DE102013021769B4

DE102013021769B4 - Security system

Info

Publication number: DE102013021769B4
Application number: DE102013021769.5A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Polack; Hartmut Bischoff
Original assignee: Bischoff Ind GmbH; Bischoff Industriebremsen GmbH
Current assignee: Bischoff Ind GmbH; Bischoff Industriebremsen GmbH
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2017-01-05
Anticipated expiration: 2033-12-21
Also published as: DE102013021769A1

Abstract

Sicherheitsbremssystem nach dem Prinzip einer stromlos offenen elektromagnetischen Bremse, bestehend aus – einer Bremseinrichtung (1) mit mindestens zwei gegenüberliegenden Bremsbacken (10), die im stromlosen Zustand der Bremseinrichtung (1) von einem abzubremsenden Bauteil (2) beabstandet sind und sich zur Einleitung des Bremsvorgangs aufeinander zubewegen, – einem Elektromagneten (17) mit einem Anker (16), – einer Betätigungseinrichtung (12, 14,15), die einenends mit mindestens einer der Bremsbacken (10) verbunden ist, – einem mechanischen Energiespeicher (20), der über den Anker (16) des Elektromagneten (17) komprimierbar ist, – einer den mechanischen Energiespeicher (20) in komprimierter Stellung haltenden Arretiereinrichtung (19, 22, 23) und – einer die Arretiereinrichtung (19, 22, 23) entsperrenden Auslöseeinheit (25, 26), die manuell und/oder von einem Bremssignal ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, – dass die Betätigungseinrichtung (12, 14,15) mit ihrem anderen Ende mit dem Anker (16) des Elektromagneten (17) verbunden ist, – dass der mechanische Energiespeicher (20) mit dem anderen Ende des Ankers (16) des Elektromagneten (17) verbunden ist und – dass die Arretiereinrichtung (19, 22, 23) aus einem quer zur Wirkachse des mechanischen Energiespeichers (20) verschiebbaren Riegel besteht, der Mittel zur axialen Verschiebung des mechanischen Energiespeichers (20) aufweist.Safety braking system according to the principle of a normally open electromagnetic brake, comprising - a braking device (1) with at least two opposed brake shoes (10) which are spaced in the currentless state of the braking device (1) from a component to be braked (2) and to initiate the - an electromagnet (17) with an armature (16), - an actuator (12, 14,15) which is connected at one end to at least one of the brake shoes (10), - a mechanical energy store (20), the via the armature (16) of the electromagnet (17) is compressible, - a locking device (19, 22, 23) holding the mechanical energy store (20) in a compressed position and - a release unit (25) unlocking the locking device (19, 22, 23) , 26), which is controllable manually and / or by a brake signal, characterized in that - that the actuating device (12, 14,15) with its the other end is connected to the armature (16) of the electromagnet (17), - that the mechanical energy store (20) is connected to the other end of the armature (16) of the electromagnet (17), and - that the locking device (19, 22, 23) consists of a transverse to the axis of action of the mechanical energy storage device (20) slidable latch, the means for axial displacement of the mechanical energy storage device (20).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Sicherheitsbremssystem, bei dem die Bremse im Zustand der Bremsbereitschaft stromlos offen steht, nach der Gattung des Anspruchs 1, und das insbesondere bei Kleinwindkraftanlagen und Förderanlagen angewendet wird.The invention relates to a safety brake system in which the brake in the state of braking readiness is normally open, according to the preamble of claim 1, and which is particularly applied to small wind turbines and conveyors.

Sicherheitsbremssysteme sind systemrelevante Bestandteile von Maschinen und Anlagen mit rotierenden Bauteilen, um insbesondere in Havariefällen oder unzulässigen Betriebssituationen die rotierenden Bauteile in kürzester Zeit zu stoppen und somit die Maschine oder Anlage vor Zerstörung zu schützen. So haben beispielsweise Sicherheitsbremssysteme in Windkraftanlagen die Aufgabe, den Rotor bei Stürmen oder Orkanen stillzusetzen. Aber auch bei Wartungsarbeiten kommen die Bremssysteme zum Einsatz. Das Bremssystem muss somit ständig betriebsbereit sein. In Windanlagen größeren Bautyps kommen vorwiegend hydraulische Bremssysteme z. B. der Hersteller Bubenzer, Siegerland oder Stromag zum Einsatz. Das Prinzip dieser Sicherheitsbremssysteme besteht darin, die Bremse durch ein Hydraulikaggregat ständig offen zu halten. Zum Betrieb des Hydraulikaggregats ist die Bereitstellung von Energie zur Erzeugung des Hydraulikdruckes erforderlich, wodurch die Energiebilanz von Windkraftanlagen verschlechtert wird. Außerdem erfordern Hydraulikaggregate besondere Sicherheitsvorkehrungen, um die Umwelt bei Leckagen vor Ölverschmutzung zu schützen.Safety brake systems are system-relevant components of machines and systems with rotating components in order to stop the rotating components in the shortest possible time, especially in case of emergency or impermissible operating situations, and thus protect the machine or system from destruction. For example, safety brake systems in wind turbines have the task of stopping the rotor during storms or hurricanes. But the brake systems are also used during maintenance work. The brake system must therefore be constantly ready for operation. In wind turbines larger construction type are mainly hydraulic brake systems z. For example, the manufacturer Bubenzer, Siegerland or Stromag used. The principle of these safety brake systems is to keep the brake constantly open by means of a hydraulic power unit. The operation of the hydraulic power unit requires the provision of power to generate the hydraulic pressure, thereby degrading the energy balance of wind turbines. In addition, hydraulic power units require special safety precautions to protect the environment from leaks of oil spills.

Bekannt sind ferner Sicherheitssysteme mit elektromechanischen Bremsen, die mittels einer vorgespannten Feder, also stromlos, in Bremsbereitschaft, d. h. im geöffneten Zustand, gehalten werden. Durch ein vom Rotor der Windkraftanlage ausgehendes Signal wird die Arretierung der Feder gelöst, wodurch die Bremse aktiviert wird (Fa. Hannig & Kahl). Die Vorspannung der Feder wird allerdings durch einen Elektromotor erzeugt, der dazu Energie benötigt.Are also known safety systems with electromechanical brakes, by means of a preloaded spring, ie de-energized, in braking readiness, d. H. in the open state, to be kept. A signal from the rotor of the wind turbine disengages the spring, which activates the brake (Hannig & Kahl). However, the bias of the spring is generated by an electric motor, which requires energy.

In kleineren Windkraftanlagen werden vorwiegend elektromagnetische oder elektromotorische Bremssysteme eingesetzt. Auch für diese Bremssysteme ist ein ständiger Energieeinsatz erforderlich.In smaller wind turbines predominantly electromagnetic or electromotive brake systems are used. Also for these braking systems, a constant use of energy is required.

Somit besteht der gemeinsame Nachteil aller genannten Bremssysteme darin, dass sie zum Halten des Betriebszustandes, also des geöffneten Zustandes des Bremssystems, und/oder zum Auslösen des Bremsvorganges eine nicht unerhebliche Menge an Energie benötigen. Somit ist zum Betrieb dieser Bremssysteme ein öffentliches Energienetz oder gespeicherte Energie vor Ort erforderlich oder sie können dort nicht betrieben werden, wo diese Bedingungen nicht gewährleistet sind. Selbst bei Windkraftanlagen ist das nicht immer gewährleistet, nämlich dann nicht, wenn kein Wind vorhanden ist, der Rotor aber trotzdem, beispielsweise für Wartungsarbeiten, arretiert sein muss. Zumindest das Auslösen der Bremse sollte dann keine größere Menge an Energie erfordern, die nicht auch in Speichermedien vor Ort gespeichert sein könnte. Ebenso erfordert das Lösen der Bremssysteme bei einigen der o. g. Bremssysteme einen erheblichen Energiebedarf, der natürlich bei stehenden Windkraftanlagen nicht erzeugt werden kann, da ja die Bremse geschlossen ist. Somit finden die herkömmlichen Bremssysteme bei Betreibern von Windkraftanlagen kaum Akzeptanz.Thus, the common disadvantage of all brake systems mentioned is that they need to hold the operating state, ie the open state of the brake system, and / or to trigger the braking process, a significant amount of energy. Thus, operating these braking systems requires a public power grid or stored energy on site, or they can not operate where these conditions are not guaranteed. Even with wind turbines, this is not always guaranteed, namely not when there is no wind, but the rotor still needs to be locked, for example, for maintenance. At least the release of the brake should then require no greater amount of energy that could not be stored in storage media on site. Likewise, the release of the brake systems in some of the o. G. Brake systems a significant energy demand, which of course can not be generated in stationary wind turbines, since the brake is closed. Thus, the conventional brake systems are hardly accepted by operators of wind turbines.

Eine bekannte bistabil ausgebildete Magnetbremse zum Festsetzen einer Betätigungseinrichtung einer elektromechanischen Radbremsvorrichtung kann sowohl im gebremsten als auch im ungebremsten Zustand stromlos sein. Sie besteht aus einem Permanentmagneten mit axialer Magnetisierung, der konzentrisch in einem Gehäuse angeordnet ist. In Fortsetzung des Permanentmagneten ist ein hohlzylindrischer Magnetkern aus einem ferromagnetischen Material konzentrisch im Gehäuse an dem Permanentmagneten angeordnet. In dem von dem Magnetkern und der Innenwandung des Gehäuses gebildeten ringförmigen Zwischenraum sind zwei ringförmige Magnetspulen einander benachbart eingeschoben, wobei jede Magnetspule zusammen mit dem Magnetkern einen Elektromagneten bildet. In den zylindrischen Innenraum des hohlzylindrischen Magnetkerns und des ringförmigen Permanentmagneten ist eine Schraubendruckfeder eingesetzt, die sich einenendes an dem Boden des Gehäuses abstützt und anderenendes gegen die Stirnfläche einer drehfest jedoch axial beweglich in dem Gehäuse angeordneten Ankerscheibe drückt. Letztere weist an ihrer anderen Stirnseite einen ringförmigen Bremsbelag auf. Diesem in kurzem Abstand gegenüberliegend befindet sich eine drehbar im Gehäuse angeordnete Kupplungsscheibe, die mit einer zu einer abzubremsenden Einrichtung führenden Welle drehfest verbunden ist.A known bistable magnetic brake for setting an actuator of an electromechanical wheel brake device can be de-energized both in the braked and in the unbraked state. It consists of a permanent magnet with axial magnetization, which is arranged concentrically in a housing. In continuation of the permanent magnet, a hollow cylindrical magnetic core made of a ferromagnetic material is arranged concentrically in the housing on the permanent magnet. In the annular gap formed by the magnetic core and the inner wall of the housing, two annular magnetic coils are inserted adjacent to each other, each magnetic coil forming an electromagnet together with the magnetic core. In the cylindrical interior of the hollow cylindrical magnetic core and the annular permanent magnet, a helical compression spring is used, which abuts one end at the bottom of the housing and the other end against the end face of a rotationally fixed but axially movable in the housing arranged armature disc pushes. The latter has an annular brake lining on its other end face. This is located at a short distance opposite a rotatably arranged in the housing clutch disc which is rotatably connected to a shaft leading to a device to be braked.

Die Magnetbremse weist zwei stabile Stellungen auf, nämlich eine Bremsstellung und eine gelöste Stellung. In der Bremsstellung drückt die Schraubendruckfeder die Ankerscheibe mit ihrem Bremsbelag gegen die Kupplungsscheibe, da ihre Andruckkraft stärker ist als das durch den sich zwischen Magnetkern und Ankerscheibe befindlichen Luftspalt geschwächte Magnetfeld des Permanentmagneten. Zum Lösen der Magnetbremse wird eine der beiden Magnetspulen so bestromt, dass sie das Magnetfeld des Permanentmagneten so verstärkt, dass dessen Magnetkraft größer ist als die Kraft der Schraubendruckfeder, wodurch die Ankerscheibe entgegen der Kraft der Schraubendruckfeder gegen den Magnetkern gedrückt wird. Danach wird der Strom wieder abgeschaltet, und der Permanentmagnet hält die Schraubendruckfeder alleine in der komprimierten Stellung ( DE 197 52 543 A1 ).The magnetic brake has two stable positions, namely a braking position and a released position. In the braking position, the helical compression spring presses the armature disk with its brake pad against the clutch disk, since its pressure force is stronger than the weakened by the located between the magnetic core and armature disk air gap of the permanent magnet. To release the magnetic brake, one of the two magnetic coils is energized so that it amplifies the magnetic field of the permanent magnet so that its magnetic force is greater than the force of the helical compression spring, whereby the armature disc is pressed against the force of the helical compression spring against the magnetic core. After that, the electricity switched off again, and the permanent magnet keeps the helical compression spring alone in the compressed position ( DE 197 52 543 A1 ).

Der Nachteil dieser Magnetbremse besteht darin, dass zum Lösen der Magnetbremse ein verhältnismäßig hoher Energiebedarf erforderlich ist, da nicht nur die Schraubendruckfeder zusammengedrückt, sondern auch noch das Restmagnetfeld des Permanentmagneten überwunden werden muss.The disadvantage of this magnetic brake is that a relatively high energy requirement is required to release the magnetic brake, since not only the helical compression spring compressed, but also the residual magnetic field of the permanent magnet must be overcome.

Ferner muss die Magnetbremse zum Auslösen des Bremsvorganges erneut bestromt werden, und zwar in einer verhältnismäßig hohen Intensität, um das Magnetfeld des Permanentmagneten zu überwinden und die Ankerscheibe vom Magnetkern zu lösen. Wenn in Havariefällen der Strom ausfällt, kann der Bremsvorgang nicht eingeleitet werden. Um das zu verhindern, muss diese Magnetbremse immer mit einem elektrischen Energiespeicher ausgerüstet sein.Further, the magnetic brake must be energized to trigger the braking process again, in a relatively high intensity, to overcome the magnetic field of the permanent magnet and to release the armature disc from the magnetic core. If the power fails in case of emergency, braking can not be initiated. To prevent this, this magnetic brake must always be equipped with an electrical energy storage.

Abgesehen davon, dass diese Magnetbremse immer einen Permanentmagneten erfordert, besteht ein weiterer Nachteil dieser Magnetbremse darin, dass die Haltekraft des Permanentmagneten auf die Druckkraft der Schraubendruckfeder abgestimmt sein muss, bzw. umgekehrt ihre Druckkraft an die Haltekraft des Permanentmagneten angepasst sein muss. Je größer die aufzubringenden Bremskräfte sind, desto größer muss die Federkraft sein, desto größer muss dann aber auch die Haltekraft des Permanentmagneten sein, was wiederum eine entsprechend hohe elektrische Energie erfordert, um zwischen den beiden bistabilen Zuständen der Magnetbremse umzuschalten.Apart from the fact that this magnetic brake always requires a permanent magnet, there is a further disadvantage of this magnetic brake is that the holding force of the permanent magnet must be matched to the pressure force of the helical compression spring, or vice versa their pressure force must be adapted to the holding force of the permanent magnet. The greater the braking forces to be applied, the greater the spring force must be, but then the greater the holding force of the permanent magnet must be, which in turn requires a correspondingly high electrical energy to switch between the two bistable states of the magnetic brake.

Bekannt ist auch eine elektromechanische Bremse, die eine Betriebsbremse und eine Feststelleinrichtung aufweist, mit der die Betriebsbremse in betätigter Stellung arretierbar ist. Die Betätigung der Bremsbacken erfolgt durch einen Elektromotor. Die Feststelleinrichtung weist einen Freilauf auf, der von einem bistabilen Elektromagneten schaltbar ist. Bei Bestromung des Elektromagneten bewegt sich dessen Anker auf einen Permanentmagneten zu und spannt dabei eine Schraubendruckfeder, die den Anker nach Beendigung der Bestromung vom Permanentmagneten wieder wegdrückt ( DE 102 34 848 A1 ).Also known is an electromechanical brake having a service brake and a locking device with which the service brake can be locked in the actuated position. The actuation of the brake shoes is done by an electric motor. The locking device has a freewheel, which is switchable by a bistable electromagnet. When current is applied to the electromagnet, its armature moves toward a permanent magnet, thereby biasing a helical compression spring which pushes the armature away from the permanent magnet once the energization has ended ( DE 102 34 848 A1 ).

Des Weiteren ist eine stromlos geschlossene elektromagnetische Bremse mit einem Elektromagneten und einem beweglichen Anker bekannt, der zwischen zwei Schwenkarmen angeordnet ist und bei Bestromung des Elektromagneten von diesem angezogen wird und dabei eine Schraubenfeder spannt. Das andere Ende der Schwenkarme ist mit Klemmbacken verbunden, die auf eine Bremsschiene wirken. Im stromlosen Zustand des Elektromagneten bewegt die Schraubenfeder den Anker von dem Elektromagneten weg, wodurch die Schwenkarme auseinander und die Bremsbacken gegen die Bremsschiene gedrückt werden ( US 5,014,828 A ).Furthermore, a normally closed electromagnetic brake with an electromagnet and a movable armature is known, which is arranged between two pivot arms and is energized when energized by the electromagnet, thereby tensioning a helical spring. The other end of the pivot arms is connected to jaws which act on a brake track. In the de-energized state of the electromagnet, the coil spring moves the armature away from the electromagnet, whereby the pivot arms are pushed apart and the brake shoes against the brake rail ( US 5,014,828 A ).

Darüber hinaus ist eine Sperre zum Lösen einer elektromagnetischen Bremse für einen Motor bekannt, bei der bei Bestromung eines Elektromagneten eine Spiralfeder über ein Hebelsystem gespannt wird und dabei die Bremsbacken von der mit der Motorwelle verbundenen Bremsscheibe löst. Die gespannte Spiralfeder wird durch den manuellen Eingriff einer Betätigungsstange in das Hebelsystem mechanisch in dieser Position gehalten, so das der Elektromagnet während des Betriebs des Motors stromlos geschaltet werden kann. Durch Lösen der Betätigungsstange wird die Spiralfeder entsperrt und drückt das Hebelsystem nunmehr gegen die Bremsscheibe, die den Motor abbremst ( US 3,045,782 A ).In addition, a lock for releasing an electromagnetic brake for a motor is known in which when energized an electromagnet, a coil spring is tensioned via a lever system and thereby releases the brake shoes of the motor shaft connected to the brake disc. The tensioned coil spring is mechanically held in this position by the manual engagement of an actuating rod in the lever system, so that the electromagnet can be de-energized during operation of the motor. By releasing the actuating rod, the coil spring is unlocked and presses the lever system now against the brake disc, which brakes the engine ( US 3,045,782 A ).

Bekannt sind auch von Hand betriebene hydraulische Bremssysteme, deren Anwendung allerdings wegen des manuellen Betriebs auf kleine, leicht zugängliche und keine hohe Sicherheitsrelevanz aufweisende Anlagen beschränkt ist. Da die alternative Energiegewinnung aus erneuerbaren Energien immer mehr an Bedeutung gewinnt, müssen Sicherheitsbremssysteme von Windkraftanlagen so perfektioniert werden, dass sie von den Betreibern auch akzeptiert werden.Also known are manually operated hydraulic brake systems, the application of which, however, is limited because of the manual operation on small, easily accessible and no high safety relevance having facilities. As alternative energy production from renewables becomes more and more important, safety brake systems of wind turbines must be perfected in such a way that they are also accepted by the operators.

Die Erfindung und ihre VorteileThe invention and its advantages

Das erfindungsgemäße Sicherheitsbremssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass zum Komprimieren des mechanischen Energiespeichers nur ein geringer Energiebedarf erforderlich ist, der entweder aus einem vor Ort vorhandenen Stromnetz entnommen oder in einem elektrischen Speicher bereitgestellt wird. Wird das Sicherheitsbremssystem an Windkraftanlagen eingesetzt, kann zur Bestromung des den mechanischen Energiespeicher komprimierenden Elektromagneten die von der Windkraftanlage erzeugte Energie verwendet werden, ohne dass der dazu erforderliche Strom die Energiebilanz der Windkraftanlage nennenswert verschlechtert. Zur Bestromung des Elektromagneten sind über einen extrem kurzen Zeitraum von 500 ms ca. 2 kW erforderlich, was einer elektrischen Arbeit von 2,8 × 10^–7 kWh entspricht. Dieser Impulsstrom erzeugt kurzzeitig ein sehr großes Magnetfeld, das den Anker mit hoher Geschwindigkeit zur Ankerklebefläche hin bewegt, wobei dieser gleichzeitig einen mechanischen Energiespeicher vorspannt. Zum gleichen Zeitpunkt wird eine an der Bremseinrichtung befestigte Arretiereinrichtung in Position gebracht, die die durch den Elektromagneten geführte Ankerspindel axial arretiert, so dass von diesem Zeitpunkt an der Energiespeicher axial mechanisch, also dauerhaft stromlos, arretiert ist. Erfindungsgemäß besteht die Arretiereinrichtung aus einem quer zur Wirkachse des mechanischen Energiespeichers verschiebbaren Riegel, der Mittel zur axialen Verschiebung des mechanischen Energiespeichers aufweist. Das gegenüber liegende Ende der Ankerspindel steht mit der Bremseinrichtung des Sicherheitsbremssystems derart in Wirkverbindung, dass die Bremsbacken auf Abstand, d. h. offen gehalten werden.The safety brake system according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that for compressing the mechanical energy storage only a small energy consumption is required, which is either taken from a local power grid or provided in an electrical storage. If the safety brake system is used on wind turbines, the energy generated by the wind turbine can be used to energize the electromagnet that compresses the mechanical energy store, without the power required for that significantly impairing the energy balance of the wind turbine. To energize the electromagnet about 2 kW are required over an extremely short period of 500 ms, which corresponds to an electrical work of 2.8 × 10 ^-7 kWh. This pulse current briefly generates a very large magnetic field, which moves the armature at high speed to the anchor adhesive surface, which simultaneously biases a mechanical energy storage. At the same time, a locking device attached to the braking device is brought into position, which locks the guided by the electromagnet armature spindle axially, so that from this time on the energy storage axially mechanically, ie permanently de-energized, is locked. According to the invention, the locking device from a transversely displaceable to the axis of action of the mechanical energy storage latch having means for axial displacement of the mechanical energy storage. The opposite end of the armature spindle is in operative connection with the braking device of the safety brake system in such a way that the brake shoes are kept at a distance, ie open.

Der Bremsvorgang wird durch ein von einer Steuereinrichtung gegebenes Bremssignal über eine Auslöseeinheit eingeleitet. Die Auslöseeinheit entsperrt die Arretiervorrichtung, wodurch die Ankerspindel freigegeben wird und der mechanische Energiespeicher sich in kürzester Zeit entspannt. Dabei werden die Bremsbacken mit hoher Geschwindigkeit gegen das zu bremsende Bauteil gepresst.The braking operation is initiated by a given by a control device brake signal via a trip unit. The trip unit unlocks the locking device, whereby the armature spindle is released and the mechanical energy storage relaxes in no time. The brake shoes are pressed at high speed against the component to be braked.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Bremseinrichtung eine schwimmend gelagerte elektromagnetische Faustsattelbremse. Im Unterschied zu Zangenbremsen bringen Faustsattelbremsen bei gleicher Baugröße eine höhere Bremskraft auf. Das wird durch die Verschiebung des Drehpunktes des beweglichen Bremsschenkels gegenüber dem Angriffspunkt der den Bremsvorgang auslösenden Kraft, also einer Verlängerung des Hebelarms, erreicht.According to an advantageous embodiment of the invention, the braking device is a floating mounted electromagnetic Faustsattelbremse. In contrast to caliper brakes, the caliper brakes provide a higher braking force with the same size. This is achieved by the displacement of the fulcrum of the movable brake limb with respect to the point of application of the braking action triggering force, ie an extension of the lever arm.

Durch ihre schwimmende Lagerung wird gegenüber einem in der Bewegungsrichtung der Bremsbacken, d. h. in Bremsrichtung, feststehenden abzubremsenden Bauteil, beispielsweise einer Bremsscheibe, eine Zentrierung der Bremsbacken erreicht, so dass beim Bremsvorgang kein Biegemoment auf die Bremsscheibe ausgeübt wird.By their floating bearing is compared with a in the direction of movement of the brake shoes, d. H. achieved in the braking direction, fixed component to be braked, such as a brake disc, a centering of the brake shoes, so that during the braking process no bending moment is exerted on the brake disc.

Nach einer anderweitigen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Betätigungseinrichtung aus einem gekröpften Kraftverteiler, wodurch der Unterschied zwischen der Lage der Achsen des Ankers des Magneten und des Krafteinleitungspunktes in den Betätigungshebel der Betätigungseinrichtung ausgeglichen wird.According to another advantageous embodiment of the invention, the actuator consists of a cranked force distributor, whereby the difference between the position of the axes of the armature of the magnet and the force application point is compensated in the actuating lever of the actuator.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht der mechanische Energiespeicher aus einer Spiraldruckfeder. Diese sind robust, quasi wartungsfrei und platzsparend einbaubar. Durch die Verwendung einer Spiraldruckfeder mit einer niedrigen Federrate tritt beim Entspannen der Feder nur ein geringer Kraftverlust auf. Die beim Spannen der Feder allerdings erforderliche höhere Kraft wird von dem Elektromagneten problemlos aufgebracht.According to an additional advantageous embodiment of the invention, the mechanical energy storage consists of a helical compression spring. These are robust, virtually maintenance-free and space-saving installable. By using a coil spring with a low spring rate occurs when relaxing the spring only a small loss of power. However, the required during the tensioning of the spring higher force is applied by the electromagnet easily.

Nach einer anderweitigen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht der verschiebbare Riegel aus einem Verriegelungsrahmen mit einem in dem Verriegelungsrahmen quer zu dessen Verschieberichtung angeordneten Riegelbolzen. Das zum Verriegelungsrahmen weisende Ende des mechanischen Energiespeichers ist mit einem Halteelement versehen, das in komprimierter Stellung des mechanischen Energiespeichers an dem Riegelbolzen anliegt.According to another advantageous embodiment of the invention, the displaceable bolt consists of a locking frame with a locking bolt arranged transversely to the direction of its displacement in the locking frame. The locking frame of the facing end of the mechanical energy storage is provided with a holding element which rests in the compressed position of the mechanical energy storage on the locking bolt.

Die Auslöseeinheit kann rein mechanischer Natur und mit einem Fliehkraftregler, beispielsweise mit dessen Welle verbunden sein. Das hat den Vorteil, dass zu ihrem Betrieb keine Energieversorgung erforderlich ist, wodurch diese Ausführung des Sicherheitsbremssystems insbesondere an solchen Einrichtungen vorgesehen wird, bei denen die Energieversorgung ausfallen kann. Es ist aber auch möglich, elektromechanische Auslöseeinheiten zu verwenden, die dann vorteilhafterweise das Auslösesignal von der Antriebselektronik der abzubremsenden Anlage erhalten. Eine Kombination beider Auslöseeinheiten erhöht die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Sicherheitsbremssystems.The trip unit can be purely mechanical in nature and connected to a centrifugal governor, for example, with the shaft. This has the advantage that no power supply is required for their operation, whereby this embodiment of the safety brake system is provided in particular at such facilities where the power supply can fail. But it is also possible to use electromechanical trip units, which then advantageously receive the trigger signal from the drive electronics of the system to be braked. A combination of both trip units increases the reliability and safety of the safety brake system.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Querschnitt der Elektromagnete rechteckig ausgeführt. Somit kann das Gehäuse des Elektromagneten als Quader ausgeführt und dessen Innenraum vollständig mit Spulen ausgefüllt werden, wodurch sich die Kraft der Elektromagnete erhöht. Außerdem lässt sich ein quaderförmiges Gehäuse konstruktiv einfacher in das Bremssystem integrieren, wodurch Letzteres auch ein designtechnisch ansprechendes Aussehen erhält.According to an additional advantageous embodiment of the invention, the cross section of the electromagnets is rectangular. Thus, the housing of the electromagnet can be designed as a cuboid and its interior can be completely filled with coils, whereby the force of the electromagnets increases. In addition, a cuboid housing can be structurally easier to integrate into the brake system, whereby the latter also receives a design-technically pleasing appearance.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous embodiments of the invention are the following description, the drawings and claims removed.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the object of the invention is illustrated in the drawings and will be explained in more detail below. Show it:

1 eine räumliche Darstellung des erfindungsgemäßen stromlosen Bremssystems ohne Bremsscheibe, 1 a spatial representation of the inventive electroless brake system without brake disc,

2 einen Vertikalschnitt entlang der Achse der Ankerspindel des Bremssystems nach 1 mit einer gebremsten Bremsscheibe, 2 a vertical section along the axis of the armature spindle of the brake system after 1 with a braked brake disc,

3 eine Seitenansicht des Bremssystems aus 2, 3 a side view of the brake system 2 .

4 eine Ansicht des Bremssystems aus 2 in axialer Richtung und 4 a view of the brake system 2 in the axial direction and

5 eine Einzelheit A aus der Ansicht der 4. 5 a detail A from the view of 4 ,

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Description of the embodiment

Die 1 bis 5 zeigen ein erfindungsgemäßes stromloses Bremssystem mit einer Bremseinrichtung 1 zum Abbremsen einer ringförmigen Bremsscheibe 2 (2) eines hier nicht näher dargestellten Rotors einer Windkraftanlage. Die Bremsscheibe 2 ist über eine Gussnabe 3 drehfest mit einer Rotorwelle 4 verbunden, die in einem Flanschteil 5 gelagert ist. Das Gehäuse der Bremseinrichtung 1 wird durch eine quer zur Rotorwelle 4 angeordnete Grundplatte 6 sowie beiderseits an deren Stirnseiten befestigte und in axialer Richtung verlängerte Gehäuseplatten 7 gebildet. An ihrem der Bremsscheibe 2 abgewandten Ende sind die Gehäuseplatten durch einen Deckel 8 miteinander verbunden. In dem Bereich der Bremsscheibe 2 weisen die Gehäuseplatten 7 eine Aussparung auf, durch die die Bremsscheibe 2 hindurchgeführt ist, so dass sie in den Bremsbereich der Bremseinrichtung 1 hineinragt.The 1 to 5 show an inventive electroless brake system with a braking device 1 for braking an annular brake disc 2 ( 2 ) of a rotor of a wind turbine not shown here. The brake disc 2 is about a cast hub 3 rotatably with a rotor shaft 4 connected in a flange part 5 is stored. The housing of the braking device 1 is through a transverse to the rotor shaft 4 arranged base plate 6 and on both sides attached to the end faces and extended in the axial direction housing plates 7 educated. At her the brake disc 2 facing away from the housing plates by a lid 8th connected with each other. In the area of the brake disc 2 have the housing plates 7 a recess through which the brake disc 2 is passed, so that they in the braking area of the braking device 1 protrudes.

Die Bremseinrichtung 1 ist im vorliegenden Beispiel als eine schwimmend gelagerte Faustsattelbremse ausgebildet. Zur schwimmenden Lagerung dienen vier mit dem Flanschteil 5 fest verbundene Messingformstücke 9, in denen sich die Bremseinrichtung 1 in axialer Richtung parallel zur Rotorwelle 4 bewegen kann. Die unmittelbar auf die Bremsscheibe 2 wirkende Bremseinheit befindet sich im Bereich der Grundplatte 6 und weist Bremsbacken 10 auf, wobei die eine Bremsbacke 10 mittels einer Zwischenplatte 11 an der Grundplatte 6 schwenkbar aber axial nicht beweglich befestigt ist. Die von der gegenüberliegenden Seite her an der Bremsscheibe 2 angreifende Bremsbacke 10 ist ebenfalls mit einer Zwischenplatte 11 fest verbunden, die wiederum schwenkbar an einem Betätigungshebel 12 angeordnet ist. Letzterer ist mittels einer Lagerwelle 13 in den Gehäuseplatten 7 schwenkbar gelagert und mit seinem freien Ende über einen gekröpften Kraftverteiler 14 mit dem einen Ende einer in dem Gehäuse der Bremseinrichtung 1 parallel zur Rotorwelle 4 axial geführten Ankerspindel 15 verbunden. Das gegenüberliegende Ende der Ankerspindel 15 ist in axialer Verlängerung mit einem Magnetanker 16 eines Elektromagneten verbunden, der als Arbeitsmagnet 17 den Bremsvorgang ausführt und in dem vor dem Deckel 8 des Gehäuses befindlichen Raum angeordnet ist. In 2 ist der Arbeitsmagnet 17 durch die Darstellung seines Spulenraumes 18 erkennbar. Der Magnetanker 16 ist am Kopfende des Arbeitsmagneten 17 durch den Deckel 8 hindurchgeführt und an seiner Stirnfläche mit einem Halteelement 19 verbunden.The braking device 1 is formed in the present example as a floating mounted caliper brake. For floating storage serve four with the flange 5 firmly connected brass fittings 9 in which the braking device 1 in the axial direction parallel to the rotor shaft 4 can move. The directly on the brake disc 2 acting brake unit is located in the base plate 6 and has brake shoes 10 on, with the one brake shoe 10 by means of an intermediate plate 11 at the base plate 6 pivotally mounted but not axially movable. The from the opposite side to the brake disc 2 attacking brake shoe 10 is also with an intermediate plate 11 firmly connected, which in turn pivots on an operating lever 12 is arranged. The latter is by means of a bearing shaft 13 in the housing plates 7 pivotally mounted and with its free end via a cranked force distributor 14 with one end of a in the housing of the braking device 1 parallel to the rotor shaft 4 axially guided armature spindle 15 connected. The opposite end of the anchor spindle 15 is in axial extension with a magnet armature 16 connected to an electromagnet, as a working magnet 17 performs the braking and in the front of the lid 8th the housing located space is arranged. In 2 is the working magnet 17 through the representation of his coil space 18 recognizable. The magnet armature 16 is at the head of the working magnet 17 through the lid 8th passed through and on its end face with a holding element 19 connected.

In dem Raum zwischen dem Arbeitsmagneten 17 und der Bremseinheit ist die Ankerspindel 15 von einer Spiraldruckfeder 20 koaxial umgeben, die sich einenends an dem Gehäuse des Arbeitsmagneten und anderenends an einer auf die Ankerspindel 15 aufgeschraubten Stellmutter 21 abstützt.In the space between the working magnet 17 and the brake unit is the armature spindle 15 from a helical compression spring 20 Coaxially surrounding, at one end to the housing of the working magnet and the other end at one on the armature spindle 15 screwed adjusting nut 21 supported.

Am Kopfende des Arbeitsmagneten 17 ist an dem Deckel 8 eine Arretiereinrichtung für die komprimierte Spiraldruckfeder 20 angeordnet. Sie besteht aus einem parallel zu dem Deckel 8 verschiebbaren Verriegelungsrahmen 22 und einem in diesem senkrecht zur Verschieberichtung gelagerten Riegelbolzen 23 (4). Im vorliegenden Beispiel stützt sich der Verriegelungsrahmen 22 über eine in Verschieberichtung wirkende Druckfeder 24 seitlich an dem Gehäuse der Bremseinrichtung 1 ab.At the head of the working magnet 17 is on the lid 8th a locking device for the compressed coil spring 20 arranged. It consists of a parallel to the lid 8th sliding lock frame 22 and in this mounted perpendicular to the direction of locking bolt 23 ( 4 ). In the present example, the locking frame is based 22 via a pressure spring acting in the direction of displacement 24 on the side of the housing of the braking device 1 from.

Im entspannten Zustand der Spiraldruckfeder 20 drückt diese den Magnetanker 16 in Richtung des gekröpften Kraftverteilers 14, so dass sich das an dem anderen Ende des Magnetankers 16 angeordnete Haltelement 19 in der Ebene des Verriegelungsrahmens 22 befindet und dessen Riegelbolzen an einer Vorderkante des Halteelements 19 anliegt. Von dieser Vorderkante aus ist das Halteelement 19 konisch verbreitert. Der gekröpfte Kraftverteiler 14 drückt wiederum die Bremsbacke 10 über den Betätigungshebel 12 gegen die Bremsscheibe 2, d. h. die Bremseinrichtung 1 befindet sich bei entspannter Spiraldruckfeder 20 im geschlossenen Zustand. Um die Bremsbacken 10 von der Bremsscheibe 2 zu lösen, wird der Arbeitsmagnet 17 über ca. 500 Millisekunden mit ca. 2 kW bestromt. Dieser Impulsstrom erzeugt für diesen kurzen Zeitraum ein sehr starkes Magnetfeld, wodurch sich der Magnetanker 16 mit großer Geschwindigkeit zur Ankerklebefläche hin bewegt. Dabei tritt das Halteelement 19 aus der Ebene des Verriegelungsrahmens 22 heraus, während die konische Seitenfläche des Halteelements 19 den Riegelbolzen 23 und somit den gesamten Verriegelungsrahmen 22 gegen den Druck der Druckfeder 24 verschiebt. In der axialen Endstellung des Magnetankers 16 befindet sich die Hinterkante des Halteelements 19 axial vor dem Riegelbolzen 23, wodurch der Druckfeder 24 eine Widerstandsfläche entzogen ist, die Druckfeder 24 sich entspannt und dabei den Verriegelungsrahmen 22 in seine Ausgangsstellung bewegt. Dabei gelangt der Riegelbolzen 23 zwischen den Deckel 8 und das Halteelement 19 des Magnetankers 16, wodurch der Magnetanker 16 und mit ihm die Spiraldruckfeder 20 mechanisch, also stromlos, axial arretiert sind. Somit befinden sich auch die Bremsbacken 10 in dieser stromlos gehaltenen Speicherstellung der Spiraldruckfeder 20 stromlos in geöffneter Stellung.In the relaxed state of the coil spring 20 this presses the armature 16 in the direction of the cranked force distributor 14 so that is at the other end of the armature 16 arranged holding element 19 in the plane of the locking frame 22 and its locking bolt at a front edge of the holding element 19 is applied. From this front edge is the holding element 19 conically widened. The cranked force distributor 14 in turn pushes the brake shoe 10 over the operating lever 12 against the brake disc 2 ie the braking device 1 is located on a relaxed coil spring 20 in the closed state. To the brake shoes 10 from the brake disc 2 to solve, becomes the working magnet 17 energized for about 500 milliseconds with about 2 kW. This pulse current generates for this short period of time a very strong magnetic field, which causes the armature 16 moved to the adhesive surface at high speed. In this case, the holding element occurs 19 from the plane of the locking frame 22 out while the conical side surface of the retaining element 19 the locking bolt 23 and thus the entire locking frame 22 against the pressure of the compression spring 24 shifts. In the axial end position of the magnet armature 16 is the trailing edge of the retaining element 19 axially in front of the locking bolt 23 , whereby the compression spring 24 a resistance surface is withdrawn, the compression spring 24 relaxes while keeping the locking frame 22 moved to its original position. In this case, the locking bolt arrives 23 between the lids 8th and the holding element 19 of the magnet armature 16 , causing the armature 16 and with it the helical compression spring 20 mechanically, ie de-energized, axially locked. Thus, there are also the brake shoes 10 in this de-energized storage position of the compression coil spring 20 de-energized in the open position.

Seitlich des Arbeitsmagneten 17 ist an einer der Gehäuseplatten 7 eine die Arretiereinrichtung entsperrende Auslöseeinheit angeordnet, die im vorliegenden Beispiel aus einem Entriegelungsmagneten 25 mit einem in Verschieberichtung des Verriegelungsrahmens 22 agierenden Anker besteht, der auf einen mit dem Verriegelungsrahmen 22 in Wirkverbindung stehenden Entriegelungshebel 26 wirkt. Soll nun der Bremsvorgang ausgelöst werden, so erhält der Entriegelungsmagnet 25 über eine hier nicht näher dargestellte Steuerelektronik einen Stromimpuls zur Erzeugung eines Magnetfeldes. Dadurch bewegt sich der Anker des Entriegelungsmagneten 25 auf den Entriegelungshebel 26 zu, der wiederum den Verriegelungsrahmen 22 so verschiebt, dass sich der Verriegelungsbolzen 23 aus seiner Verriegelungsposition heraus bewegt und dadurch den Verschiebeweg des Magnetankers 16 frei gibt, so dass sich die Spiraldruckfeder 20 entspannt und dadurch der Bremsvorgang ausgeführt wird.Side of the working magnet 17 is on one of the housing plates 7 a release device unlocking the locking unit is arranged, which in the present example of an unlocking magnet 25 with a displacement direction of the locking frame 22 acting on the anchor with the locking frame 22 operatively connected unlocking lever 26 acts. If now the braking process to be triggered, the unlocking magnet receives 25 via a control electronics, not shown here, a current pulse for generating a magnetic field. As a result, the armature of the unlocking magnet moves 25 on the release lever 26 to, in turn, the locking frame 22 so shifts that the locking bolt 23 moved out of its locking position and thereby the displacement of the armature 16 free, so that the helical compression spring 20 relaxed and thereby the braking operation is performed.

Die Arretiereinrichtung kann aber auch manuell entsperrt werden. Hierzu ist auf der gleichen Seite der Bremseinrichtung 1, auf der der Entriegelungsmagnet 25 angeordnet ist, ein Entriegelungsgestänge 27 vorgesehen, das mit dem Anker des Entriegelungsmagneten 25 in Wirkverbindung steht. Seine manuelle Betätigung bewegt den Anker des Entriegelungsmagneten 25 auf den Entriegelungshebel 26, der wiederum den Verriegelungsrahmen 22 mit den oben beschriebenen Folgen entriegelt.The locking device can also be unlocked manually. For this purpose, on the same side of the braking device 1 on which the unlocking magnet 25 is arranged, a Entriegelungsgestänge 27 provided with the armature of the unlocking magnet 25 is in active connection. Its manual operation moves the armature of the unlocking magnet 25 on the release lever 26 that in turn locks the locking frame 22 unlocked with the consequences described above.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Arretiereinrichtung durch einen in der Gussnabe 3 angeordneten Fliehkraftregler 28, wie er in 4 dargestellt ist, zu entsperren. Hierzu ist an dem Entriegelungsgestänge 27 ein Auslösehebel 29 angeordnet, der durch den Fliehkraftregler 28 ausgelöst wird.Another possibility is the locking device by a in the cast hub 3 arranged centrifugal governor 28 as he is in 4 is shown to unlock. For this purpose is on the Entriegelungsgestänge 27 a trigger 29 arranged by the centrifugal governor 28 is triggered.

Alle hier dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All features shown here may be essential to the invention both individually and in any combination.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Bremseinrichtungbraking means
22: Bremsscheibebrake disc
33: Gussnabecast hub
44: Rotorwellerotor shaft
55: Flanschkörperflange
66: Grundplattebaseplate
77: Gehäuseplattehousing plate
88th: Deckelcover
99: MessingformstückBrass molding
1010: Bremsbackebrake shoe
1111: Zwischenplatteintermediate plate
1212: Betätigungshebelactuating lever
1313: Lagerwellebearing shaft
1414: Gekröpfter KraftverteilerCranked power distributor
1515: Ankerspindelarmature shaft
1616: Magnetankerarmature
1717: Arbeitsmagnetworking magnet
1818: Spulenraumcoil space
1919: Halteelementretaining element
2020: SpiraldruckfederCoil spring
2121: Stellmutteradjusting nut
2222: Verriegelungsrahmenlocking frame
2323: Riegelbolzenlocking bolt
2424: Druckfedercompression spring
2525: EntriegelungsmagnetEntriegelungsmagnet
2626: Entriegelungshebelrelease lever
2727: EntriegelungsgestängeEntriegelungsgestänge
2828: Fliehkraftreglergovernor
2929: Auslösehebelsear

Claims

Safety brake system according to the principle of a normally open electromagnetic brake, consisting of - a braking device ( 1 ) with at least two opposing brake shoes ( 10 ), which in the de-energized state of the braking device ( 1 ) of a component to be braked ( 2 ) are spaced apart and to move towards each other to initiate the braking process, - an electromagnet ( 17 ) with an anchor ( 16 ), - an actuating device ( 12 . 14 . 15 ), which at one end with at least one of the brake shoes ( 10 ), - a mechanical energy store ( 20 ), which is above the anchor ( 16 ) of the electromagnet ( 17 ) is compressible, - one of the mechanical energy storage ( 20 ) in compressed position holding locking device ( 19 . 22 . 23 ) and - one the locking device ( 19 . 22 . 23 ) unlocking trip unit ( 25 . 26 ), which is controllable manually and / or by a brake signal, characterized in that - the actuating device ( 12 . 14 . 15 ) with its other end with the anchor ( 16 ) of the electromagnet ( 17 ), - that the mechanical energy store ( 20 ) with the other end of the anchor ( 16 ) of the electromagnet ( 17 ) and - that the locking device ( 19 . 22 . 23 ) from a transverse to the axis of action of the mechanical energy store ( 20 ) displaceable bolt, the means for the axial displacement of the mechanical energy storage ( 20 ) having.

Safety braking system according to claim 1, characterized in that the braking device ( 1 ) is a floating mounted electromagnetic floating caliper brake.

Safety brake system according to claim 1 or 2, characterized in that the actuating device consists of a cranked force distributor ( 14 ) consists.

Safety brake system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the mechanical energy store a helical compression spring ( 20 ).

Safety brake system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the displaceable latch from a Locking frame ( 22 ) with one in the locking frame ( 22 ) arranged transversely to the direction of displacement locking bolt ( 23 ) and that to the locking frame ( 22 ) pointing end of the mechanical energy store ( 20 ) with a holding element ( 19 ), which in the compressed position of the mechanical energy store ( 20 ) on the locking bolt ( 23 ) is present.

Safety brake system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the unlocking trip unit ( 25 . 26 ) a mechanically acting triggering unit ( 26 ).

Safety brake system according to claim 6, characterized in that the mechanically acting triggering unit ( 26 ) with the shaft of a centrifugal governor ( 28 ) connected is.

Safety brake system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the unlocking trip unit ( 25 . 26 ) an electromagnetic trip unit ( 25 ).

Safety brake system according to claim 8, characterized in that the electromagnetic trip unit ( 25 ) receives the trigger signal from the drive electronics of a system to be braked.

Safety brake system according to one of claims 1 to 5, characterized in that as unlocking trip unit ( 25 . 26 ) both a mechanically acting trip unit ( 26 ) as well as an electromagnetic trip unit ( 25 ) is provided.

Safety brake system according to one of claims 1 to 10, characterized in that the cross-section of the electromagnets ( 17 ) is rectangular.