U1 ist für eine Koepe-Fördermaschine deshalb eine verzögerungsgeregelte Scheibenbremseinheit mit elektro-hydraulischer Bremssteuerung bekannt geworden. Zur Erzeugung einer veränderlichen Bremskraft ist zum Anlegen der Bremsbacken an die Bremsscheibe ein Druck-Proportional-Ventil vorgesehen, das kurzzeitig um einen bestimmten Betrag und mit einer einstellbaren Zeit geöffnet werden kann. Mit einer elektrischen Regelung wird anschließend ein lagegeregeltes Wege-Proportional-Ventil angesteuert. Die Bremseinheiten sind hierbei mit einem Druckmitteltank verbunden, wenn die Verzögerung unter einem Sollwert liegt. Entspricht die Verzögerung dem Sollwert, wird das Wege-Proportional-Ventil gesperrt, während die Bremseinheiten über das Wege-Proportional-Ventil mit einem Druckspeicher verbunden sind, sobald die Verzögerung den Sollwert übersteigt.
Bei den außerdem bekannten Trommelmaschinen kommt es zwar nicht zu einem Durchrutschen von Seilen, jedoch verändert sich ohne vorhandenen Lastausgleich durch Unterseite die Überlast bei größeren Teufen oftmals so erheblich, daß dort ebenfalls eine veränderliche Sicherheitsbremskraft verfügbar sein muß, um bei jeder Überlast und Fahrtrichtung erträgliche bzw. zulässige Verzögerungswerte zu erhalten. Deshalb und auch, um durch das Einfallen der Sicherheitsbremse angeregte Seilschwingungen zu vermeiden, ist es aus der gattungsbildenden DE 32 04 695 C2 für eine Sicherheitsbremsung von insbesondere Trommelfördermaschinen mit hydraulisch betätigter Auslassbremse und einem hydraulischen Versorgungssystem bekannt, den Ruck sowohl am Anfang des Bremsweges als auch am Ende des Bremsweges zu begrenzen. Hierzu wird im Sicherheitsbremsfall eine Steuerspule über einen Schalter an einem elektronischen Bremsdruckregler angeschlossen und anstelle der Pumpe des Hydrauliksystems ein im Fahrbremsbetrieb auf den vollen Betriebsdruck aufgeladener Druckspeicher über ein elektromagnetisches Ventil und ein von einem Druckregelventil hydraulisch gesteuertes Druckreduzierventil mit dem hydraulischen System verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Scheibenbremseneinheit zu schaffen, die eine höhere Betriebssicherheit und dabei dennoch ein einfacheres hydraulisches Steuerschema mit einer geringeren Anzahl von Ventilen ermöglicht, um durch variable Bremskräfte eine konstante Verzögerung in jeder Betriebssituation zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Scheibenbremseinheit gemäß Anspruch 1 gelöst. Bei dieser somit elektrisch-hydraulischen Sicherheitsbremsung übernimmt die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) hierbei die für die verzögerungsgeregelte Bremsung erforderlichen Funktionen, so daß sich ein sehr einfaches hydraulisches Steuerschema ergibt. Die SPS'en enthalten integriert eine Rampe des vorgegebenen Geschwindigkeitsabfalls, also der Verzögerung, der mit dem aktuellen Geschwindigkeitsabfall, gemessen über Tacho, verglichen wird.
Das erfindungsgemäße elektrisch-hydraulische Sicherheits-Bremssystem ist durch die doppelte Anordnung der hydraulischen Elemente redundant und schließt mit seiner Funktion sämtliche Einfachfehler aus.
Das Wegeventil ist normalerweise geschlossen. Sollte es aber fehlerhaft geöffnet sein, z. B. durch mechanisches Versagen, bleibt die Funktion erhalten, da bei der geforderten Einfachfehlerbetrachtung kein anderer Fehler auftreten kann.
Sollte eines der vier Regelventile, z. B. durch mechanisches Versagen, fehlerhaft offen oder zu bleiben oder eine SPS versagen, indem sie die beiden von ihr angesteuerten, diagonal angeordnetem Regelventile öffnet, bleibt die Funktion der Bremsensteuerung erhalten.
Wenn jedoch eine SPS versagt, indem sie die Regelventile schließt, versagt auch die Bremsensteuerung, da alle Tankleitungen für eine nötige Druckreduzierung verschlossen bleiben. In diesem Fall wird erfindungsgemäß das Wegeventil geöffnet und die Funktion ist wieder hergestellt.
In dem Fall, daß eine SPS einen zu hohen Druck erzeugen will bzw. ihre Regelventile komplett schließt, wird vorzugsweise mit einer dritten SPS (Master) entschieden, daß das Wegeventil geöffnet wird.
Damit sich die Regelungen der beiden SPS'en nicht gegenseitig stören, wird vorzugsweise eine SPS auf einen niedrigeren Druckwert eingestellt.
Ein vorteilhafter Vorschlag der Erfindung sieht vor, daß die Druckräume der Bremselemente von Ventilen geregelt mit Druckspeichern verbindbar sind, deren Druck höher als der Systemdruck ist. Dies ermöglicht ein schnelles Lüften der Scheibenbremseinheit aus den vom Systemdruck unabhängigen Druckspeichern heraus, wozu lediglich die Regelventile aufgesteuert werden müssen, bis der erforderliche Luftdruck erreicht ist. Es lässt sich hierdurch das Tankvolumen deutlich verringern, wie auch keine leistungsstarken Lüftungspumpensätze mehr vorgesehen werden müssen, denn das nötige Volumen der Hydraulikflüssigkeit kommt aus den Druckspeichern. In diesen lässt sich die für das Lüften erforderliche Flüssigkeitsmenge durch nunmehr kleine Pumpen laden, die nur noch eine geringe Leistung erfordern.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Regelventile als Proportionalregelventile ausgebildet sind, so daß sie stufenlos öffnen und schließen können.
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in den sehr schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels beim Einsatz der Erfindung an einer Fördermaschine im Bergbau. Es zeigen:
1 in der Seitenansicht eine Förderanlage und Prinzipdarstellung der Steuereinrichtungen; und
2 eine Schemadarstellung eines Hydrauliksystems einer verzögerungsgeregelten Scheibenbremseinheit für eine Fördermaschine mit erfindungsgemäß diagonaler SPS-Ansteuerung von Regelventilen unter Einschluss eines mittleren Wegeventils.
Von einer Förderanlage 1 sind in 1 ein in beiden Drehrichtungen antreibbarer Seilträger 2 und mindestens ein darin laufendes Seil 3, 4 dargestellt, in dessen beiden Strängen jeweils mindestens ein Lastaufnahmeelement 5, 6 angeordnet ist. Das untere Seilteil 4 dient bei Köpemaschinen zum Ausgleich des Seilgewichtes oberhalb der beiden Lastenaufnahmeelemente 5, 6. An mindestens einer Seite des in Lagerböcken gelagerten Seilträgers 2 ist eine Bremsscheibe 7 drehfest angeschlossen.
Über die Tiefe der Förderanlage 1 verteilt sind mehrere Überwachungselemente 8 vorgesehen, z. B. Positions- und Seilgeschwindigkeitsmessmittel, deren Messwerte in eine zentrale Maschinensteuerungs- und Auswerteeinheit 9 eingehen. Diese ist an eine elektrische Bremsensteuerung 10 angeschlossen, von der Ablaufsteuersignale in eine hydraulische Bremsensteuerung 11 gehen, über die eine Scheibenbremseinheit 12 verzögerungsgeregelt betätigbar ist.
Die auf die Bremsscheibe 7 wirkende Scheibenbremseinheit 12 ist in 2 schematisch zu entnehmen. Sie besteht aus paarweise einander gegenüber liegenden, die Bremsscheibe 7 zangenartig zwischen sich einschließenden Bremselementen 13a, 13b, die jeweils einen unter Federkraft, im Ausführungsbeispiel ausgebildet als Tellerfeder 14, an die Bremsscheibe andrückbaren Bremsbelag 15a, 15b und einen der Federkraft entgegenwirkenden, mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagten Druckraum 16a, 16b aufweisen. Im Normalbetrieb herrscht in den Druckräumen 16a, 16b ein die Kraft der Tellerfedern 14 übersteigender Druck, so daß die Bremsbeläge 15a, 15b gelüftet, somit von der Bremsscheibe 7 abgehoben sind.
Die Scheibenbremseinheit 12 wird über ein in 2 schematisch dargestelltes Hydrauliksystem 17 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt. Es umfaßt mehrere in einen an Pumpen 28a, 28b angeschlossenen Tank 18 mündende Leitungen, die einheitlich zu der Scheibenbremseinheit 12 führen, mit darin angeordneten Druckbegrenzungsventilen 19, Fahrbremsventilen 20 und Rückschlagventilen 21.
In zwei parallel zueinander verlaufenden Strängen bzw. Hydraulikleitungen 22, 23 sind im Abstand aufeinander folgend jeweils zwei Regelventile 22a, 22b bzw. 23a, 23b angeordnet. In einer die beiden Hydraulikleitungen 22, 23 verbindenden Anschlussleitung 25 befindet sich ein Wegeventil 26. Wie durch die sich kreuzenden Linien SPS 1 und SPS 2 angedeutet, werden die in der einen und der anderen Hydraulikleitung 22 bzw. 23 zueinander diagonal liegenden Regelventile 22a, 23b bzw. 23a, 22b von der ersten SPS und der zweiten SPS unter Einbeziehung des mittleren Wegeventils 26 angesteuert. Diese diagonale Ansteuerung stellt für die Not- und Störfallbremsung sicher, daß die Hydraulikflüssigkeit aus den Druckräumen 16a, 16b der Scheibenbremseinheit 12 – bei dann auf Durchfluss geschalteten Regelventilen 22a, 23b bzw. 23a, 22b – entweder über den einen oder den anderen Weg und das ebenfalls auf Durchfluss geschaltete, mittlere Wegeventil 26 in den Tank 18 abströmen kann. Sollten die Ansteuerungen SPS 1 und SPS 2 beispielsweise zu weit voneinander abweichen, wird das mittlere Wegeventil 26 davon abhängig entweder auf zu oder auf gestellt. In jedem Fall können jedoch die Tellerfedern 14 mit ihrer dann gegenüber dem Volumen der Druckräume 16a, 16b größeren Kraft die Bremsbeläge 15, 15b zur Sicherheitsbremsung an die Bremsscheibe 7 anpressen.
Wie dem Schema des Hydrauliksystem 17 weiter zu entnehmen ist, sind für die Scheibenbremseinheit 12 zum schnellen Lüften der Bremsbeläge 15a, 15b Druck speicher 27a, 27b ausgebildet, die von Pumpen 28a, 28b geladen werden. Diese können von geringerer Leistung sein, weil sie nur die Druckspeicher 27a, 27b füllen und nicht zur unmittelbaren Versorgung des Hydrauliksystems 17 bzw. der Scheibenbremseinheit 12 dienen.
Der Druck bzw. das Volumen der Hydraulikflüssigkeit ist in den Druckspeichern 27a, 27b höher als der Druck im Hydrauliksystem 17. Wenn die Scheibenbremseinheit 12 schnell gelüftet werden soll, brauchen nur zwei dazugehörige Wegeventile 29 und 30 geöffnet bzw. auf Durchlass geschaltet zu werden, womit die Hydraulikflüssigkeit aus den Druckspeichern 27a, 27b in die Druckräume 16a, 16b eingespeist wird. Zum Entleeren der auf diese Weise zusätzlich aufgegebenen Entlüftungs-Hydraulikflüssigkeit aus den Druckräumen 16a, 16b in die Druckspeicher 27a, 27b und/oder den Tank 18 können dann die Mehrwegeventile 23a, 23b entsprechend geöffnet bzw. auf Durchlass geschaltet werden. Die Druckspeicher 27a, 27b können auch zur Versorgung mit Öl während des Regelvorganges bei Sicherheitsbremsung dienen, wenn der Druck in den Bremselementen erhöht werden muß.

Claims

Hydraulische, verzögerungsgeregelte Scheibenbremseinheit (12) der Bremse einer Fördermaschine im Bergbau, die an eine übergeordnete Maschinensteuerungs- und Auswerteeinheit (9) angeschlossen ist und die bei eingehenden Not- bzw. Störfallsignalen eine automatische Bremsung einleitet, wobei die Scheibenbremseinheit (12) aus mehreren paarweise einander gegenüber liegend angeordneten, die Bremsscheibe (7) zangenartig zwischen sich einschließenden Bremszangenelementen (13a, 13b) besteht, die jeweils einen unter Federkraft an die Bremsscheibe (7) andrückbaren Bremsbelag (15a, 15b) und einen der Federkraft entgegenwirkenden, mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagten Druckraum (16a, 16b) aufweisen, und die über zwischengeschaltete Wegeventile und Regelventile an ein durch Pumpen beaufschlagtes Hydrauliksystem (17) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass den Bremszangenelementen (13a, 13b) zwei in jeweils einer von zwei parallel zueinander verlaufenden Hydraulikleitungen (22, 23) vorgesehene Regelventile (22a, 22b; 23a, 23b) zugeordnet sind und in einer die beiden Hydraulikleitungen (22, 23) verbindenden Anschlussleitung (25) ein Wegeventil (26) angeordnet ist, wobei eine erste SPS (SPS 1) und eine zweite SPS (SPS 2) die in der einen und in der anderen Hydraulikleitung (22, 23) zueinander diagonal liegenden Regelventile (22a, 23b bzw. 23a, 22b) ansteuern.
Scheibenbremseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckräume (16a, 16b) der Bremszangenelemente (13a, 13b) von Ventilen (29, 30) geregelt mit den Druckspeichern (27a, 27b) verbindbar sind, deren Druck höher als der Systemdruck ist.
Scheibenbremseinheit nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Druckspeicher (27a, 27b) mit Hydraulikflüssigkeit versorgende Pumpen (28a, 28b) von geringer Leistung.
Scheibenbremseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelventile (22a, 22b; 23a, 23b; 29, 30) als Proportionalregelventile ausgebildet sind.