DE102011122225A1

DE102011122225A1 - Vorrichtung zum Abbremsen von Dreh- und /oder Schwenkwerken, Verfahren zum Steuern einer solchen Vorrichtung sowie Arbeitsmaschine mit einer solchen Abbremsvorrichtung

Info

Publication number: DE102011122225A1
Application number: DE102011122225A
Authority: DE
Inventors: Joachim Plagemann; Heike Schwitzgebel; Frank Conrad; Jürgen Schlachter; Achim Schütz
Original assignee: Terex Cranes Germany GmbH
Current assignee: Terex Global GmbH
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-06-20
Also published as: EP2791427B1; US20150073667A1; CN104024534B; WO2013087048A1; US9650758B2; CN104024534A; EP2791427A1

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Abbremsen von Dreh- und/oder Schwenkwerken von Arbeitsmaschinen umfassend mindestens eine dynamische Betriebsbremse zum Abbremsen einer Dreh- und/oder Schwenkbewegung des Dreh- und/oder Schwenkwerkes und mindestens eine statische Haltebremse (16), mit der das Dreh- und/oder Schwenkwerk in einer Position arretierbar ist, wobei der dynamischen Betriebsbremse (11a) und/oder der statischen Haltebremse (16) mindestens ein Sensor (14) zugeordnet ist, der die aktuelle Bewegung des Dreh- und/oder Schwenkwerkes erfasst und der Sensor (14) mit einer Steuerung (13, 19) verbunden ist, die eine Betätigung der dynamischen Betriebsbremse (11, 11a) erkennt und bei einer fortgesetzten Dreh- und/oder Schwenkbewegung des Dreh- und/oder Schwenkwerkes bei fortgesetzt betätigter dynamischer Betriebsbremse (11a) die statische Haltebremse (16) ansteuert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abbremsen von Dreh- und/oder Schwenkwerken von Arbeitsmaschinen, umfassend mindestens eine dynamische Betriebsbremse zum Abbremsen einer Dreh- und/oder Schwenkbewegung des Dreh- und/oder Schwenkwerkes und mindestens eine statische Haltebremse, mit der das Dreh- und/oder Schwenkwerk in einer Position arretierbar ist.
Zum Abbremsen von Dreh- und/oder Schwenkwerken in Baumaschinen werden bekanntlich mindestens eine dynamische Bremse und eine statische Haltebremse verwendet. Mit der dynamischen Bremse wird die Drehbewegung des Drehwerkes, das beispielsweise mit einem Oberwagen eines Fahrzeugkranes verbunden ist, kontrolliert abgebremst. Mit der Haltebremse wird das Drehwerk im Stillstand arretiert.
Bei der Betätigung der dynamischen Betriebsbremse (beispielsweise über ein Bremspedal oder einen Steuerhebel oder der Gleichen) wird ein Signal erzeugt, das von einer Steuerung ausgewertet wird. Die Steuerung steuert unter Berücksichtigung weiterer Parameter, wie Drehgeschwindigkeit, Lastzustand und/oder Lastverteilung die Aktorik, wie beispielsweise Hydraulikpumpen und Hydraulikventile, um das Drehwerk abbremsen zu können. Nachdem das Drehwerk zum Stillstand gekommen ist, kann es in der aktuellen Position durch das Zuschalten einer statischen Haltebremse gehalten werden.
Diese Art von Anordnungen und Bremsverfahren haben sich bewährt, sind aber mit dem Nachteil behaftet, dass es bei einem Ausfall der dynamischen Bremse keine Möglichkeit gibt, eine dosierte Notbremsung des Dreh- und/oder Schwenkwerkes durchzuführen und damit eine kontrollierte Abbremsung des Oberwagens und/oder eines Auslegers ausführen zu können. Denn wird die statische Haltebremse, beispielsweise während der Drehbewegung des Drehwerkes zugeschaltet, führt dies unweigerlich zu einem abrupten Stoppen des Drehwerkes und damit zum Stoppen der Drehbewegung des mit dem Drehwerk verbundenen Oberwagens.
Als statische Haltebremsen werden in der Regel Lamellenbremsen verwendet, die aus mehreren Scheiben bestehen, die hintereinander auf einer Achse liegen und drehfest mit dem festen bzw. dem rotierenden Teil der Baumaschine verbunden sind. Diese Art von Bremsen haben sich bewährt, sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass durch ein abruptes Stoppen des Dreh- und/oder des Schwenkwerkes es zu ernsthaften Bauteilschäden an der Baumaschine selbst oder beispielsweise zu einem unkontrollierten Pendeln einer an dem Ausleger angeschlagenen Last kommen kann.
Es hat sich gezeigt, dass ein sicheres Abbremsen des Dreh- und/oder Schwenkwerkes mit der statischen Haltebremse bauartbedingt nicht möglich ist. In einer Notfallsituation, beispielsweise bei einem Ausfall der dynamischen Bremse kann die statische Haltbremse während der Dreh- bzw. Schwenkbewegung zugeschaltet werden. Hierdurch wird die Dreh- bzw. Schwenkbewegung abrupt unterbrochen. Dies führt zu Schlägen und damit zu einem erhöhten Verschleiß im Dreh- und/oder im Schwenkwerk und im schlimmsten Fall zur Zerstörung der Arbeitsmaschine.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die die oben genannten Nachteile überwindet und mit der, auch unter Einsatzbedingungen, ein sicheres und schnelles Abbremsen von Dreh- und/oder Schwenkwerken in jeder Aufstellkonfiguration einer Arbeitsmaschine gewährleistet werden kann. Eine weitere Aufgabe besteht darin eine Vorrichtung zu schaffen, mit der bei einem Ausfall der dynamischen Bremse ein sicheres Abbremsen von Dreh- und/oder Schwenkwerk gewährleistet wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst, insbesondere dadurch, dass der dynamischen Betriebsbremse und/oder der statischen Haltebremse mindestens ein Sensor zugeordnet ist, der die aktuelle Bewegung des Dreh- und/oder Schwenkwerkes erfasst und der Sensor mit einer Steuerung verbunden ist, die eine Betätigung der dynamischen Betriebsbremse erkennt und bei einer fortgesetzten Dreh- und/oder Schwenkbewegung des Dreh- und/oder Schwenkwerkes bei fortgesetzt betätigter dynamischer Betriebsbremse die statische Haltebremse ansteuert.
Erfindungsgemäß ist die statische Haltebremse über die Steuerung getaktet ansteuerbar ausgebildet. Durch das getaktete Ansteuern der statischen Haltebremse kann die Bewegungsenergie des Dreh- und/oder Schwenkwerkes schrittweise abgebaut werden, wodurch Bauteilschäden an der Arbeitsmaschine vermieden werden können. Es ist hierbei vorgesehen, dass sich der Bremsweg gegenüber dem Abbremsen mit der dynamischen Betriebsbremse nicht verlängert. Hierdurch kann die statische Haltebremse als echte Alternative für das Abbremsen von Dreh- und/oder Schwenkwerken gegenüber der dynamischen Betriebsbremse dienen und im Notfall, beispielsweise bei Ausfall, deren Funktion uneingeschränkt übernehmen. Die Taktrate kann fest oder variabel, beispielsweise abhängig von der Drehzahl, dem Massenträgheitsmoment, der gesamten Maschinenkonfiguration etc., ausgebildet sein und ist abhängig vom Arbeitsmaschinentyp vorzugsweise versuchstechnisch zu ermitteln.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die statische Haltebremse über die Steuerung proportional angesteuert werden kann. Ferner ist es vorgesehen, dass die statische Haltebremse über die Steuerung dosiert angesteuert werden kann.
Nach Stillstand des Dreh- und/oder Schwenkwerkes, was auch das Unterschreiten einer festlegbaren Minimaldrehzahl umfassen kann, ist es vorgesehen, die statische Haltebremse dauerhaft zu schließen, solange die dynamische Betriebsbremse betätigt bleibt.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Sensor zum Erfassen der Dreh- und/oder Schwenkbewegung des Dreh- und/oder Schwenkwerkes als Drehzahlgeber und/oder als hydraulischer Durchflusssensor ausgebildet ist. Je nach Anwendungsfall kann die Rücknahme der Betätigung der dynamischen Bremse während der Bremsung mit der statischen Haltebremse zum Abbruch derselben führen. Des Weiteren kann auch bei Fehlbedienung der statischen Haltebremse, beispielsweise während der Dreh- und/oder Schwenkbewegung des Dreh- und/oder Schwenkwerkes, ein sicheres Abbremsen ermöglicht werden.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform, ist zur Erfassung der Dreh- und/oder Schwenkbewegung vorgesehen, den Sensor als Beschleunigungssensoren auszubilden. Ein derartiger Sensor misst die Geschwindigkeitsänderung des Dreh- und/oder Schwenkwerkes und könnte – unabhängig von der Fahrzeughydraulik – als eine rein elektronische und/oder elektromechanische Systemeinheit der Arbeitsmaschine zugeordnet sein.
Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern der Vorrichtung gemäß der Ansprüche 1 bis 8 zur Verfügung zu stellen. Die Aufgabe wird durch die Verfahrensschritte gemäß Anspruch 9 gelöst, insbesondere durch:

a) Nutzung der statischen Haltebremse zum dosierten Bremsen von Dreh- und/oder Schwenkwerken von Arbeitsmaschinen,
b) Erfassen einer Dreh- und/oder Schwenkbewegung der Dreh- und/oder Schwenkwerke mittels eines Sensors,
c) Einleiten eines getakteten Ansteuerns der statischen Haltebremse für das Dreh- und/oder Schwenkwerk bei fortgesetzter Betätigung der dynamischen Betriebsbremse und fortgesetzter Dreh und/oder Schwenkbewegung durch eine mit dem Sensor verbundene Steuerung während des Dreh- und/oder Schwenkvorganges,
d) Betätigung der statischen Haltebremse über ein der Arbeitsmaschine zugeordneten Bremspedal und/oder Steuerhebel,
e) drehgeschwindigkeitsabhänges Ansteuern der statischen Haltebremse über die Steuerung,
f) Auswertung der Bremspedalstellung und/oder Steuerhebelstellung zum Ansteuern der statischen Haltebremse und dauerhaftes Schließen der statischen Haltebremse bei vollständigem Stillstand des Dreh- und/oder Schwenkwerkes oder beim Unterschreiten einer Minimaldrehgeschwindigkeit des Drehwerkes von 0,01 bis 0,2 Umdrehungen/min.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Arbeitsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 anzugeben, wobei die Arbeitsmaschine als Mobilkran oder eine Drehbühne ausgebildet sein kann.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild des Steuerungssystems;
2 ein Blockschaltbild der Hydraulik für einen offenen Kreislauf;
3 ein Blockschaltbild der Hydraulik für einen geschlossenen Kreislauf.
1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 und ihre Betätigungselemente für eine dynamische Betriebsbremse 11 und die damit verbundene Aktorik 11a, sowie eine statische Haltebremse 12 und die damit verbundene Aktorik 16, deren Signale von einer Steuerung, die vorliegend als Steuerungsrechner 13 ausgebildet ist, erfasst werden. Außerdem erfasst der Steuerungsrechner 13 über einen Sensor 14, ob eine Drehbewegung eines Dreh- und/oder Schwenkwerkes (beides nicht dargestellt) ausgeführt wird oder nicht. Der Steuerungsrechner 13 wertet hierbei die vom Sensor 14 erfassten Signale ggfs. unter Berücksichtigung weiterer Parameter, wie beispielsweise von Massenträgheitsmomenten, aus. Falls das Dreh- und/oder Schwenkwerk der Arbeitsmaschine (beides nicht dargestellt) bei der Betätigung der dynamischen Betriebsbremse 11 nicht wie vorgesehen zum Stillstand kommt, wird eine Notbremsung eingeleitet. Hierzu wird eine Aktorik für die statische Haltebremse 16 von dem Steuerungsrechner 13 angesteuert. Dabei wird die Aktorik der statischen Haltebremse 16 derart angesteuert, dass diese mit einer bestimmten Taktrate schließt und wieder öffnet, bis das Dreh- und/oder Schwenkwerk zum Stillstand gekommen ist.
Sobald der Sensor 14 den Stillstand des Dreh- und/oder Schwenkwerkes an den Steuerungsrechner 13 rückmeldet, schließt dieser über die Aktorik die statische Haltebremse dauerhaft. Erst wenn das Betätigungselement für die dynamische Betriebsbremse 11 von einem Anwender zurückgestellt wird, öffnet die Aktorik der statischen Haltebremse 16 wieder. Hierbei ist es vorgesehen, dass die statische Haltebremse für das Dreh- und/oder Schwenkwerk von dem Anwender über das entsprechende Betätigungselement für die statische Haltebremse 12 erneut geschlossen werden kann.
Die 2 ist eine schematische Darstellung der Hydraulik der erfindungemäßen Vorrichtung, in einem offenen Kreislauf zum Drehen des Drehwerkes einer Arbeitsmaschine. Hierbei fördert eine Pumpe 15 über eine hydraulische Steuereinheit 16 Hydrauliköl zu einem Drehwerksmotor 17, der dadurch angetrieben wird und über ein Getriebe 18 einen Oberwagen einer Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) dreht. Die Hydraulische Steuereinheit 16 wird von einer elektrischen Steuereinheit 19 angesteuert und gibt Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit vor. Während der Drehbewegung wird die statische Haltebremse im Getriebe 18 durch Aufschalten eines Steuerdruckes von einer Pumpe 20 über ein Ventile 21 offen gehalten.
Ein dynamischer Bremsvorgang wird durch die elektrische Steuereinheit 19 eingeleitet und der Drehwerksmotor 17 wird über die hydraulische Steuereinheit 16 abgebremst. Bei einem Versagen der dynamischen Bremse wird dies von der elektrischen Steuereinheit 19 durch Auswerten der Informationen des Sensors 14 (in 1) erkannt. Daraufhin wird eine Notbremsung über das Ventil 21 eingeleitet. Die elektrische Steuereinheit 19 schaltet das Ventil 21 mit einer bestimmten Taktfrequenz, sodass die statische Haltebremse im Getriebe 18 mit dieser Taktfrequenz öffnet und schließt. Der Oberwagen einer Arbeitsmaschine wird hierdurch dosiert und kontrolliert abgebremst.
Die 3 ist die Darstellung eines Blockschaltbildes der Hydraulik der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in einem geschlossenen Kreislauf.
Hierbei fördert eine Verstellpumpe 22 für ein Drehwerk Hydrauliköl zu dem Drehwerksmotor 17. Der Drehwerksmotor 17 wird dadurch angetrieben und damit auch das mit dem Drehwerksmotor 17 wirkverbundene Getriebe 18. Das Getriebe 18 wiederum stellt den Formschluss zum Oberwagen einer Arbeitsmaschine her und treibt diesen letztendlich an. Die Verstellpumpe 22 wird über die elektrische Steuereinheit 19 angesteuert und gibt die Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit vor. In dieser Konfiguration ist dem Getriebe 18 eine statische Haltebremse und eine dynamische Betriebsbremse zugeordnet. Beide können unabhängig voneinander angesteuert werden. Während einer Dreh- und/oder Schwenkbewegung wird die statische Haltebremse im Getriebe 18 durch ein Aufschalten des Steuerdruckes der Pumpe 20 über das Ventil 21 offengehalten. Ein dynamischer Bremsvorgang wird von der elektrischen Steuereinheit 19 über ein Ventil 23 für die dynamische Betriebsbremse eingeleitet. Die Pumpe 20 versorgt dabei das Ventil 23 mit dem erforderlichen Steuerdruck.
Ein Versagen des dynamischen Bremssystems wird von der elektrischen Steuereinheit 19 durch Auswertung des Sensors 14 (in 1) erkannt. Daraufhin wird eine Notbremsung über das Ventil 21 eingeleitet. Die elektrische Steuereinheit 19 schaltet das Ventil 21 mit einer bestimmten Taktfrequenz, sodass die statische Haltebremse im Getriebe 18 mit dieser Taktfrequenz öffnet und schließt und der Oberwagen dadurch dosiert und kontrolliert abgebremst werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
11: Betätigungselement dynamische Betriebsbremse
11a: Aktorik dynamische Betriebsbremse
12: Betätigungselement statische Haltebremse
13: Steuerung/Steuerungsrechner
14: Sensor
15: Pumpe
16: hydraulische Steuereinheit
17: Drehwerksmotor
18: Getriebe
19: elektrische Steuereinheit
20: Pumpe für den Steuerdruck
21: Ventil statische Haltebremse
22: Verstellpumpe Drehwerk, Schwenkwerk
23: Ventil dynamische Betriebsbremse

Claims

Vorrichtung zum Abbremsen von Dreh- und/oder Schwenkwerken von Arbeitsmaschinen umfassend mindestens eine dynamische Betriebsbremse zum Abbremsen einer Dreh- und/oder Schwenkbewegung des Dreh- und/oder Schwenkwerkes und mindestens eine statische Haltebremse, mit der das Dreh- und/oder Schwenkwerk in einer Position arretierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der dynamischen Betriebsbremse und/oder der statischen Haltebremse (11a, 16) mindestens ein Sensor (14) zugeordnet ist, der die aktuelle Bewegung des Dreh- und/oder Schwenkwerkes erfasst und der Sensor (14) mit einer Steuerung (13, 19) verbunden ist, die eine Betätigung der dynamischen Betriebsbremse (11, 11a) erkennt und bei einer fortgesetzten Dreh- und/oder Schwenkbewegung des Dreh- und/oder Schwenkwerkes bei fortgesetzt betätigter dynamischer Betriebsbremse (11a) die statische Haltebremse (16) ansteuert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Haltebremse (16) über die Steuerung (13, 19) getaktet ansteuerbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Haltebremse (16) über die Steuerung (13, 19) proportional ansteuerbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Haltebremse (16) über die Steuerung (13, 19) dosiert ansteuerbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (14) zum Erfassen der Dreh- und/oder Schwenkbewegung des Dreh- und/oder Schwenkwerkes als Drehzahlgeber und/oder als hydraulischer Durchflusssensor ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktrate der durch die Steuerung (13, 19) angesteuerten statischen Haltebremse (16) fest oder variabel ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Haltebremse (16) nach Stillstand des Dreh- und/oder Schwenkwerkes dauerhaft geschlossen bleibt, solange die dynamische Betriebsbremse (11a) fortgesetzt betätigt ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung einer Minimaldrehzahl des Dreh- und/oder Schwenkwerkes, die statische Haltebremse (16) dauerhaft schließt, solange die dynamische Betriebsbremse (11a) betätigt bleibt.
Verfahren zum Steuern der Vorrichtung gemäß der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: a) Nutzung der statischen Haltebremse zum dosierten Bremsen von Dreh- und/oder Schwenkwerken von Arbeitsmaschinen, b) Erfassen einer Dreh- und/oder Schwenkbewegung der Dreh- und/oder Schwenkwerke mittels eines Sensors, c) Einleiten eines getakteten Ansteuerns der statischen Haltebremse für das Dreh- und/oder Schwenkwerkes bei fortgesetzter Betätigung der dynamischen Betriebsbremse und fortgesetzter Dreh und/oder Schwenkbewegung durch eine mit dem Sensor verbundene Steuerung während des Dreh- und/oder Schwenkvorganges, d) Betätigung der statischen Haltebremse über ein der Arbeitsmaschine zugeordnetem Bremspedal und/oder Steuerhebel, e) Drehgeschwindigkeitsabhänges Ansteuern der statischen Haltebremse über die Steuerung, f) Auswertung der Bremspedalstellung und/oder Steuerhebelstellung zum Ansteuern der statischen Haltebremse und dauerhaftes Schließen der statischen Haltebremse bei vollständigem Stillstand des Dreh- und/oder Schwenkwerkes oder beim Unterschreiten einer Minimaldrehgeschwindigkeit des Drehwerkes von 0,01 bis 0,2 Umdrehungen/min.
Arbeitsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmaschine eine Arbeitsmaschine mit drehbarem Oberwagen ist.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmaschine ein Mobilkran ist.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmaschine eine Drehbühne ist.