DE102018103531A1

DE102018103531A1 - Bremskolben für eine Bremseinrichtung bei einer Windkraftanlage und Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102018103531A1
Application number: DE102018103531.4A
Authority: DE
Inventors: Heinbert Langner; Lukas Fischer
Original assignee: KS Gleitlager GmbH
Current assignee: KS Gleitlager GmbH
Priority date: 2018-02-16
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2019-08-22
Also published as: EP3752733A1; WO2019158243A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bremskolben (2) für eine Bremseinrichtung bei einer Windkraftanlage (40), wobei der Bremskolben gegen eine einer Welle (52) zugeordnete Bremsscheibe (14) oder gegen ein sonstiges Gegenlager (52) zustellbar und rückstellbar ist; erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Bremskolben einen rohrförmigen Abschnitt (4) mit einer Längsmittelachse (8) und mit einem der Bremsscheibe (14) zugewandten Stirnende (12) und mit einer Durchgangsöffnung (10) aufweist und dass der rohrförmige Abschnitt (4) des Bremskolbens zur längsverschieblichen Führung in einem den Bremskolben aufnehmenden Zylinderraum (28) ausgebildet ist und dass in der Durchgangsöffnung (10) im Bereich des Stirnendes (12) des rohrförmigen Abschnitts (4) eine scheibenförmige und zur Längsmittelachse konzentrisch ausgebildete Bremsbelagträgerplatte (6) gegenüber dem rohrförmigen Abschnitt (4) ortsfest eingepresst ist, an der ein mit der Bremsscheibe (14) oder dem Gegenlager (52) zusammenwirkender Bremsbelag (16) anbringbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bremskolben für eine Bremseinrichtung bei einer Windkraftanlage, wobei der Bremskolben gegen eine einer Welle zugeordnete Bremsscheibe oder gegen ein sonstiges Gegenlager zustellbar ist.
Bei einer vorbekannten Bremseinrichtung gemäß EP 3 246 588 A1 ist ein Bremskolben komplexen Aufbaus bekannt, bei dem eine Bremsbelagträgerplatte unter Vorspannung durch ein Druckfederpaket steht. Sämtliche Komponenten einschließlich der Bremsbelagträgerplatte sind mehr oder weniger schwimmend aneinander gelagert und stehen unter axialer Vorspannung. Nur die Bremsbelagträgerplatte gleitet mit ihren Umfangsrändern gegen einen Zylinderraum. Hierdurch können Seitenkräfte, die auf die Bremsbelagträgerplatte einwirken, nicht optimal von einem Gehäuse aufgenommen werden, und es werden Knickmomente in der Tragstruktur innerhalb des Druckfederpakets erzeugt, die zu Schäden führen können. Durch Überlast-Peaks wirken große Kräfte auf den Bremskolben ein, wobei die Bremsbelagträgerplatte den größten Kraftanteil aufnimmt; sollte die einwirkende Kraft größer als die Vorspannkraft sein, hat das eine Überspannung des Druckfederpakets zur Folge. Dies wiederum führt dazu, dass die Bremsbelagträgerplatte auf das Druckstück des Federpakets ausschlägt und es zu Schäden bis zum Ausfall kommen kann.
Diese Probleme sollen mit der vorliegenden Erfindung vermieden werden. Dessen ungeachtet liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bremskolben für die eingangs genannte Anwendung zu schaffen, der preiswert herstellbar ist und dauerhaften Belastungen standzuhalten vermag.
Diese Aufgabe wird bei einem Kolben der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Bremskolben einen rohrförmigen Abschnitt mit einer Längsmittelachse und mit einem der Bremsscheibe zugewandten Stirnende und mit einer Durchgangsöffnung aufweist und dass der rohrförmige Abschnitt des Bremskolbens zur längsverschieblichen Führung in einem den Bremskolben aufnehmenden Zylinderraum ausgebildet ist und dass in der Durchgangsöffnung im Bereich des Stirnendes des rohrförmigen Abschnitts eine scheibenförmige und zur Längsmittelachse konzentrisch ausgebildete Bremsbelagträgerplatte gegenüber dem rohrförmigen Abschnitt ortsfest eingefügt ist, an der ein mit der Bremsscheibe oder dem Gegenlager zusammenwirkender Bremsbelag anbringbar ist. Die Bremsbelagträgerplatte kann dabei in den rohrförmigen Abschnitt eingepresst oder eingeklebt sein, oder sie ist unter Ausnutzung thermischer Ausdehnung und Zusammenziehung beim Abkühlen ortsfest verankert. Erfindungsgemäß ist die letztere Variante bevorzugt, wobei hierfür vor dem Fügevorgang der rohrförmige Abschnitt erwärmt und/oder die Bremsbelagträgerplatte abgekühlt wird. Durch eine Temperaturanpassung nach dem Fügevorgang sind die Komponenten dann ortsfest aneinander verankert.
Es wird also vorgeschlagen, dass der Bremskolben eine an sich übliche typische Kolbenform aufweist, mit der er in einem typischen Zylinderraum längsverschieblich aufgenommen werden kann, wodurch Querkräfte über große Flächen von dem rohrförmigen Abschnitt an die Zylinderlauffläche abgegeben werden können. Weiter wird vorgeschlagen, dass der Bremskolben infolge des rohrförmigen Abschnitts innen hohl ausgebildet ist, um dort Stell- bzw. Antriebskomponenten für den Bremskolben unterzubringen oder angreifen zu lassen. Außerdem wird durch die Verwendung eines rohrförmigen Abschnitts zur Herstellung des Kolbens eine materialoptimierte preiswertere Herstellung möglich als wenn der Kolben aus einem Vollmaterial gefertigt wird. Durch die ortsfeste Einfügung der Bremsbelagträgerplatte wird der Bremskolben in seinen primären Bestandteilen komplettiert. Dies eröffnet auch die Möglichkeit, unterschiedliche Materialien für den rohrförmigen Abschnitt und die Bremsbelagträgerplatte zu verwenden. Außerdem gestaltet sich die schlussendliche Herstellung einfacher, da der rohrförmige Abschnitt und die Bremsbelagträgerplatte unabhängig voneinander gefertigt werden können. Der Fügevorgang ist durch das Einpressen oder das thermische Einschrumpfen oder das Einkleben dann verhältnismäßig unaufwändig.
Ein so hergestellter Bremskolben eignet sich gleichermaßen für die Verwendung sowohl bei einer aktiven als auch bei einer passiven Bremseinrichtung, welch letztere keine komplexen hydraulischen Steuerungs- und Antriebskomponenten umfasst, sondern einen mechanischen Gestängeantrieb und/oder einen Federkraftantrieb aufweist.
Bei einer Weiterbildung des Bremskolbens ist vorgesehen, dass in der Durchgangsöffnung eine konzentrisch zu der Längsmittelachse ausgebildete Stufe vorgesehen ist, gegen welche sich die Bremsbelagträgerplatte axial abstützt. Hierbei erweist es sich als vorteilhaft, wenn diese Stufe mit ihrer Anlagefläche für die Bremsbelagträgerplatte von der Bremsscheibe abgewandt ist. Dies hat den Vorteil, dass bei Einleitung einer Stellkraft, insbesondere einer Federkraft, auf die Bremsbelagträgerplatte diese Stellkraft über die Stufe auf den restlichen Kolben, also den rohrförmigen Abschnitt, übertragen wird, ohne dass die Gefahr besteht, dass der Presssitz infolge der Stellkräfte in Löserichtung kraftbeaufschlagt wird.
Es erweist sich weiter als vorteilhaft, dass die Bremsbelagträgerplatte einen ersten Abschnitt mit einem ersten zylindrischen Außendurchmesser und einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten zylindrischen Außendurchmesser aufweist, der geringer ist als der erste.
In weiterer Ausbildung erweist es sich als vorteilhaft, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Bremsbelagträgerplatte eine konzentrisch zu der Längsmittelachse ausgebildete Stufe ausgebildet ist, mittels derer die Bremsbelagträgerplatte gegen die Stufe in der Durchgangsöffnung anliegt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Bremskolbens ist vorgesehen, dass der erste Abschnitt der Bremsbelagträgerplatte eine Längserstreckung in Richtung der Längsmittelachse von 5,0 mm - 15,0 mm oder von 8,0 % - 25,0 % des zylindrischen Außendurchmessers der Bremsbelagträgerplatte aufweist.
Weiter ist bevorzugtermaßen vorgesehen, dass der zweite Abschnitt der Bremsbelagträgerplatte eine Längserstreckung in Richtung der Längsmittelachse von 5,0 mm - 15,0 mm oder von 7,0 % - 24,0 % des zylindrischen Außendurchmessers der Bremsbelagträgerplatte aufweist.
Es erweist sich weiter als vorteilhaft, wenn der rohrförmige Abschnitt aus Stahl oder Edelstahl oder aus seewasserbeständiger Bronze oder aus Aluminiumlegierung besteht und/oder wenn die Bremsbelagträgerplatte aus Stahl oder Edelstahl oder aus seewasserbeständiger Bronze oder aus Aluminiumlegierung besteht.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Windkraftanlage nach Anspruch 11 oder 12 und eine Bremseinrichtung für eine Windkraftanlage nach Anspruch 13 oder 14.
Es wird weiter Schutz in Anspruch genommen für die Verwendung eines Bremskolbens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 zum Verzögern oder Stillsetzen einer Antriebswelle einer Windkraftanlage oder zum Stillsetzen einer einen Rotor haltenden und lagernden Gondel gegenüber einem Trägerturm der Windkraftanlage.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen und aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In der Zeichnung zeigt:

1 eine Längsschnittansicht eines rohrförmigen Abschnitts des erfindungsgemäßen Bremskolbens;
2 eine Längsschnittansicht einer Bremsbelagträgerplatte des erfindungsgemäßen Bremskolbens;
3 eine Längsschnittansicht des aus den Komponenten nach 1 und 2 gebildeten erfindungsgemäßen Bremskolbens, in einem angedeuteten Zylinderraum;
4 und 5 eine schematische Ansicht einer Windkraftanlage.

Die Figuren zeigen einen insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneten Bremskolben, der nicht aus einem massiven Material gebildet ist, sondern aus einem rohrförmigen Abschnitt 4 und einer Bremsbelagträgerplatte 6 gebaut ist. Der rohrförmige Abschnitt 4 ist im beispielhaft und bevorzugt dargestellten Fall konzentrisch zu einer Längsmittelachse 8 ausgebildet und begrenzt eine in Richtung der Längsmittelachse 8 erstreckte Durchgangsöffnung 10 und weist ein Stirnende 12 auf, welches einer in 3 angedeuteten Bremsscheibe 14 zugewandt ist, die ihrerseits drehfest mit einer Welle einer Windkraftanlage gekoppelt ist. Im Bereich des Stirnendes 12 ist in die Durchgangsöffnung 10 die Bremsbelagträgerplatte 6 ortsfest gegenüber dem rohrförmigen Abschnitt 4 eingefügt. Die Bremsbelagträgerplatte 6 ist so ausgebildet und konfiguriert, dass dort ein mit der Bremsscheibe 14 zusammenwirkender Bremsbelag 16 anbringbar ist. Diese Anbringung ist vorzugsweise lösbar, so dass ein verschlissener Bremsbelag gegen einen neuen ausgewechselt werden kann, insbesondere durch eine nicht dargestellte Schraubverbindung, die sich durch eine zentrische Öffnung 18 in der Bremsbelagträgerplatte hindurcherstreckt.
In der Durchgangsöffnung 10 des rohrförmigen Abschnitts 4 ist eine vorzugsweise konzentrisch zu der Längsmittelachse 8 ausgebildete Stufe 20, vorzugsweise einstückig mit dem rohrförmigen Abschnitt 4 vorgesehen, gegen welche sich die Bremsbelagträgerplatte 6 im eingefügten, insbesondere eingepressten oder eingeschrumpften, Zustand axial abstützt.
Die Bremsbelagträgerplatte 6 weist im beispielhaft und bevorzugt dargestellten Fall einen ersten Abschnitt 22 mit einem ersten zylindrischen Außendurchmesser und einen zweiten Abschnitt 24 mit einem zweiten zylindrischen Außendurchmesser auf, der geringer ist als der erste. Zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Bremsbelagträgerplatte ist eine im beispielhaft und bevorzugt dargestellten Fall konzentrisch zu der Längsmittelachse 8 ausgebildete Stufe 26 vorgesehen, mittels derer die Bremsbelagträgerplatte 6 komplementär gegen die Stufe 20 in dem rohrförmigen Abschnitt 4 anliegt, so wie dies in 3 dargestellt ist. Ferner ist in 3 ein Zylinderraum 28 angedeutet, innerhalb dessen der Bremskolben 2 entlang der Längsmittelachse 8 stellbar ist. Dabei werden Querkomponenten, die im Zuge des Bremsbetriebs auftreten, von einer Zylinderlauffläche 30 des Zylinderraums 28 aufgenommen.
Die für eine Stellbewegung des Bremskolbens 2 erforderlichen Stellkräfte können auf an sich beliebige Weise auf den Bremskolben 2 übertragen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kommen mechanische Komponenten zur Anwendung, bei denen es sich um nicht dargestellte stellbare Gestängekomponenten handeln kann oder - wie dargestellt - um eine Federstellkomponente 32, vorzugsweise um ein Druckfederpaket 33. Vorzugsweise greifen die Stellkomponenten direkt an der Bremsbelagträgerplatte 6 an und belasten die Bremsbelagträgerplatte 6 und damit den Bremskolben 2 in Richtung auf die Bremsscheibe 14. Anderenends stützt sich die Federstellkomponente 33 bzw. das Druckfederpaket 33 gegen ein Gegenlager 34 ab. Dieses Gegenlager 34 ist von einem zur Längsmittelachse 8 beispielhaft konzentrischen Bauteil 36 gebildet, welches in das Druckfederpaket 33 eingreift und dieses von innen führt. Auf das Bauteil 36 wird in lediglich schematisch angedeuteter Weise in Richtung der Längsmittelachse 8 die Brems- bzw. Stellkraft eingeleitet (Doppelpfeil 38).
4 zeigt schematisch eine Windkraftanlage 40 mit einem Rotor 41 und mit einer Welle 42, auf der eine Bremsscheibe 14 drehfest angeordnet ist. Mit dieser Bremsscheibe 14 wirkt der vorstehend beschriebene Bremskolben 2 zusammen. Der Bremskolben 2 ist dabei Teil einer schematisch angedeuteten Bremseinrichtung 44 der Windkraftanlage 40.
5 zeigt schematisch eine Windkraftanlage 40, bei der eine den Rotor 41 haltende und lagernde Gondel 46 um eine ungefähr vertikale Achse 48 bezüglich eines die Gondel 46 tragenden Trägerturms 50 drehbar und damit bezüglich der Windrichtung optimal ausrichtbar ist. Wirktechnisch zwischen der Gondel 46 und dem Trägerturm 50 ist eine Bremseinrichtung 44 zum Festsetzen der Gondel 46 gegenüber dem Trägerturm 50 in einer wählbaren Drehstellung schematisch angedeutet. Die Bremseinrichtung 44 umfasst einen Bremskolben der vorstehend beschriebenen Art, der gegen ein Gegenlager 52, insbesondere in Form einer Ringsscheibe oder gegen Ringscheibensegmente, stellbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3246588 A1 [0002]

Claims

Bremskolben (2) für eine Bremseinrichtung bei einer Windkraftanlage, wobei der Bremskolben gegen eine einer Welle zugeordnete Bremsscheibe (14) oder gegen ein sonstiges Gegenlager zustellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskolben einen rohrförmigen Abschnitt (4) mit einer Längsmittelachse (8) und mit einem der Bremsscheibe (14) zugewandten Stirnende (12) und mit einer Durchgangsöffnung (10) aufweist und dass der rohrförmige Abschnitt (4) des Bremskolbens zur längsverschieblichen Führung in einem den Bremskolben aufnehmenden Zylinderraum (28) ausgebildet ist und dass in der Durchgangsöffnung (10) im Bereich des Stirnendes (12) des rohrförmigen Abschnitts (4) eine scheibenförmige und zur Längsmittelachse konzentrisch ausgebildete Bremsbelagträgerplatte (6) gegenüber dem rohrförmigen Abschnitt (4) ortsfest eingefügt ist, an der ein mit einer Bremsscheibe (14) oder dem Gegenlager (52) zusammenwirkender Bremsbelag (16) anbringbar ist.
Bremskolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsbelagträgerplatte (6) gegenüber dem rohrförmigen Abschnitt (4) eingepresst oder unter Ausnutzung thermischer Ausdehnung und anschließender Zusammenziehung beim Abkühlen ortsfest verankert ist.
Bremskolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Durchgangsöffnung (10) eine konzentrisch zu der Längsmittelachse (8) ausgebildete Stufe (20) vorgesehen ist, gegen welche sich die Bremsbelagträgerplatte (6) axial abstützt.
Bremskolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe (20) mit ihrer Anlagefläche für die Bremsbelagträgerplatte (6) von der Bremsscheibe (14) abgewandt ist.
Bremskolben nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsbelagträgerplatte (6) einen ersten Abschnitt (22) mit einem ersten zylindrischen Außendurchmesser und einen zweiten Abschnitt (24) mit einem zweiten zylindrischen Außendurchmesser aufweist, der geringer ist als der erste.
Bremskolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (22, 24) der Bremsbelagträgerplatte (6) eine konzentrisch zu der Längsmittelachse (8) ausgebildete Stufe (26) ausgebildet ist, mittels derer die Bremsbelagträgerplatte (6) gegen die Stufe (20) in der Durchgangsöffnung (10) anliegt.
Bremskolben nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (22) der Bremsbelagträgerplatte (6) eine Längserstreckung in Richtung der Längsmittelachse von von 5,0 mm - 15,0 mm oder von 8,0 % - 25,0 %des zylindrischen Außendurchmessers der Bremsbelagträgerplatte aufweist.
Bremskolben nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (24) der Bremsbelagträgerplatte (6) eine Längserstreckung in Richtung der Längsmittelachse von 5,0 mm - 15,0 mm oder von 7,0 % - 24,0 % des zylindrischen Außendurchmessers der Bremsbelagträgerplatte aufweist.
Bremskolben nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Abschnitt (4) aus Stahl oder aus seewasserbeständiger Bronze besteht.
Bremskolben nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsbelagträgerplatte (6) aus Stahl, oder aus seewasserbeständiger Bronze oder aus Aluminiumlegierung besteht.
Windkraftanlage (40) mit einer Welle (42) und einer der Welle (42) zugeordneten und mit dieser drehfest gekoppelten Bremsscheibe (14) und mit einer Bremseinrichtung (44) umfassend einen Bremskolben (2) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche.
Windkraftanlage (40) mit einer einen Rotor haltenden und lagernden Gondel (46) und mit einem Trägerturm (50) für die Gondel, wobei die Gondel (46) gegenüber dem Trägerturm (50) um eine Achse (48) drehbar gelagert ist, mit einer Bremseinrichtung (44) zum Festsetzen der Gondel (46) gegenüber dem Trägerturm (50) in einer wählbaren Drehstellung, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (44) einen Bremskolben (2) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-10 umfasst, wobei der Bremskolben (2) entweder an der Gondel (46) oder an dem Trägerturm (50) angeordnet ist und gegen ein Gegenlager (52) am jeweils anderen Teil zum Ausüben der Bremskraft stellbar ist.
Bremseinrichtung (44) für eine Windkraftanlage (40) nach Anspruch 11 oder 12, umfassend einen Bremskolben (2) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-10.
Bremseinrichtung (44) nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenlager (52) von einer in Drehrichtung erstreckten Ringscheibe oder von Ringscheibensegmenten gebildet ist.
Verwendung eines Bremskolbens (2) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-10 zum Verzögern oder Stillsetzen einer Antriebswelle einer Windkraftanlage (40) oder zum Stillsetzen einer einen Rotor haltenden und lagernden Gondel (46) gegenüber einem Trägerturm (50) der Windkraftanlage (40).