DE102013108439B4

DE102013108439B4 - Schienenzangenvorrichtung und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE102013108439B4
Application number: DE102013108439.7A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Kaspar; Florian Wyes; Jens Diehl; Volker Dietrich
Original assignee: Konecranes Global Oy
Current assignee: Stahl CraneSystems GmbH
Priority date: 2013-08-06
Filing date: 2013-08-06
Publication date: 2017-05-04
Anticipated expiration: 2033-08-07
Also published as: DE102013108439A1; WO2015018664A1

Abstract

Schienenzangenvorrichtung (10) mit einer Schienenzange (11), die wenigstens zwei Reibflächen (15a) aufweist, die in einer Klemmstellung (K) der Schienenzange (11) von entgegengesetzten Seiten gegen eine Schiene (14) gedrückt werden, und die in einer Freigabestellung (F) der Schienenzange (11) die Schiene (14) nicht klemmend beaufschlagen, mit einer Betätigungseinheit (19), die eine Betätigungskraft (B) erzeugt, wobei mittels der Betätigungskraft (B) die Schienenzange (11) von ihrer Freigabestellung (F) in ihre Klemmstellung (K) bewegbar ist, mit einer Antriebseinrichtung (34) mittels der die Schienenzange (11) entgegen der Betätigungskraft (B) von der Klemmstellung (K) in die Freigabestellung (F) bewegbar ist, wobei die Antriebseinrichtung (34) einen Elektromotor (35) aufweist, der eine Antriebswelle (38) antreibt, die über ein Getriebe (45) mit einem Antriebsrad (46) verbunden ist, das über ein Verbindungsmittel (47) mit der Schienenzange (11) und/oder der Betätigungseinheit (19) verbunden ist, wobei der Antriebswelle (38) oder einem mit der Antriebswelle (38) drehfest verbundenen Element eine Bremseinrichtung (40) zugeordnet ist, die durch eine Bewegung der Antriebswelle (38) oder des Elements in einer ersten Richtung (R1) parallel zu der Drehachse (D) der Antriebswelle (38) in eine Bremsstellung (V) oder durch eine Bewegung in einer zur ersten Richtung (R1) entgegengesetzten zweiten Richtung (R2) in eine Lösestellung (L) bewegbar ist, wobei das Getriebe (45) eine Getriebestufe (55a) mit Schrägverzahnung aufweist, die im stromlosen Zustand des Elektromotors (35) bei einer Drehmomentbeaufschlagung des Antriebsrades (46) die Antriebswelle (38) oder das damit drehfest verbundene Element in die zweite Richtung (R2) bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schienenzangenvorrichtung, sowie ein Verfahren zum Betreiben der Schienenzangenvorrichtung. Die Schienenzangenvorrichtung ist insbesondere explosionsgeschützt ausgeführt. Die Antriebseinrichtung sowie ein Steuersystem zur Steuerung und Bedienung der Schienenzangenvorrichtung sind vorteilhafterweise explosionsgeschützt ausgeführt, so dass die Schienenzangenvorrichtung in einer explosionsgefährdeten Atmosphäre betrieben werden kann. Insbesondere kann dabei auf eine Antriebseinrichtung sowie ein Steuersystem zurückgegriffen werden, das auch bei Hebezeugen verwendet wird.
Eine Schienenzangenvorrichtung ist beispielsweise aus DE 11 39 958 A bekannt. Die Schienenzangenvorrichtung weist zwei schwenkbar gelagerte Zangenschenkel auf. Über eine Antriebseinrichtung können Reibbeläge an den Zangenschenkeln gegen eine Schiene gedrückt werden. Die Antriebseinrichtung ist von einem Fluidzylinder gebildet. Der Fluidzylinder ist zwischen den Zangenschenkeln angeordnet.
DE 197 14 114 A1 beschreibt ebenfalls eine Schienenzangenvorrichtung. Die Schienenzangenvorrichtung weist zwei Zangenschenkel mit jeweils einem Reibbelag auf. Eine durch einen Kraftspeicher mit einem Federpaket gebildete Betätigungseinheit erzeugt eine Betätigungskraft zum Umschalten der Schienenzange in ihre Klemmstellung. Eine Antriebseinrichtung mit einem Spindelantrieb dient zum Umschalten der Schienenzange von der Klemmstellung in die Freigabestellung und wirkt der Betätigungskraft der Betätigungseinheit entgegen.
Aus EP 0 620 180 B1 ist ferner eine Schienenzangenvorrichtung bekannt, bei der die Schienenzange durch einen fluidischen Zylinder betätigbar ist.
Außerdem beschreibt EP 2 244 922 B1 eine Schienezangenvorrichtung bei der die Antriebseinrichtung einen Nockenantrieb aufweist. Nocken mit einer vorgegebenen Kontur werden durch ein Antriebsteil beaufschlagt, um die Zangenschenkel zum Klemmen oder zum Lösen zu verschwenken. Durch die Nockenkontur kann eine sich ändernde Federkraft kompensiert werden.
Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Schienenzangenvorrichtung mit einem einfachen Aufbau zu schaffen, die sich insbesondere sehr einfach explosionsgeschützt ausführen lässt.
Diese Aufgabe wird durch eine Schienenzangenvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 13 gelöst.
Die Schienenzangenvorrichtung weist eine Schienenzange mit zwei Zangenschenkeln auf. An jedem Zangenschenkel ist eine Reibfläche ausgebildet. In einer Klemmstellung der Schienenzange werden die Reibflächen gegen eine Schiene gedrückt. Die Schienenzange wird dann klemmend an der Schiene gehalten. Dadurch kann beispielsweise ein entlang der Schiene bewegbares Fahrzeug oder Schlitten, beispielsweise ein Kran, in einer gewünschten Stellung klemmend gehalten werden. In einer Freigabestellung der Schienenzange beaufschlagen die Reibflächen die Schiene nicht klemmend. Zwar ist auch in der Freigabestellung ein Kontakt der Reibflächen mit der Schiene möglich, allerdings wird dabei keine nennenswerte Klemmkraft erzeugt, so dass eine Relativbewegung zwischen der Schienenzange und der Schiene zugelassen wird. Die Reibflächen können an Reibbelägen ausgebildet sein, die mit der Schienenzange verbunden sind.
Eine Betätigungseinheit erzeugt eine Betätigungskraft, die dazu vorgesehen ist, die Schienenzange in ihre Klemmstellung bewegen. Die Betätigungseinheit kann hierfür mechanische und/oder fluidische Kraftspeicher aufweisen, beispielsweise mechanische Federn und/oder Luftfedern und/oder Fluiddruckspeicher. Vorzugsweise wird die Betätigungskraft über ein Schräg- oder Keilflächengetriebe in eine Spreizkraft zum Auseinanderspreizen der Betätigungsenden der beiden Zangenschenkel der Schienenzange umgesetzt.
Die Schienenzangenvorrichtung weist außerdem eine Antriebseinrichtung auf, mittels der eine Antriebskraft erzeugt werden kann, die der Betätigungskraft entgegengerichtet ist, so dass die Schienenzange in ihre Freigabestellung bewegt werden kann. Als Antriebseinrichtung dient dabei eine Hebezeugantriebseinrichtung, wie sie auch für Hebezeuge, insbesondere Kettenzüge oder Seilzüge eingesetzt werden kann. Solche Hebezeugantriebseinrichtungen können unabhängig von den übrigen Komponenten der Schienenzange explosionsgeschützt ausgestaltet werden und daher als explosionsgeschütztes Antriebsmodul für die Schienenzange verwendet werden. Die Antriebseinrichtung lässt sich dabei als explosionsgeschütztes Modul an die Schienenzange anbauen.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführung weist die Antriebseinrichtung einen Elektromotor auf, der eine Antriebswelle antreibt. Die Antriebswelle ist über ein Getriebe mit einem Antriebsrad verbunden. Das Antriebsrad beaufschlagt ein Verbindungsmittel, insbesondere ein Zugmittel, wie eine Kette, ein Seil, einen Riemen oder dergleichen. Über das Verbindungs- oder Zugmittel ist das Antriebsrad mit der Schienenzange und/oder der Betätigungseinheit gekoppelt. Auf diese Weise kann eine Antriebskraft erzeugt werden, die der Betätigungskraft entgegenwirkt, um die Schienenzange in die Freigabestellung zu bewegen.
Die Antriebswelle oder ein drehfest mit der Antriebswelle verbundenes Element ist einer Bremseinrichtung zugeordnet, die vorzugsweise als Reibungsbremseinrichtung ausgeführt ist. Die Antriebswelle bzw. das damit verbundene Element ist in einer ersten und einer zweiten Richtung parallel zur Drehachse der Antriebswelle bewegbar bzw. verschiebbar angeordnet. Bei der Bewegung in der ersten Richtung, wird die Bremseinrichtung in eine Bremsstellung gebracht. Bei einer Bewegung in die der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung wird die Bremseinrichtung in eine Lösestellung gebracht.
Im stromlosen Zustand des Elektromotors wird die Schienenzange durch die Betätigungskraft in die Klemmstellung bewegt. Eine derartige Bewegung darf durch die Bremseinrichtung nicht verhindert werden, um ein sicheres Klemmen der Schienenzange auch bei Stromausfall zu gewährleisten. Über das Verbindungsmittel wird das Antriebsrad beim Bewegen der Schienenzange aus der Freigabestellung in die Klemmstellung gedreht. Diese Drehung wird auf eine Getriebestufe mit einer Schrägverzahnung übertragen, wobei eines der Zahnräder dieser Getriebestufe mit der Antriebswelle oder dem damit verbundenen Element fest verbunden ist. Diese Getriebestufe sorgt wegen ihrer Schrägverzahnung bei stromlosem Elektromotor und der Drehmomentbeaufschlagung des Antriebsrades aufgrund der Vorspannung der Schienenzange in die Klemmstellung für eine Bewegung der Antriebswelle oder des damit verbundenen Elements in die zweite Richtung, so dass die Bremseinrichtung in die Lösestellung gebracht wird. Dadurch ist ein sicheres Umschalten der Schienenzange in die Klemmstellung gewährleistet.
Sobald die Schienenzange die Klemmstellung erreicht hat, bleibt das Antriebsrad stehen und die Bremseinrichtung wird aus der Lösestellung wieder in die Bremsstellung bewegt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen der Rotor und der Aufnahmeraum für den Rotor im Stator des Elektromotors eine konische Gestalt auf. Der Durchmesser des Rotors sowie des Aufnahmeraums des Elektromotors nehmen in einer Richtung parallel zur Drehachse kontinuierlich zu bzw. ab. Durch Verschieben des Rotors gegenüber dem Stator parallel zur Drehachse kann dadurch die Größe des Luftspalts verändert werden. Der Rotor und/oder der Stator des Elektromotors sind vorzugsweise koaxial zur Antriebswelle angeordnet. Der Rotor sitzt fest auf der Antriebswelle und ist gemeinsam mit der Antriebswelle in Richtung der Drehachse verschiebbar.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Vorspannmittel vorhanden, das den Rotor und/oder die Antriebswelle und/oder das mit der Antriebswelle drehfest verbundene Element mit einer Vorspannkraft beaufschlagt, die in die erste Richtung gerichtet ist. Über die Vorspannkraft des Vorspannmittels wird die Bremseinrichtung somit in die Bremsstellung geschaltet. Insbesondere wird die Vorspannkraft durch Betreiben des Elektromotors überwunden. Durch das Magnetfeld und die konische Form des Rotors wird beim Bestromen des Elektromotors eine axiale Kraft erzeugt, die der Vorspannkraft entgegengerichtet ist. Dadurch wird die Drehung des Rotors nicht durch die Bremseinrichtung gehindert.
Vorzugsweise weist die Betätigungseinheit einen bewegbar gelagerten Betätigungskörper auf. Die Betätigungskraft der Betätigungseinheit wirkt auf diesen Betätigungskörper, der beispielsweise zwischen den beiden Zangenschenkeln angeordnet sein kann. Der Betätigungskörper ist zumindest mit einem und vorzugsweise mit beiden Zangenschenkeln gekoppelt. Diese Kopplung erfolgt vorzugsweise über ein Schrägflächen- oder Keilflächengetriebe.
Die Schienenzangenvorrichtung kann bei einem Ausführungsbeispiel außerdem eine Sicherungseinheit aufweisen. Die Sicherungseinheit dient dazu, die Schienenzange in der Freigabestellung zu halten, ohne das der Elektromotor dauern bestromt und ein Antriebsmoment erzeugen muss. Bei einem Stromausfall gibt sowohl die Sicherungseinheit, als auch die Antriebseinrichtung die Bewegung der Schienenzange in die Klemmstellung frei.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Sicherungseinheit einen Fluidzylinder auf, der Bestandteil eines Fluidkreislaufs sein kann. Die Kolbenstange des Fluidzylinders ist mit dem einen Zangenschenkel und das Zylindergehäuse mit dem jeweils anderen Zangenschenkel verbunden. Beim Bewegen der Zangenschenkel kann der Kolben mit der Kolbenstange unter Verdrängung von Fluid aus einer der beiden durch den Kolben fluidisch voneinander getrennten Fluidkammern des Fluidzylinders bewegt werden. Wird zumindest eine Fluidkammer des Fluidzylinders abgesperrt, ist das Ausfahren und Einfahren der Kolbenstange verhindert und die Sicherungseinheit kann die Schienenzange in der aktuellen Stellung, beispielsweise in der Freigabestellung, halten. Vorzugsweise sitzt dazu in einem Fluidkreislauf, der die beiden Fluidkammern des Fluidzylinders verbindet, ein ansteuerbares Umschaltventil. In seiner Sperrstellung blockiert das Umschaltventil eine Fluidströmung und der Fluidzylinder wird in der entsprechenden Position gehalten, beispielsweise wenn die Schienenzange die Freigabestellung einnimmt. Der Elektromotor kann dann, nach dem er die Schienenzange von der Klemmstellung in die Freigabestellung bewegt hat, abgeschaltet werden, so dass er sich im Freilauf befindet.
Das Umschaltventil ist vorzugsweise ein elektrisch betätigtes Ventil, z. B. ein Magnetventil. Vorzugsweise ist es auf seine Offenstellung hin, z. B. durch eine Feder, vorgespannt. Durch seinen Antrieb lässt es sich in Sperrstellung überführen. Vorzugsweise ist es selbstöffnend ausgebildet. Das heißt, in stromlosem Zustand geht es selbsttätig in Offenstellung über. Bei Stromausfall wird die Schienenzange entsperrt und geht selbsttätig in Klemmstellung.
Vorzugsweise ist an der Bremszange oder einem Getriebeglied zu ihrer Betätigung ein Endschalter so angeordnet, dass er bei Erreichen der Freigabestellung der Bremszange ein Schaltsignal generiert. Das Schaltsignal dient zum Stillsetzen des die Bremszange öffnenden Antriebs.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der Beschreibung. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Schienenzangenvorrichtung mit Schienenzange, Antriebseinrichtung und Steuersystem,
2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der der Schienenzange und der Antriebseinrichtung der Schienenzangenvorrichtung nach 1, wobei sich die Schienenzange in der Freigabestellung befindet,
3 das Blockschaltbild gemäß 2, wobei sich die Schienenzange in der Klemmstellung befindet,
4 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Schienenzangenvorrichtung, wobei sich die Schienenzange in der Freigabestellung befindet,
5 die Schienenzangenvorrichtung gemäß 4, wobei sich die Schienenzange in der Klemmstellung befindet,
6 eine teilweise geschnittene Darstellung eines Teils der Schienenzangenvorrichtung aus den 4 und 5, wobei sich eine der Antriebswelle zugeordnete Bremseinrichtung in einer Lösungsstellung befindet und
7 eine teilweise geschnittene Darstellung des Teils der der Schienenzangenvorrichtung aus 6, wobei sich die Bremseinrichtung in einer Bremsstellung befindet.
In den 1 bis 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer Schienenzangenvorrichtung 10 veranschaulicht. Sie weist eine Schienenzange 11 auf, zu der zwei Zangenschenkel 12 gehören. Jeder der beiden Zangenschenkel 12 ist an einem Schwenklager 13 um eine Schwenkachse S schwenkbar gelagert. Die Schwenkachsen S verlaufen parallel zueinander und parallel zur Erstreckungsrichtung einer Schiene 14, der die Schienenzange 11 zugeordnet ist. An einem der Schiene 14 jeweils zugeordneten Ende weist jeder Zangenschenkel 12 eine Reibfläche 15a auf, die an einem Reibbelag 15 ausgebildet sein kann. In einer Klemmstellung K werden die Reibflächen 15a der Reibbeläge 15 von entgegengesetzten Seiten gegen die Schiene 14 bzw. den Schienenkopf gedrückt, so dass eine Klemmwirkung zwischen der Schienenzange 11 und der Schiene 14 bewirkt wird. Die Klemmstellung K ist schematisch in 3 veranschaulicht. In einer Freigabestellung F der Schienenzange 11 sind die Reibflächen 15a der Reibbeläge 15 beispielsgemäß von der Schiene 14 beabstandet, so dass keine Klemmwirkung hervorgerufen wird. Alternativ hierzu könnten die Reibflächen 15a der Reibbeläge 15 auch ohne Erzeugung einer nennenswerten Reibungs- bzw. Klemmkraft auch in der Freigabestellung F in Kontakt mit der Schiene 14 sein.
Die Schienenzangenvorrichtung 10 weist eine Betätigungseinheit 19 auf, die eine Betätigungskraft B erzeugt. Die Betätigungskraft B kann dazu verwendet werden, die Schienenzange 11 von der Freigabestellung F in die Klemmstellung K zu bewegen. Beim Ausführungsbeispiel wird die Betätigungskraft B durch eine mechanische Federeinheit 20 erzeugt. Die Federeinheit 20 ist zwischen den beiden Zangenschenkeln 12 angeordnet. Die Betätigungskraft B ist von der Schiene 14 weg rechtwinklig zu den Schwenkachsen S gerichtet. Die Federeinheit 20 weist beim Ausführungsbeispiel mindestens zwei Schraubenfedern 21 auf. Die Anzahl der Schraubenfedern 21 hängt von der gewünschten Betätigungskraft B ab. Vorzugsweise ist die Anzahl der vorhandenen Schraubenfedern 21 geradzahlig, so dass diese symmetrisch auf entgegengesetzten Seiten einer Längsmittelebene durch die Schienenzange 11 angeordnet werden können.
Zu der Betätigungseinheit 19 gehört beim Ausführungsbeispiel ein in Richtung der Betätigungskraft B verschiebbar gelagerter Betätigungskörper 22. Die Federeinheit 20 stützt sich einerseits am Betätigungskörper 22 und andererseits an einem Lagerkörper 23 ab. Der Lagerkörper 23 ist in und entgegen der Richtung der Betätigungskraft B unbeweglich angeordnet und weist beispielsgemäß die Schwenklager 13 für die Zangenschenkel 12 auf. Der Lagerkörper 23 kann beispielsweise an einem entlang der Schiene bewegbaren Wagen oder Fahrzeug oder Schlitten angeordnet sein.
Der Betätigungskörper 22 ist über ein Keilgetriebe oder Schrägflächengetriebe 24 mit den beiden Zangenschenkeln 12 gekoppelt. Das Schrägflächengetriebe 24 dient dazu, die Betätigungskraft B in eine Spreizkraft Z umzusetzen, die quer zur Betätigungskraft B orientiert ist und auf ein Betätigungsende 25 eines Zangenschenkels 12 einwirkt. Auf jeden Zangenschenkel 12 wirkt eine Spreizkraft Z, die das Betätigungsende 25 vom jeweils anderen Zangenschenkel 12 weg drückt. Beispielsgemäß ist die Spreizkraft Z rechtwinklig zur Erstreckungsrichtung der Schiene 14 und rechtwinklig zur Betätigungskraft B orientiert. Die Spreizkraft Z kann auch tangential zu einem Kreis um die Schwenkachse S ausgerichtet sein. In jedem Fall dient die Spreizkraft Z dazu, die beiden Betätigungsenden 25 der Zangenschenkel 12 voneinander weg zu drücken und dabei eine Schwenkbewegung der Zangenschenkel 12 um die jeweilige Schwenkachse S zu erzeugen bis die Klemmstellung K erreicht ist. Durch die Spreizkräfte Z werden die Reibflächen 15a der Reibbeläge 15 in der Klemmstellung K mit der erforderlichen Klemmkraft gegen die Schiene 14 gedrückt.
Das Schrägflächengetriebe 24 weist wenigstens eine und beispielsgemäß zwei Schrägflächen 28 auf, wobei an jedem Zangenschenkel 12 eine Schrägfläche 28 angeordnet ist. Jede Schrägfläche 28 begrenzt beispielsgemäß einen Abschnitt einer Aussparung oder Nut 29 im Zangenschenkel 12. Die Schrägflächen 28 verlaufen schräg geneigt zur Richtung der Betätigungskraft B sowie schräg geneigt zur jeweiligen Spreizkraft Z. Die Schrägflächen 28 sind in parallel zu den Schwenkachsen S orientiert. Die Schrägflächen 28 der beiden Zangenschenkel 12 verlaufen mit zunehmender Entfernung von den Schwenkachsen S geneigt aufeinander zu.
Am Betätigungskörper 22 sind zwei Nutvorsprünge 30 angeordnet, die in jeweils eine Nut 29 eingreifen. Die Nutvorsprünge 30 sind beispielsgemäß als zylindrische Zapfen ausgeführt und erstrecken sich in etwa parallel zu den Schwenkachsen S. Sie liegen innerhalb der jeweiligen Nut 29 an der zugeordneten Schrägfläche 28 an.
Bei einer Bewegung des Betätigungskörpers 22 in Richtung der Betätigungskraft B von den Schwenkachsen S weg, gleitet jeder Nutvorsprung 30 an der zugeordneten Schrägfläche entlang und schwenkt das betreffende Betätigungsende 25 des Zangenschenkels 12 vom jeweils anderen Betätigungsende weg. Dabei werden die Zangenschenkel 12 um die jeweilige Schwenkachse S geschwenkt und die Reibbeläge 15 aufeinander zu bewegt, bis sie an der Schiene 14 anliegen und dort eine Klemmkraft erzeugen. Dann befindet sich die Schienenzange 11 in der Klemmstellung K (3 und 5).
Um die Schienenzange 11 in die Freigabestellung F zu bewegen, weist die Schienenzangenvorrichtung 10 eine Antriebseinrichtung 34 auf. Die Antriebseinrichtung 34 ist beispielsgemäß durch eine Hebezeugsantriebseinrichtung 34a gebildet, wie sie für Hebezeuge, insbesondere Kettenzüge oder Seilzüge verwendet wird. Die Antriebseinrichtung 34 ist als Anbaumodul mit der Schienenzange 11 verbunden.
Die Antriebseinrichtung 34 weist einen Elektromotor 35 mit einem Rotor 36 und einem Stator 37 auf. Der Rotor 36 ist unbeweglich auf einer Antriebswelle 38 koaxial dazu angeordnet. Die Antriebswelle 38 ist um eine Drehachse D drehbar und entlang der Drehachse D in eine erste Richtung R1 und in eine zur ersten Richtung R1 entgegengesetzte zweite Richtung R2 verschiebbar gelagert. Der Rotor 36 des Elektromotors 35 hat eine konische Kontur. Sein Durchmesser nimmt in der ersten Richtung R1 zu. Der Aufnahmeraum des Stators 37 für den Rotor 36 ist entsprechend konisch ausgeführt. Beim Verschieben des Rotors 36 gemeinsam mit der Antriebswelle 38 kann dadurch die Breite des Luftspalts zwischen dem Rotor 36 und dem Stator 37 verändert werden.
Der Antriebswelle 38 oder alternativ einem fest mit der Antriebswelle 38 verbundenen Element der Antriebseinrichtung 34 ist eine Bremseinrichtung 40 zugeordnet. Die Bremseinrichtung 40 ist als Reibungsbremse mit zwei in der Bremsstellung V aneinander anliegenden bzw. gegeneinander gedrückten Reibungselementen 41 ausgeführt. Zumindest eines der beiden Reibungselemente 41 kann einen Bremsbelag aufweisen. In einer Lösstellung L der Bremseinrichtung 40 sind die beiden Reibungselemente 41 voneinander beabstandet, so dass keine Bremswirkung der Rotationsbewegung um die Drehachse D erfolgt. In einer Bremsstellung V liegen die Reibungselemente 41 aneinander an und bremsen die Drehbewegung der Antriebswelle 38 um die Drehachse D.
Das Umschalten der Bremseinrichtung 40 zwischen der Bremsstellung V und der Lösestellung L erfolgt durch eine Verschiebung der Antriebswelle 38 gemeinsam mit dem Rotor 36 entlang der Drehachse D. Beim Verschieben in die erste Richtung R1 werden die Reibungselemente 41 gegeneinander gedrückt und die Bremseinrichtung 40 befindet sich in der Bremsstellung V. Durch eine Verschiebung in die zweite Richtung R2 wird die Bremseinrichtung 40 von der Bremsstellung V in die Lösestellung L gebracht.
Ein Vorspannmittel 42, beispielsweise eine Feder oder ein Federpaket, beaufschlagt die Antriebswelle 38 mit einer Vorspannkraft in die erste Richtung R1. Ohne Überwindung dieser Vorspannkraft bleibt die Bremseinrichtung 40 in der Bremsstellung V.
Die Antriebswelle 38 ist über ein Getriebe 45 mit einem Antriebsrad 46 gekoppelt. Ein Verbindungsmittel 47 und beispielsgemäß ein Zugmittel 48 stellt eine Antriebsverbindung zwischen dem Antriebsrad 46 und der Betätigungseinheit 19, insbesondere dem verschiebbar angeordneten Betätigungskörper 22 her. Als Zugmittel 48 kann beispielsweise eine Kette, ein Seil, ein Riemen, oder dergleichen verwendet werden. Das Antriebsrad 46 beaufschlagt das Zugmittel 48 im Wesentlichen schlupffrei. Beispielsgemäß ist ein erstes Ende 49 des Zugmittels 48 an einer Bezugsstelle befestigt und ausgehend vom ersten Ende 49 über das Antriebsrad 46 geführt. Der Abschnitt zwischen dem ersten Ende 49 und dem Antriebsrad 46 stellt das Leertrum des Zugmittels 48 dar. Ausgehend vom Antriebsrad 46 erstreckt sich das Lasttrum des Zugmittels über ein erstes Umlenkrad 50 am Lagerkörper 23 und ein zweites Umlenkrad 51 am Betätigungskörper 22 zu einem zweiten Ende 52 hin. Das zweite Ende 52 des Zugmittels 48 ist beispielsgemäß am Lagerkörper 23 befestigt.
Durch Spannen des Lasttrums des Zugmittels 48 kann der Betätigungskörper 22 entgegen der Betätigungskraft B der Betätigungseinheit 19 auf den Lagerkörper 23 zu bewegt werden, wodurch die Schienenzange 11 von der Klemmstellung K in die Freigabestellung F bewegt werden kann. Umgekehrt führt ein Lösen des Lasttrums des Zugmittels 48 dazu, dass durch die Betätigungskraft B der Betätigungskörper 22 vom Lagerkörper 23 weg bewegt und über das Schrägflächengetriebe eine Spreizkraft Z auf die Zangenschenkel 12 erzeugt wird. Dadurch wird die Schienenzange 11 in die Klemmstellung K überführt.
Das Getriebe 45 kann mehrere Getriebestufen 55 aufweisen. Beispielsgemäß weist das Getriebe 45 zumindest eine erste Getriebestufe 55a mit einem schräg verzahnten ersten Zahnrad 56 und einem schräg verzahnten zweiten Zahnrad 57 auf. Das erste Zahnrad 56 ist mit der Antriebswelle 48 verbunden und sitzt beispielsgemäß unmittelbar auf der Antriebswelle 38. Das erste Zahnrad 56 ist relativ zur Antriebswelle 48 unbeweglich.
Die Antriebseinrichtung 34 weist außerdem eine Überlastsicherung 60 auf. Die Überlastsicherung 60 dient dazu, den Motorstrom des Elektromotors 35 zu begrenzen. Beim Ausführungsbeispiel ist die Überlastsicherung 60 durch eine Überlastkupplung 61 in Getriebe 45 realisiert, die lediglich Drehmomente bis zu einem Maximalwert übertragen kann. Steigt das Drehmoment weiter an, hebt die Überlastkupplung 61 die drehfeste Kopplung innerhalb des Getriebes 45 auf. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Motorstrombegrenzung durch elektrische und/oder elektronische Mittel vorgesehen sein.
Die Schienenzangenvorrichtung 10 weist außerdem eine Sicherungseinheit 64 auf. Die Sicherungseinheit 64 dient dazu, die Schienenzange 11 in der Freigabestellung F zu halten, so dass der Elektromotor 35 abgestellt werden kann, nachdem die Freigabestellung F erreicht wurde. Die Sicherungseinheit 64 weist dazu einen Fluidzylinder 65 mit einem Zylindergehäuse 66 auf, in dem ein Kolben mit einer Kolbenstange 67 verschiebbar gelagert ist. Das Zylindergehäuse 66 ist mit einem Betätigungsende 25 des einen Zangenschenkels 12 und die Kolbenstange 67 mit dem Betätigungsende 25 des jeweils anderen Zangenschenkels 12 verbunden. Der Fluidzylinder 65 ist durch den Kolben in zwei Fluidkammern unterteilt, die über eine Fluidleitung 68 miteinander verbunden sind. Dadurch ist ein Fluidkreislauf 69 gebildet.
In der Fluidleitung 68 sitzt ein Umschaltventil 70. Das Umschaltventil 70 ist beispielsgemäß elektrisch ansteuerbar, um es zwischen einer Sperrstellung I (2) und einer Offenstellung II (3) umzuschalten. In der Sperrstellung I ist eine Fluidströmung durch die Fluidleitung 68 in bzw. aus dem Fluidzylinder 65 unterbunden. In der Offenstellung II ist eine solche Fluidströmung möglich. Somit kann sich in der Offenstellung II die Kolbenstange 67 relativ zum Zylindergehäuse 66 bewegen (Einfahren bzw. Ausfahren) während in der Sperrstellung I die Kolbenstange 67 relativ zum Zylindergehäuse 66 festgehalten ist. Mit der Fluidleitung 68 kann außerdem ein Ausgleichs- oder Vorratsbehälter 71 verbunden sein. Außerdem kann ein Drosselventil 72 in die Fluidleitung 68 eingesetzt sein.
Wie in 1 schematisch veranschaulicht, ist außerdem ein Steuersystem 75 vorhanden. Zu dem Steuersystem 75 gehört beispielsgemäß eine Steuereinheit 76, die ein erstes Ansteuersignal in A1 für den Elektromotor 35 und ein zweites Ansteuersignal A2 für das Umschaltventil 70 erzeugt. Für den Elektromotor 35 kann in Abwandlung zum veranschaulichten Ausführungsbeispiel auch eine separate Motorsteuereinheit vorhanden sein. Über eine Bedieneinheit 77 kann eine Bedienperson die Schienenzangenvorrichtung 10 steuern.
Außerdem kann aus Sicht des Elektromotors 35 jenseits der Überlastkupplung 61 ein positionsabhängiger Schalter oder Sensor angeordnet sein, der als Endschalter dient. Er ist so angeordnet, dass ein Schaltsignal generiert wird, sobald die Schienenzange 11 eine Freigabeposition erreicht hat. Der Endschalter dient zum Stillsetzen des Elektromotors 35 und zum Überführen des Umschaltventils 70 in Sperrstellung. Dazu ist der Endschalter beispielsweise mit dem Steuersystem 75 verbunden.
Wie in 1 schematisch durch die strichpunktierte Linie veranschaulicht ist das Steuersystem 75 sowie zumindest die weiteren elektrischen Betriebsmittel – beispielsgemäß das Umschaltventil 70 und der Elektromotor 35 – explosionsgeschützt ausgeführt. Dadurch erfüllt die Schienenzangenvorrichtung 10 die Vorgaben des Explosionsschutzes. Die elektrischen Verbindungen und Anschlüsse können beispielsweise in der Zündschutz „erhöhte Sicherheit” (Ex-e) ausgeführt sein. Erforderlichenfalls können elektrische Betriebsmittel, insbesondere der Elektromotor 35, beispielsweise auch druckgekapselt sein.
Die Schienenzangenvorrichtung 10 arbeitet wie folgt:
Es sei als Ausgangssituation angenommen, dass sich die Schienenzange 11 in ihrer Klemmstellung K (3) befindet. Das Umschaltventil 70 ist in seiner Offenstellung II. Die Kolbenstange 67 kann mithin eingefahren und ausgefahren werden. Zum Umschalten in die Freigabestellung F wird der Elektromotor 35 bestromt. Dabei wird durch die elektrische Energie und den konisch geformten Rotor 36 ein Magnetfeld zwischen Rotor 36 und Stator 37 erzeugt, das eine Komponente in Richtung der Drehachse D aufweist. Das Magnetfeld bewirkt auch eine parallel zur Drehachse wirkende Magnetkraft, die so ausgerichtet ist, dass sich die Größe des Luftspaltes verringert, wodurch der Rotor 36 entgegen der Kraft des Vorspannmittels 42 in die zweite Richtung R2 bewegt wird. Dadurch wird die Bremseinrichtung 40 in ihre Lösungsstellung L gebracht. Über das Getriebe 45 wird das Antriebsrad 46 gedreht und das Lasttrum des Zugmittels 48 gespannt, so dass der Betätigungskörper 22 entgegen der Betätigungskraft B der Betätigungseinheit 19 in Richtung zum Lagerkörper 23 hin bewegt wird. Aufgrund des Schrägflächengetriebes 24 können sich die Betätigungsenden 25 der beiden Zangenschenkel 12 annähern, wodurch sich die Reibbeläge 15 wiederum voneinander weg um die jeweilige Schwenkachse S schwenken.
Sobald die Schienenzange 11 die Freigabestellung F (2 und 4) erreicht hat, soll der Elektromotor 35 stillgesetzt werden. Aufgrund der Betätigungskraft B der Betätigungseinheit 19 würde die Schienenzange 11 in unbestromtem Zustand des Elektromotors 35 unmittelbar wieder in die Klemmstellung K bewegt werden. Um dies zu verhindern, wird das Umschaltventil 70 der Sicherungseinheit 64 nach dem Erreichen der Freigabestellung F in die Sperrstellung I umgeschaltet. Eine Fluidströmung durch die Fluidleitung 68 in bzw. aus dem Fluidyzlinder 65 ist dadurch unterbunden, so dass die Kolbenstange 67 gegenüber dem Zylindergehäuse 66 fludisch arretiert ist. Jetzt kann der Elektromotor 35 in seine Freilaufstellung bzw. seinen stromlosen Zustand umgeschaltet werden. Trotz des stromlosen Elektromotors 35 bleibt die Schienenzange 11 in der Freigabestellung F.
Zum Umschalten der Schienenzange 11 aus der Freigabestellung F in die Klemmstellung K muss der Elektromotor 35 nicht bestromt werden. Durch Umschalten des Umschaltventils 70 von der Sperrstellung I in die Offenstellung II wird die Arretierung der Schienenzange 11 aufgehoben und die Betätigungskraft B der Betätigungseinheit 19 erzeugt über das Schrägflächengetriebe 24 die Spreizkräfte Z auf die Betätigungsenden 25 der beiden Zangenschenkel 12. Der Betätigungskörper 22 bewegt sich vom Lagerkörper 23 weg, wodurch aufgrund des Zugmittels 48 auch das Antriebsrad 46 gedreht wird. Diese Drehbewegung wird über das Getriebe 45 auch auf das erste Zahnrad 56 und die Antriebswelle 38 übertragen. Die Schrägverzahnung der beiden Zahnräder 56, 57 der ersten Getriebestufe 55a sorgt dafür, dass dann, wenn das Antriebsrad 46 beim Bewegen der Schienenzange 11 von der Freigabestellung F in die Klemmstellung K eine Drehung der beiden Zahnräder 56, 57 der ersten Getriebestufe 55a verursacht, aufgrund der Schrägverzahnung eine Axialkraft auf das erste Zahnrad 56 in die zweite Richtung R2 ausgeübt wird. Entgegen der Kraft des Vorspannmittels 42 erfolgt durch diese Maßnahme das Umschalten der Bremseinrichtung 40 von der Bremsstellung V in die Lösestellung L, so dass das Bewegen der Schienenzange 11 in die Klemmstellung K durch die Bremseinrichtung 40 ungehindert erfolgen kann.
In den Fluidkreislauf 69 kann ein Drosselventil 72 eingesetzt sein, so dass die Strömungsmenge des Fluids begrenzt ist und dadurch eine Dämpfungswirkung der Bewegung der Schienenzange 11 beim Anlegen der Reibbeläge 15 an die Schiene 14 erfolgt.
Sobald die Schienenzange 11 die Klemmstellung K einnimmt, wird über das Zugmittel 48 keine weitere Drehung des Antriebsrades 46 erzeugt, so dass auch die Zahnräder 56, 57 der ersten Getriebestufe 55a angehalten werden. Dadurch kann keine Gegenkraft gegen das Vorspannmittel 42 mehr erzeugt werden, wodurch die Antriebswelle 38 in die erste Richtung R1 bewegt und die Bremseinrichtung 40 in die Bremsstellung V umgeschaltet wird.
Die Erfindung betrifft eine Schienenzangenvorrichtung 10, bei der eine Antriebseinrichtung 34, die auch als Hebezeugsantriebseinrichtung 34a verwendet werden kann, eingesetzt wird. Die Schienenzangenvorrichtung 10 bzw. die Antriebsvorrichtung 34 sind explosionsgeschützt ausgeführt. Die Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung 34 wird von einem Elektromotor 35 erzeugt und über ein Getriebe 45 und ein Zugmittel 48 zu einer Schienenzange 11 übermittelt. Über die Antriebseinrichtung 34 kann die Schienenzange 11 aus einer Klemmstellung K, in der sie ein Schiene 14 klemmend beaufschlagt, in eine Freigabestellung F bewegt werden, in der die Schienenzange 11 die Schiene 14 nicht klemmend beaufschlagt. Die Antriebseinrichtung 34 weist eine Bremseinrichtung 40 auf. Über ein Vorspannmittel 42 ist die Bremseinrichtung 40 im stromlosen, stillstehenden Zustand des Elektromotors 35 in die Bremsstellung V gedrängt. Beim Bewegen der Schienenzange 11 von der Freigabestellung F in die Klemmstellung K wird über eine schräg verzahnte erste Getriebestufe 55a des Getriebes 45 eine Axialkraft erzeugt, mittels der die Bremseinrichtung 40 in ihre Lösestellung L umgeschaltet und gehalten wird, so dass das Bewegen der Schienenzange 11 in die Klemmstellung K ungehindert erfolgen kann.
Bezugszeichenliste

10: Schienenzangenvorrichtung
11: Schienenzange
12: Zangenschenkel
13: Schwenklager
14: Schiene
15: Reibbelag
15a: Reibflächen
19: Betätigungseinheit
20: Federeinheit
21: Schraubenfeder
22: Betätigungskörper
23: Lagerkörper
24: Schrägflächengetriebe
25: Betätigungsende des Zangenschenkels
28: Schrägfläche
29: Nut
30: Nutvorsprung
34: Antriebseinrichtung
34a: Hebezeugantriebseinrichtung
35: Elektromotor
36: Rotor
37: Stator
38: Antriebswelle
40: Bremseinrichtung
41: Reibungselement
42: Vorspannmittel
45: Getriebe
46: Antriebsrad
47: Verbindungsmittel
48: Zugmittel
49: erstes Ende des Zugmittels
50: erstes Umlenkrad
51: zweites Umlenkrad
52: zweites Ende des Zugmittels
55: Getriebestufe
55a: erste Getriebestufe
56: erstes Zahnrad
57: zweites Zahnrad
60: Überlastsicherung
61: Überlastkupplung
64: Sicherungseinheit
65: Fluidzylinder
66: Zylindergehäuse
67: Kolbenstange
68: Fluidleitung
69: Fluidkreislauf
70: Umschaltventil
71: Ausgleichsbehälter
72: Drosselventil
75: Steuersystem
76: Steuereinheit
77: Bedieneinheit
I: Sperrstellung
II: Offenstellung
A1: erstes Ansteuersignal
A2: zweites Ansteuersignal
B: Betätigungskraft
D: Drehachse der Antriebswelle
F: Freigabestellung
K: Klemmstellung
R1: erste Richtung
R2: zweite Richtung
S: Schwenkachse
V: Bremsstellung
Z: Spreizkraft

Claims

Schienenzangenvorrichtung (10) mit einer Schienenzange (11), die wenigstens zwei Reibflächen (15a) aufweist, die in einer Klemmstellung (K) der Schienenzange (11) von entgegengesetzten Seiten gegen eine Schiene (14) gedrückt werden, und die in einer Freigabestellung (F) der Schienenzange (11) die Schiene (14) nicht klemmend beaufschlagen, mit einer Betätigungseinheit (19), die eine Betätigungskraft (B) erzeugt, wobei mittels der Betätigungskraft (B) die Schienenzange (11) von ihrer Freigabestellung (F) in ihre Klemmstellung (K) bewegbar ist, mit einer Antriebseinrichtung (34) mittels der die Schienenzange (11) entgegen der Betätigungskraft (B) von der Klemmstellung (K) in die Freigabestellung (F) bewegbar ist, wobei die Antriebseinrichtung (34) einen Elektromotor (35) aufweist, der eine Antriebswelle (38) antreibt, die über ein Getriebe (45) mit einem Antriebsrad (46) verbunden ist, das über ein Verbindungsmittel (47) mit der Schienenzange (11) und/oder der Betätigungseinheit (19) verbunden ist, wobei der Antriebswelle (38) oder einem mit der Antriebswelle (38) drehfest verbundenen Element eine Bremseinrichtung (40) zugeordnet ist, die durch eine Bewegung der Antriebswelle (38) oder des Elements in einer ersten Richtung (R1) parallel zu der Drehachse (D) der Antriebswelle (38) in eine Bremsstellung (V) oder durch eine Bewegung in einer zur ersten Richtung (R1) entgegengesetzten zweiten Richtung (R2) in eine Lösestellung (L) bewegbar ist, wobei das Getriebe (45) eine Getriebestufe (55a) mit Schrägverzahnung aufweist, die im stromlosen Zustand des Elektromotors (35) bei einer Drehmomentbeaufschlagung des Antriebsrades (46) die Antriebswelle (38) oder das damit drehfest verbundene Element in die zweite Richtung (R2) bewegt.
Schienenzangenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie explosionsgeschützt ausgeführt ist.
Schienenzangenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (47) von einem flexiblen Zugmittel (48) gebildet ist.
Schienenzangenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (36) des Elektromotors (35) konisch ist.
Schienenzangenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (38) oder das mit der Antriebswelle (38) drehfest verbundene Element durch ein Vorspannmittel (42) in die erste Richtung (R1) gedrängt wird.
Schienenzangenvorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (38) oder das mit der Antriebswelle (38) drehfest verbundene Element beim Antreiben des Elektromotors (35) durch den Rotor (36) entgegen der Vorspannkraft des Vorspannmittels (42) in die zweite Richtung (R2) bewegt wird.
Schienenzangenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (45) eine Überlastkupplung (61) aufweist.
Schienenzangenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schienenzange (11) zwei schwenkbar um jeweils eine Schwenkachse (S) gelagerte Zangenschenkel (12) aufweist.
Schienenzangenvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungskraft der Betätigungseinheit (19) auf einen bewegbar gelagerten Betätigungskörper (22) einwirkt, der über ein Schrägflächengetriebe (24) mit wenigstens einem der beiden Zangenschenkel (12) verbunden ist.
Schienenzangenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherungseinheit (64) vorhanden ist, die die Schienenzange (11) unabhängig von der Antriebseinrichtung (34) in ihrer Freigabestellung (F) halten kann.
Schienenzangenvorrichtung nach Anspruch 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungseinheit (64) einen Fluidzylinder (65) aufweist, dessen Zylindergehäuse (66) mit dem einen Zangenschenkel (12) und dessen Kolbenstange (67) mit dem anderen Zangenschenkel (12) verbunden ist.
Schienenzangenvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungseinheit (64) einen Fluidkreislauf (69) aufweist in dem ein ansteuerbares Umschaltventil (70) sitzt, das die Fluidströmung im Fluidkreislauf in einer Sperrstellung (I) sperrt und in einer Offenstellung (II) ermöglicht.
Verfahren zum Betreiben einer Schienenzangenvorrichtung (10) mit einer Schienenzange (11), die wenigstens zwei Reibflächen (15a) aufweist, mit einer Betätigungseinheit (19), die eine Betätigungskraft (B) erzeugt, mit einer Antriebseinrichtung (34), die einen Elektromotor (35) aufweist, der eine Antriebswelle (38) antreibt, die über ein Getriebe (45) mit einem Antriebsrad (46) verbunden ist, das über ein Verbindungsmittel (47) mit der Schienenzange (11) und/oder der Betätigungseinheit (19) verbunden ist, und das eine Getriebestufe (55a) mit Schrägverzahnung aufweist, wobei der Antriebswelle (38) oder einem mit der Antriebswelle (38) drehfest verbundenen Element eine Bremseinrichtung (40) zugeordnet ist, und wobei die Antriebswelle (38) oder das mit der Antriebswelle (38) drehfest verbundene Element in eine ersten Richtung (R1) sowie in eine zur ersten Richtung (R1) entgegengesetzte zweite Richtung (R2) parallel zu der Drehachse (D) der Antriebswelle (38) bewegbar gelagert ist, mit folgenden Schritten: – zum Halten oder Bewegen der Schienenzange (11) in einer bzw. in eine Freigabestellung (F), in der die Reibflächen (15a) eine Schiene (14) nicht klemmend beaufschlagen, erzeugt die Antriebseinrichtung (34) eine Antriebskraft, die entgegen der Betätigungskraft (B) wirkt und deren Betrag zumindest gleich groß ist wie wirkt und deren Betrag zumindest gleich groß ist wie der Betrag der Betätigungskraft, – zum Halten oder Bewegen der Schienenzange (11) in eine Klemmstellung (K), in der die Reibflächen (15a) von entgegengesetzten Seiten gegen die Schiene (14) gedrückt werden, wird der Elektromotor (35) der Antriebseinrichtung (34) stromlos geschaltet, wodurch die Betätigungskraft (B) der Betätigungseinheit (19) die Schienenzange (11) in ihre Klemmstellung (K) drängt, wobei sich das Antriebsrad (46) dreht und mittels der Getriebestufe (55a) mit Schrägverzahnung im stromlosen Zustand des Elektromotors (35) die Antriebswelle (38) oder das damit drehfest verbundene Element in die zweite Richtung (R2) bewegt, und dadurch die Bremseinrichtung (40) in eine Lösestellung (L) bewegt.