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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf eine Scheibenbremsanlage für Fördermaschinen, Förderhaspeln und Winden, wie durch den Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches 1 beschrieben.
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Scheibenbremsanlagen mit Bremszangen mit großem Luftspalt und hohen Bremskräften sind seit vielen Jahren Stand der Technik. Große Luftspalte sind bestens dazu geeignet, das axiale Spiel z. B. bei Trommelfördermaschinen an einer Lostrommel und Bewegungen aus elastischen Verformungen zu beherrschen.
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Scheibenbremsanlagen für Fördermaschinen und/oder Förderhaspel bzw. Winden sind robust bei hohen Bremstemperaturen, weil die Bremskraft durch die einzelnen Bremszangen immer bestmöglich über die verfügbare Bremsfläche auf die Bremsscheibe übertragen wird. Besonders bevorzugt ist dabei der Einsatz einer geregelten Sicherheitsbremse, da die Überlast während des Förderzuges bzw. je nach Betriebsart erheblich variiert. Die Regelung sorgt, unabhängig von den Lastverhältnissen, für eine Stillsetzung der Förderanlage mit der voreingestellten Verzögerung. Damit ist man in der Lage eine hocheffektive, elektro-hydraulisch gesteuerte Scheibenbremse zur Verfügung zu stellen, die einen hervorragenden Schutz vor Überhitzung der Bremse aufweist und eine große Sicherheit durch eine Vielzahl von Bremszangen sowie durch modulare Hydrauliksteueraggregate mit zugehöriger elektrischer Steuerung, vorzugsweise in redundanter Ausführung.
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Die Scheibenbremssysteme für Fördermaschinen und Förderhaspel wie beschrieben sind in der Regel in einem modularen Baukastenprinzip aufgebaut und so für verschiedene Einsatzfälle konzipiert und erweiterbar ausgelegt.
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Die Bremskraft wird durch auf die Bremszangen bzw. die Bremsbacken wirkende, vorgespannte Federn erzeugt, wobei diese zum Lösen der Bremse hydraulisch gelüftet werden. Öldruckerzeugung, Steuerblock, Ventilbestückung sowie Speicher für den regelbaren Druck sind kompakt in einem Hydraulikaggregat angeordnet. Die Verrohrung zu den Bremsständern besteht meist aus dickwandigen Stahlrohren großen Querschnitts.
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Die elektrische Bremsensteuerung mit elektronischer Regelung ist ein in sich geschlossenes System, unabhängig von anderen Steuerungen der Förderanlage. Sie ist komplett verdrahtet in staubdichten Schaltschränken untergebracht. Die Steuerung und Überwachung des Systems erfolgen in redundanter SPS-Technik.
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Zum Einsatz kommen bei herkömmlichen Bremsanlagen elektrische Antriebe für die Hydraulikpumpen mit konstanter Drehzahl, wobei die Regelung und Steuerung des Systemdrucks im Hydraulikkreislauf über Ventile in Kombination mit der Überwachungs- und Ansteuerungselektronik sichergestellt wird. Die elektrischen Antriebe mit konstanter Drehzahl zeigen jedoch einen hohen Eintrag an Verlustleistung mit dem damit einhergehenden hohen Energiebedarf. Auch benötigen herkömmliche Scheibenbremsanlagen dieser Bauart relativ lange Zeiten, um das erforderliche Druckniveau zum Lüften der Bremsen zu erreichen sowie eine große Anzahl von Komponenten im Hydraulikkreislauf, die zudem eine große Dimensionierung aufweisen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Scheibenbremsanlage für Fördermaschinen, Förderhaspel und Winden der beschriebenen Art vorzusehen, die die vorgenannten Nachteile behebt, die sich möglichst einfach montieren und betreiben lässt sowie einen verringerten Energiebedarf aufweist.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst, wobei zweckmäßige Ausführungsformen durch die Merkmale der Unteransprüche beschrieben sind.
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Vorgesehen ist dabei eine Scheibenbremsanlage für Fördermaschinen, Förderhaspeln und Winden, mit einer auf eine oder mehrere Bremsscheiben wirkenden Auslassbremse, welche über Hydraulikkreisläufe mit zumindest einer Förderpumpe verbunden ist und durch diese betätigt wird, wobei die Förderpumpe von zumindest einem drehzahlgeregelten Elektroantrieb angetrieben wird. Durch das Vorsehen von zumindest einem drehzahlgeregelten Elektroantrieb wird die Möglichkeit geschaffen, sehr flexibel auf die Systemanforderungen zu reagieren und diese zu beeinflussen. Mit der Drehzahlregelung ist auch eine Einstellbarkeit des Volumenstromes im Hydraulikreislauf und damit des Druckniveaus in demselben zu jedem Zeitpunkt leicht möglich, was sich letztendlich positiv auf die notwendige Dimensionierung von Bauteilen im Hydraulikkreislauf auswirkt, wie auch auf den Energieverbrauch.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der drehzahlgeregelte Elektroantrieb einen Frequenzumrichter umfasst, wodurch die Drehzahl des Elektroantriebs erhöht und verringert werden kann. Mit dem Einsatz von Frequenzumrichtern wird es möglich, stufenlos Drehzahlen von nahezu null bis zur maximalen Drehzahl zu erreichen, ohne dass das Drehmoment sinkt. Aufgrund dieser Eigenschaften gestatten Frequenzumrichter auch den Einsatz von preiswerten Standard-Asynchronmotoren in einem erweiterten Drehzahlbereich für den Betrieb der Förderpumpen. Durch Programmierung einer Frequenzrampe zum Anlauf sind auch schwierige Anlaufbedingungen ohne starke Überstromspitzen zu bewältigen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Scheibenbremsanlage mit einer Überwachungselektronik zur Kontrolle des Drucks im Hydraulikkreislauf versehen sein. Vorzugsweise kommen dabei Druckschalter zum Einsatz, welche durch Druckänderungen des Hydrauliköls betätigt werden, und zum Ansteuern der Förderpumpen aber auch von Ventilen im Hydraulikkreislauf eingesetzt werden, damit der Druck des Hydrauliköls einen oberen Wert nicht über- und einen unteren Wert nicht unterschreitet.
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Die Scheibenbremsanlage nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auch derart ausgestaltet sein, dass Druckspeicher im Hydraulikkreislauf vorgesehen sind, die maßgeblich für das Lüften der Bremselemente sind und durch die drehzahlgeregelten Förderpumpe bzw. Förderpumpen unterstützt werden. Auf diese Weise wird eine kurze Reaktionszeit der Bremse ermöglicht, die unabhängig von dem aktuellen Betriebszustand der Förderpumpen ist.
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Im vorliegenden Fall der Scheibenbremsanlage sind der Förderpumpe nach einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform Rückschlagventile nachgeschaltet, zur Aufrechterhaltung der Vorspannung des Hydraulikkreislaufes auch bei abgeschalteter Förderpumpe.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Scheibenbremsanlage auch dadurch gekennzeichnet sein, dass eine Überwachungseinheit zur Kontrolle des Niveaus, der Temperatur sowie des Druckausgleichs des Druckmediums im Hydraulikkreislauf vorgesehen ist. Weiterhin bevorzugt ist die Überwachungseinheit dabei als Kompakt- bzw. Multifunktionseinheit ausgestaltet.
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Schließlich kann die Scheibenbremsanlage nach Maßgabe der Erfindung auch eine Filtereinheit zur Filterung sowie eine Kühleinheit zur Kühlung des Druckmediums im Hydraulikkreislauf aufweisen, wobei auch die Filtereinheit sowie die Kühleinheit zusammen als Kompakteinheit ausgestaltet sind.
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Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden, rein illustrativen und nicht beschränkenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte 1, die in schematischer Art und Weise das hydraulische System der Scheibenbremsanlage für Fördermaschinen, Förderhaspel und Winden zeigt.
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Gezeigt sind in der 1 dabei zwei Förderpumpen 1.1 und 1.2, bei denen es sich um jegliche Art von Pumpen handeln kann. Diese Förderpumpen 1.1 und 1.2 werden angetrieben von den elektrischen Motoren 2.1 und 2.2, die als Motoren mit oder ohne Fremdbelüftung ausgebildet sind, zum Einsatz mit Frequenzumrichtern. Die Förderpumpen 1.1 und 1.2 sind dabei über Kupplungen 3.1 und 3.2 mit den elektrischen Motoren 2.1 und 2.2 verbunden.
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Die Bezugszeichen 4.1 und 4.2 stellen elektrische Heizelemente zur Erwärmung und Aufrechterhaltung der Temperatur des Druckmediums dar. Das manuelle Ventil 5 dient zur Entleerung des Druckmediumbehälters. Das Bezugszeichen 6 stelle ein Schauglas zur optischen Überwachung des Niveaus des Duckmediumbehälters dar.
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Mit dem Bezugszeichen 7 ist eine Filtrations-/Kühleinheit bezeichnet, mit dem Bezugszeichen 8 eine Überwachungseinheit, welche Niveau- und Temperaturschalter in einer Kompakteinheit zusammenfasst.
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Der 1 sind noch Rückschlagventile 9.1 und 9.2 zu entnehmen, zur Aufrechterhaltung der Vorspannung im Hydraulikkreislauf, unabhängig vom Betriebszustand der Förderpumpen 1.1 und 1.2.
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Schließlich ist mit dem Bezugszeichen 10 die Grenze der Steuerungskomponenten der Anlage bezeichnet, sowie mit dem Bezugszeichen 11 die Grenze der Antriebskomponenten der Anlage.
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Der Betrieb der Anlage sieht dabei vor, dass die elektrischen Motoren 2.1 und 2.2 nach dem Einschalten/Betriebsbereitschaft der Fördermaschine (nicht gezeigt), d. h. auch bei stillstehender Maschine, z. B. während eines Be-/Entladevorgangs des Fördermittels, bezogen auf das hydraulische System drehzahlgeregelt durchlaufen und die Förderpumpen 1.1 und 1.2 durchgehend antreiben. Zur Betriebsbereitschaft wird auch das erforderliche Druckniveau von Druckspeichern (nicht gezeigt), die in erster Linie für den konkreten Lüftvorgang der Bremselemente und Versorgung der Sicherheitsbremse eingesetzt werden und zuständig sind, abgefragt.
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Der typische Betriebsablauf beim Anfahren ist dabei derart, dass die Fördermaschine (nicht gezeigt) steht und die Bremselemente (nicht gezeigt) auf der der/den Scheibenbremse(n) (nicht gezeigt) aufliegen, d. h. die Bremse ist geschlossen mit max. Haltekraft. Die Steuerungsspannung und die Spannung für die elektrischen Motoren 2.1 und 2.2 stehen zur Verfügung. Die elektrische Steuerung, u. a. die Überwachung 8 meldet die Anlage störungsfrei, die Bedingungen zum Starten der Förderpumpen 1.1 und 1.2 sind erfüllt. Der Sicherheitsstromkreis (nicht gezeigt) ist geschlossen. Mit Abfahrtsignal der Fördermaschine werden die Bremselemente durch die Druckspeicher gelüftet unterstützt durch die elektrischen Motoren 2.1 und/oder 2.2, gesteuert über Frequenzumrichter (nicht gezeigt). Das zur Unterstützung beim Lüftvorgang bzw. zum Füllen der Druckspeicher geförderte Hydrauliköl wird über die Rückschlagventile 9.1 und/oder 9.2 in den Hydraulikölkreislauf gefördert.
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Nach Erreichen des erforderlichen Systemdruckes, der durch Druckschalter (nicht gezeigt) überwacht wird, werden die elektrischen Motoren 2.1 und/oder 2.2 über die Frequenzumrichter in der Drehzahl heruntergefahren oder stromlos geschaltet. Dabei wird vorzugsweise eine Drehzahl der elektrischen Motoren 2.1 und/oder 2.2 eingeregelt, die benötigt wird, um den Druck im Hydraulikreislauf aufrecht zu erhalten.
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Da die Scheibenbremsanlage eine Auslassbremse ist, bei der die Bremskraft durch Tellerfederpakete in den Bremszangen (nicht gezeigt) generiert wird, werden die Bremsbacken per Hydraulikdruck gelüftet, indem die Förderpumpen 1.1 und/oder 1.2 den notwendigen hydraulischen Druck im System und damit im Inneren der Bremszangen erzeugen, wodurch die Bremse aufgeht. Zum Lüften/Abheben der Bremsbacken von der bzw. den Bremsscheiben wird Druck vorzugsweise bis auf einen gewissen Grad über den Anlegedruck erhöht (je nach Bremselementtyp)
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Im Normalbetrieb verzögert der Antriebsmotor der Fördermaschine (nicht gezeigt) und bei Stillstand wird die Bremse durch Verringerung des Drucks im Hydraulikkreislauf aufgelegt. Nur im Falle einer Sicherheitsbremsung greift die Bremse ein und bring das Fördersystem mit einer vorgegebenen Verzögerung, d. h. durch Regelung des Druckes im Hydraulikreislauf, zum Stillstand.
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Grundsätzlich würde zum Betrieb der Vorrichtung nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung auch einer der elektrischen Motoren 2.1 und 2.2 ausreichen. Der zweite Motor 2.2 dient primär als Ersatz/Redundanz für den ersten Motor 2.1. Weiterhin ist denkbar, dass der zweite Motor 2.2 nur temporär mitläuft, um die Speicher zu füllen oder beim Lüften die Bremse schneller aufzumachen.
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Die Drehzahlregelungen der elektrischen Motoren 2.1 und 2.2 durch die Frequenzumrichter erfolgt dabei vorzugsweise innerhalb einer Vorgabezeit Die Drehzahlregelung bzw. die Reaktionszeit der elektrischen Motoren 2.1 und 2.2 wird vom Hydrauliksystem und den technischen Daten der sonstigen Komponenten vorgegeben. Bei einem Neustart der Hydraulikanlage sollte die Betriebsbereitschaft (inkl. Füllen der Druckspeicher) in angemessen kurzer Zeit erreicht werden. Dabei ist das Erreichen der maximalen Drehzahl der elektrischen Motoren 2.1 und 2.2 abhängig von den Kennwerten des Frequenzumrichters, der elektrischen Motoren 2.1 und 2.2 und des Systems.
