DE102020124135A1

DE102020124135A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Bremsvorgangs in einem Antriebsstrang

Info

Publication number: DE102020124135A1
Application number: DE102020124135.6A
Authority: DE
Inventors: Peter Grella; Ulrich Lakenbrink; Alexander Morgenstern
Original assignee: EMG Automation GmbH
Current assignee: EMG Automation GmbH
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2022-03-17

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Bremsvorgangs in einem Antriebsstrang (3) mit einem Antriebsmotor (5), einer Betriebsbremse (11) und einer im Antriebsstrang (3) getrennt von der Betriebsbremse (11) angeordneten Sicherheitsbremse (18), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:- gleichzeitiges Übermitteln eines Notstopp-Signals an die Betriebsbremse (11) und die Sicherheitsbremse (18);- Aktivieren eines Bremsvorgangs durch die Betriebsbremse (11); und- Bewirken eines gegenüber der Aktivierung der Betriebsbremse (11) zeitlich verzögerten Einfallens der Sicherheitsbremse (18).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Bremsvorgangs in einem Antriebsstrang mit einem Antriebsmotor, einer Betriebsbremse und einer im Antriebsstrang getrennt von der Betriebsbremse vorgesehenen Sicherheitsbremse, insbesondere eines Antriebsstrangs für Krananlagen, Förderanlagen oder andere motorbetriebene derartige Anlagen mit voneinander getrennt vorgesehenen Sicherheitsbremsen und Betriebsbremsen.
Bei Krananlagen und ähnlichen derartigen Anlagen mit Betriebsbremse und Sicherheitsbremse ist es bekannt, dass eine Betriebsbremse für den normalen Bremsvorgang während des kontinuierlichen Betriebs der Anlage vorgesehen ist, welche die mitunter schweren Lasten und Momente in den Anlagen abbremsen kann. Eine davon getrennt vorgesehene Sicherheitsbremse dient für den Fall eines Notstopps, falls sich eine den abrupten Stopp benötigende Situation einstellt oder falls ein Notstopp durch ein Notfallsignal ausgelöst wird. Solche Sicherheitsbremsen sind daher in der Regel als permanent geöffnete Bremsen in beispielsweise Krananlagen eingebaut, welche bei Eingang eines Notstopp-Signals zusätzlich zu den Betriebsbremsen zum abrupten Abbremsen der Krananlage verwendet werden. Eine kontinuierliche Vergrößerung der Containerschiffabmessungen und damit der zu hebenden Lasten führt zu der Notwendigkeit von immer größeren und schnelleren derartigen Krananlagen. Folglich ist die Motorleistung von derartigen Krananlagen bei der Hubbewegung ebenfalls erhöht, und es ergeben sich deutlich höhere Drehmassen, die mit der Krananlage beschleunigt und verzögert werden müssen.
Bei plötzlichen Bremsvorgängen, die beispielsweise durch einen Notstopp oder durch eine ungesicherte Ladung, sogenannte Snag-Load-Situation, verursacht werden, kann es daher zu einer Beschädigung der mechanischen Komponenten, insbesondere des Getriebes der Krananlage, wegen einer kurzzeitigen Überlastung kommen. Die Ursache für solche Überlastsituationen ist das dann deutlich erhöhte Bremsmoment, welches auf Seiten des Getriebes an die Krananlage angelegt wird. Ein Grund für die erhöhten Belastungen und möglichen Schädigungen in solchen Situationen liegt darin, dass die Betriebsbremse üblicherweise auf einer Eingangs- bzw. Hochdrehzahlseite des Getriebes ansetzt, während die separat davon vorgesehene schnell arbeitende Sicherheitsbremse auf einer Ausgangsseite bzw. Niederdrehzahlseite in das System der Krananlage eingreift. Solche erhöhten Belastungen in den mechanischen Komponenten der Krananlage, wie zum Beispiel dem Getriebe, wegen dieser Bremsmomente werden im Stand der Technik mit verschiedenen Maßnahmen zu beheben versucht.
Einerseits ist es bekannt, die mechanischen Belastungen anhand von Sensoren im Antriebsstrang oder den Bremsen zu erfassen und bei Belastungsspitzen entsprechend mit aufwendigen Regelungsalgorithmen in den Bremsvorgang regelungstechnisch einzugreifen. Es ist auch bekannt, die Bremsung im Falle eines Notstopps mit einer auf den Motor elektrisch einwirkenden Motorbremsung zu unterstützen, wie es beispielsweise in EP 3 328 782 B 1 beschrieben ist. Dies ist jedoch vergleichsweise aufwendig und erfordert spezielle ansteuerbare Motorbremssysteme, die nicht in jeder derartigen Krananlage vorhanden sind bzw. kostenintensiv sind. Außerdem sind spezielle elektronische Sensoriken und Steuergeräte sowie deren Programmierung hierfür erforderlich.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bremsvorgang eines Antriebsstrangs mit Betriebs- und Sicherheitsbremse so zu realisieren, dass eine Getriebebeschädigung oder Beschädigung anderer mechanischer Komponenten des Antriebsstrangs aufgrund einer Überlastung im Falle eines Notstopps effektiv vermieden wird. Eine lange, wartungsfreie Lebensdauer des Antriebsstrangs soll erreicht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zum Steuern eines Bremsvorgangs in einem Antriebsstrang mit einem Antriebsmotor, einer Betriebsbremse und einer im Antriebsstrang getrennt von der Betriebsbremse angeordneten Sicherheitsbremse, wobei es gekennzeichnet ist durch die Schritte:

- gleichzeitiges Übermitteln eines Notstopp-Signals an die Betriebsbremse und an die Sicherheitsbremse;
- Aktivieren eines Bremsvorgangs durch die Betriebsbremse; und
- Bewirken eines gegenüber der Aktivierung der Betriebsbremse zeitlich verzögerten Einfallens der Sicherheitsbremse.

Erfindungsgemäß wird somit bei Eingang eines Notstopp-Signals sowohl die Betriebsbremse als auch die Sicherheitsbremse mit dem Signal des Notstopps versorgt. Nach einem Aktivieren des Bremsvorgangs durch die Betriebsbremse wird anstatt der gleichzeitigen Anlegung der Betriebsbremse und der Sicherheitsbremse gezielt ein gegenüber der Aktivierung der Betriebsbremse zeitlich verzögertes Einfallen der Sicherheitsbremse bewirkt. Die Sicherheitsbremse wird somit quasi vor einem Einfallen zeitlich etwas verzögert, um den Bremsvorgang der Betriebsbremse und der Sicherheitsbremse für das Abbremsen in der Notfallsituation gezielt abzuändern. Im Stand der Technik waren bisher die zeitgleiche Aktivierung beider Bremsen und die möglichst abrupte schnelle Bremsung als maßgeblich für das schnelle Erreichen der möglichst sicheren Abbremsung der Notsituation in der Krananlage als technisch unabdingbar angesehen worden. Nach Untersuchungen der Anmelderin wurde jedoch nun ermittelt, dass eine gezielte Verzögerung des Einfallens der Sicherheitsbremse im Falle eines Notstopps im Verhältnis gegenüber dem Einfallen der Betriebsbremse zu überraschenden Vorteilen hinsichtlich der Höhe von mechanischen Belastungen im Getriebe und den anderen mechanischen Bauteilen der Krananlage führt. Die Sicherheitsbremse wird also zwar mit dem Notstopp-Signal gleichzeitig wie die Betriebsbremse versorgt. Es werden jedoch erfindungsgemäß bestimmte Mittel und Vorkehrungen vorgesehen, die ein zeitlich verzögertes Einfallen der Sicherheitsbremse gegenüber der Aktivierung der Betriebsbremse erlauben. Diese Mittel zum zeitlichen Verzögern des Einfallens der Sicherheitsbremse können erfindungsgemäß sowohl steuerungstechnische Mittel als auch mechanische Bauteile oder hydraulische Komponenten in dem Hydraulikkreislauf des Antriebsstrangs sein. Die Auslösung des Bremsvorgangs sowie das Übermitteln des Notstopp-Signals erfolgen entsprechend den vorhandenen Signal- und Steuerungssystemen. Das zeitlich gezielt verzögerte Einfallen der Sicherheitsbremse hat erfindungsgemäß den Vorteil, dass die Momentenspitzen bei dem Notabbremsen in dem Getriebestrang deutlich verringert sind. Überraschenderweise haben Untersuchungen der Anmelderin gezeigt, dass mit einem gezielten Verzögern der Sicherheitsbremse eine deutliche Reduzierung der Belastungen in den Anlagen ermöglicht wird. Der Bremsvorgang der Betriebsbremse erfolgt zunächst in stärkerem Maße und wird quasi erst später durch das gezielte, bewusste, jedoch sehr kurze Verzögern des Einfallens der Sicherheitsbremse durch letztere ergänzt. Die Zusammenarbeit beider Bremsen ist also anders als bisher in zeitlicher Abfolge realisiert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt der Einfallszeitpunkt der Betriebsbremse vor einem Einfallszeitpunkt der Sicherheitsbremse. Die gezielt hervorgerufene Verzögerung des Einfallens der Sicherheitsbremse wird so eingestellt, dass die Betriebsbremse immer als erstes einfällt und anschließend erst die Sicherheitsbremse mit einer gewissen gezielten extra Verzögerung einfällt. Die Sicherheitsbremse ist damit erfindungsgemäß später aktiv als die Betriebsbremse, so dass ein Großteil der Abbremsung der Notsituation durch die Betriebsbremse mit übernommen wird. Im Stand der Technik wurde bisher davon ausgegangen, dass in Notfällen die Sicherheitsbremse so schnell wie möglich und so stark wie möglich in den Bremsvorgang eingreifen muss. Erfindungsgemäß wird nun eine Art Aufteilung zwischen den Bremsmomenten der Betriebsbremse und der Sicherheitsbremse dadurch gezielt hervorgerufen, dass der Einfallszeitpunkt der Sicherheitsbremse hinter den Zeitpunkt eines Einfallens der Betriebsbremse gezielt verlegt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Momentenspitzen im Falle der Notbremsung deutlich gegenüber herkömmlichen derartigen Notbremssystemen reduziert sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird nach Eingang eines Notstopp-Signals die Aktivierung der Sicherheitsbremse gegenüber der Aktivierung der Betriebsbremse zeitlich gezielt um eine Zeitdauer im Zehntelsekundenbereich, insbesondere 0,3 bis 0,8 s, vorzugsweise um 0,6 s verzögert. Nach Untersuchungen der Anmelderin haben sich bei solchen Werten deutliche technische Verbesserungen der Vermeidung von Belastungsspitzen in den mechanischen Bauteilen ergeben. Die Verzögerung der Aktivierung der Sicherheitsbremse führte nach Untersuchungen der Anmelderin lediglich zu einem geringfügigen stärken Abfallen bzw. Absenken einer Last einer Krananlage, beispielsweise im Bereich von etwa maximal 150 mm. Der zusätzliche Senkweg der Last hat jedoch nicht den nachteiligen Effekt, dass die Bremsung der Notsituation unzureichend erfolgt, sondern hat den deutlichen Vorteil, dass eine Notfallbremsung mit geringeren Belastungen in den Komponenten und damit einer starken Reduzierung von möglichen Beschädigungen im Getriebe oder dergleichen erreicht wird. Eine lange Lebensdauer von solchen Anlagen wird hierdurch möglich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zusätzlich zum verzögerten Einfallen der Verlauf des Bremsmomentaufbaus der Sicherheitsbremse zur Reduzierung einer Belastung des Antriebsstrangs gezielt verändert und beeinflusst. Die Veränderung und Beeinflussung des Verlaufs eines Bremsmomentenaufbaus kann darin bestehen, dass der Aufbau des Moments einmalig oder mehrmals kurzzeitig unterbrochen wird, dass das Bremsmoment stufenweise angelegt wird oder beispielsweise dass eine progressive oder degressive Anlegung der Erhöhung des Bremsmomentenaufbaus erfolgt. Mit diesen Maßnahmen kann erfindungsgemäß weiter der Bremsvorgang im Falle eines Notstopps hinsichtlich der Belastung der mechanischen Komponenten verbessert werden. Die Beeinflussung und Veränderung des Verlaufs des Momentenaufbaus hat den Vorteil, dass entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten gezielt auf die Anforderungen und die Situationen der Last und des Betriebs von Anlagen eingegangen werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine gezielte Verzögerung des Einfallszeitpunkts der Sicherheitsbremse in Abhängigkeit von Betriebsparametern und/oder Getriebeverhältnissen des Antriebsstrang. Die Getriebeverhältnisse sind beispielsweise das Verhältnis von Eingangsdrehzahl zu Ausgangsdrehzahl, das Untersetzungsverhältnis zwischen Eingangsseite und Ausgangsseite oder die Unterschiede in den Drehzahlen der jeweiligen Wellen. Als Einstellparameter der zu steuernden Anlage können beispielsweise die Geschwindigkeit der Krananlage, die aktuelle Last oder ähnliches verwendet werden, die über in der Anlage vorhandene Sensoren ermittelbar sind. In Abhängigkeit von den Parametern und den jeweiligen Situationen wird die Verzögerung des Einfallzeitpunkts der Sicherheitsbremse gegenüber der Aktivierung der Betriebsbremse verändert. Erfindungsgemäß kann so auf die entsprechenden Betriebssituationen und bekannten technischen Parameter in der jeweiligen Krananlage speziell eingegangen werden. Die Abschwächung der Momentenspitzen im Falle eines Notstopps sind somit noch weiter optimiert, sowohl für den Fall unterschiedlicher Betriebssituationen als auch für den Fall unterschiedlicher mechanischer Komponenten der jeweiligen Krananlage.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die unterschiedlichen Schwungmassen auf der Antriebsseite und der Abtriebsseite des Antriebsstrang beim Verzögern des Einfallszeitpunkts der Sicherheitsbremse berücksichtigt. Die Schwungmassen sind eine wesentliche Komponente für die Höhen von Momenten und haben einen starken Einfluss auf die Stärke der Belastung im Falle eines abrupten Notstopps derartiger Krananlagen. Bei dem Berücksichtigen der Schwungmassen, welche vorab bei jeder Anlage ermittelbar sind, kann das Verfahren gezielt auf die jeweiligen Gegebenheiten eingehen und entsprechend optimiert sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine tatsächlich erfasste momentane Last zur Bestimmung der Verzögerung des Einfallens der Sicherheitsbremse berücksichtigt.
Die Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung zum Steuern eines Bremsvorgangs in einem Antriebsstrang von Anlagen, wie zum Beispiel Krananlagen, mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Die Vorrichtung der Erfindung dient zum Steuern eines Antriebsstrangs mit einem Antriebsmotor, einer elektrohydraulischen Betriebsbremse und einer im Antriebsstrang getrennt von der Betriebsbremse angeordneten hydraulischen Sicherheitsbremse, welche beide, Betriebsbremse und Sicherheitsbremse, über ein Notstopp-Signal simultan aktivierbar sind, wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche zum Ansteuern mindestens einer der Bremsen ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Mittel zum Verzögern eines Einfallszeitpunkts der Sicherheitsbremse im Vergleich zur Aktivierung der Betriebsbremse im Falle eines Notstopp-Signals bei einem Bremsvorgang vorgesehen ist. Die Steuereinrichtung der Erfindung kann entweder eine oder beide der Bremsen, nämlich Betriebsbremse oder Sicherheitsbremse, ansteuern. Die Vorrichtung weist gemäß der Erfindung ein Verzögerungsmittel auf, welches den Einfallszeitpunkt der Sicherheitsbremse gezielt verzögern kann im Vergleich zu der Bremsung durch die Betriebsbremse. Ein solches Mittel zum Verzögern kann verschiedene Formen aufweisen. Beispielsweise kann es sich um eine spezielle hydraulische Schaltung, ein mechanisches Bauteil handeln, oder es kann sich um ein elektrisch angesteuertes Verzögern der hydraulischen Betätigung der Sicherheitsbremse bzw. der Betriebsbremse handeln.
Ein Verzögern des Einfallszeitpunkts der Sicherheitsbremse dient erfindungsgemäß dazu, dass die Sicherheitsbremse trotz gleichzeitigen Eingangs eines Notsignals nicht abrupt sofort in den schnell realisierten Bremsenzustand einer Blockierung der Anlagenbauteile geführt wird, sondern dass die Sicherheitsbremse gezielt im Verhältnis zu der Aktivierung und damit dem normalerweise späteren Einfallszeitpunkt der Betriebsbremse zurückgesetzt wird. Die Betriebsbremse und die Sicherheitsbremse übernehmen dabei erfindungsgemäß gemeinsam die Aufgabe der Sicherheitsbremsung in der Notsituation, wobei der Anteil der Betriebsbremse gegenüber den konventionellen Systemen erhöht ist. Es hat sich überraschenderweise entgegen aller herkömmlichen Vorstellungen der Fachleute des Gebiets durch Untersuchungen der Anmelderin gezeigt, dass mit solch einer Maßnahme der Verzögerungsmittel für die Sicherheitsbremse eine erhebliche Reduzierung der Spitzenbelastungen in den Momenten in den mechanischen Bauteilen, wie dem Getriebe der Krananlage oder dergleichen, erreicht werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat dadurch mit vergleichsweise einfachen technischen Mitteln erhebliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Sie erfordert beispielsweise nicht unbedingt aufwendige Sensoriken oder elektrische Steuer- und Überwachungstechniken, um die Belastungen auf die Getriebeteile oder Anlagenteile zu ermitteln. Mit relativ einfachen technischen,
z. B. hydraulischen Maßnahmen, nämlich einer gezielten und bewusst hingenommenen Verzögerung des Einfalls der Sicherheitsbremse, wird erfindungsgemäß die Entstehung von übermäßigen Momenten zwischen Eingangsseite und Ausgangsseite des Getriebes von Krananlagen deutlich reduziert. Hierbei wird quasi bewusst in Kauf genommen, dass eine gewisse zusätzliche Absenkung einer ungesicherten Last an einer Krananlage sich einstellen kann. Der Nachteil einer stärkeren Absenkung der Last im Falle eines Notstopps ist jedoch vergleichsweise gering im Verhältnis zu den Vorteilen einer Reduzierung der Momentenbelastung in den Komponenten zwischen Eingangsseite und Ausgangsseite des Getriebes. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist daher insgesamt deutliche Vorteile auf, obwohl sie in eine technisch an sich konträre technische Richtung geht, nämlich ein Anhalten oder Verzögern des Einfallszeitpunkts der Sicherheitsbremse im Vergleich zu demjenigen der Betriebsbremse.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind das Mittel zum Verzögern des Einfallszeitpunkts der Sicherheitsbremse elektrische, hydraulische und/oder pneumatische Bauteile in einem Regelkreis der Betriebsbremse oder der Sicherheitsbremse. Die Vorrichtung kann dadurch vergleichsweise kompakt aufgebaut sein, und es können herkömmliche hydraulische, pneumatische oder elektrische Bauteile in dem Regelkreis verwendet werden, um die erfindungsgemäße Funktion der gezielten Verzögerung des Einfallszeitpunkts zu realisieren. Beispiele für eine Umsetzung der Mittel zum Verzögern sind etwa einstellbare Regelventile oder verstellbare Drosseln in einem Hydraulikkreislauf. Alternativ können auch entsprechende pneumatische Bauteile verwendet werden. Oder aber es können elektrische Bauteile wie Timer oder andere elektrische Zeitkomponenten in der Vorrichtung zur Realisierung der Mittel zum Verzögern verwendet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Mittel zum Verzögern des Einfallszeitpunkts der Sicherheitsbremse für ein variables Einstellen der Verzögerung angepasst und ist ausgebildet für eine Verzögerung in einem Zehntelsekundenbereich, vorzugsweise in einem Bereich von insbesondere 0,3 bis 0,8 s, vorzugsweise eine Verzögerung um 0,6 s im Vergleich zur Aktivierung der Betriebsbremse. Mit der variablen Einstellbarkeit lässt sich die Vorrichtung auf unterschiedliche Bauteile und Anlagenkomponenten jeweils individuell anpassen. Auch lässt sich die Vorrichtung auf entsprechende Lasten individuell jeweils anpassen. Die Verzögerungszeit kann auch je nach Bedarf in verschiedenen Betriebssituationen anders eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Mittel zur Verzögerung des Einfallszeitpunkts der Sicherheitsbremse zum Verändern des Bremsmomentenaufbaus durch die Sicherheitsbremse über den Bremsablauf hinweg ausgebildet. Die Mittel zur Verzögerung können somit nicht nur eine gezielte Verzögerung des Einfallszeitpunkts der Sicherheitsbremse einstellen, sondern sind auch noch in der Lage, den Aufbau des Bremsmoments gezielt zu variieren. Beispielsweise kann ein progressiver oder ein abgestufter oder ein unterbrochener Aufbau eines Bremsmoments in der Sicherheitsbremse hierdurch realisiert werden, was zu weiteren Vorteilen hinsichtlich der Belastungsspitzen in bestimmten Notfallsituationen führt. Auch hierdurch lässt sich eine Beschädigungsgefahr deutlich weiter reduzieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist als ein Mittel zur Verzögerung des Einfallszeitpunkts der Sicherheitsbremse eine hydraulische Steuereinrichtung oder Baugruppe vorgesehen, welche in der Sicherheitsbremse vorzugsweise selbst integriert ist. Eine hydraulische Steuereinrichtung kann beispielsweise durch hydraulische Bauteile wie einstellbare Drosseln und regelbare Wegeventile realisiert werden, die in entsprechender Schaltung und mittels Hydraulikleitungen zwischen der Sicherheitsbremse selbst und dem Hydraulikkreislauf zur Betätigung der Sicherheitsbremse integriert sind. Die Vorrichtung ist damit sehr kompakt und mit relativ einfachen Komponenten aufgebaut. Die Vorrichtung ist unanfällig gegenüber Störungen von außen und hat eine hohe Betriebssicherheit im Verhältnis zu anderen elektronisch gesteuerten oder mit Sensoren ausgelösten Sicherheitsvorkehrungen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Mittel zum Verzögern zum mindestens zeitweisen Stoppen oder Verlangsamen eines Bremsvorgangs der Sicherheitsbremse ausgebildet. Es hat sich durch Untersuchungen der Anmelderin gezeigt, dass mit einem zeitweisen Stoppen oder Verlangsamen des Bremsvorgangs eine gezielte Verzögerung des Einfallszeitpunkts durch die Vorrichtung mit recht einfachen Mitteln erreicht werden kann, ohne dass im Grunde auf die Hauptfunktion der Sicherheitsbremse negative Auswirkungen hervorgerufen werden. Die Sicherheitsbremse funktioniert in Zusammenwirkung mit der Betriebsbremse dennoch ausreichend schnell und sicher und kann trotzdem die erforderliche Notstopp-Situation ausreichend schnell hervorrufen, jedoch ohne erhöhte Belastungen in den Komponenten der Anlage.
Weitere Vorteile, Merkmale und Aspekte der Erfindung werden im Nachfolgenden mehr im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Ausführungsbeispiele beschrieben werden, welche anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Steuern eines Bremsvorgangs in einem Antriebsstrang mit Betriebsbremse und Sicherheitsbremse gemäß der Erfindung;
2 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
3 ein Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Ansteuerung einer Sicherheitsbremse mit einem hydraulisch realisierten Verzögerungsmittel;
4 eine schematische Ansicht einer Krananlage mit Betriebsbremse und Sicherheitsbremse für Container nach dem Stand der Technik; und
5a bis 5c Ablaufdiagramme für die Einfallszeitpunkte der Sicherheitsbremse und der Betriebsbremse gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung.

Die 1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in einem Antriebsstrang einer Krananlage 1 mit einer Betriebsbremse 11 und einer Sicherheitsbremse 18. Die Vorrichtung 10 dient zum gezielten Annähern bzw. Synchronisieren der Bremsvorgänge bzw. Bremsmomente der Betriebsbremse 11 und der Sicherheitsbremse 18 im Falle eines Notstopp-Signals, welches einen Notstopp zum Aktivieren beider Bremsen 11, 18 einleitet. Die Vorrichtung 10 ist beispielsweise an einem Hubwerk 1 einer Containerkrananlage eingesetzt, sie kann jedoch an anderen mit einer Betriebsbremse 11 und einer Sicherheitsbremse 18 ausgestatteten Antriebsvorrichtungen oder Anlagen 1, wie Förderanlagen oder ähnlichem eingesetzt werden. Die Betriebsbremse 11 greift bei diesem Beispiel an einer Bremsscheibe 9 zwischen einem Antriebsmotor 5 und einem Antriebsstrang 3 mit einem Getriebe 2 an. Die davon an anderer Stelle im Antriebsstrang 3 - also getrennt davon - angeordnete Sicherheitsbremse 18 ist bei diesem Ausführungsbeispiel der 1 auf der langsamer laufenden Abtriebsseite einer Seiltrommel 14 einer Krananlage bzw. einem Hubwerk 1 angebracht. Sowohl die Betriebsbremse 11 als auch die Sicherheitsbremse 18 werden im Falle eines Notstopps im Wesentlichen gleichzeitig über ein Notsignal aktiviert, greifen jedoch unterschiedlich schnell aufgrund ihrer Bauweise und Anordnung in die Komponenten des Antriebsstrangs 3 ein. So ist regelmäßig eine Sicherheitsbremse 18 mit sehr viel kürzeren Eingriffszeiten als die übliche Betriebsbremse 11 versehen. Erfindungsgemäß ist eine Steuereinrichtung 7 in der Vorrichtung 10 vorgesehen, mittels welcher entweder sowohl die Betriebsbremse 11 als auch die Sicherheitsbremse 18 oder lediglich die Sicherheitsbremse 18 angesteuert werden können. Die Steuereinrichtung 7 ist als ein hier in diesem Ausführungsbeispiel gezeigtes separates Element zwischen den Bremsen 11, 18 vorgesehen, sie kann jedoch auch in einer der Bremsen direkt integriert werden. Mittels der Steuereinrichtung 7 werden bei Eingang eines Notfallsignals sowohl die Betriebsbremse 11 als auch die Sicherheitsbremse 18 mit einem Notstopp-Signal versorgt. Nach einem Aktivieren eines Bremsvorgangs der Betriebsbremse 11 wird erfindungsgemäß bei dieser Vorrichtung 10 eine gegenüber der Aktivierung der Betriebsbremse verzögerte Betätigung der Sicherheitsbremse 18 erreicht, indem zwischen der Steuereinrichtung 7 und der Sicherheitsbremse 11 ein Verzögerungsmittel 19 eingebaut ist.
Das Verzögerungsmittel 19 ist bei diesem Ausführungsbeispiel direkt an dem Hydraulikschaltkreis der Sicherheitsbremse 11 mit integriert und kann beispielsweise in Form eines hydraulischen Ventilblocks verwirklicht sein. Es kann jedoch auch als separates Teil 19 vorgesehen werden. Mit dem Verzögerungsmittel 19 wird erfindungsgemäß erreicht, dass der Einfallszeitpunkt der Sicherheitsbremse gezielt um eine bestimmte Zeitspanne verzögert wird gegenüber der Aktivierung der Betriebsbremse, so dass sich eine gezielte verspätete Anlegung der Sicherheitsbremse 18 bewusst realisieren lässt. Anstatt trotz der gleichzeitigen Übermittlung des Notstopp-Signals beide Bremsen 11, 18 sofort in den schnellstmöglichen Eingriff zu bringen, wie es bisher bei solchen Notsystemen gemacht wurde, wird erfindungsgemäß bei dieser Vorrichtung also der Einfallszeitpunkt der Sicherheitsbremse 18 bewusst leicht hinausgezögert, um entsprechende vorteilhafte Auswirkungen auf die mechanischen Belastungen der Komponenten der Krananlage bzw. des Hubwerks 1 in diesem Ausführungsbeispiel eines Antriebsstrangs 3 zu erreichen. Mit dieser Maßnahme können die Bremsmomente der beiden Bremsen 11, 18 besser und recht einfach aneinander anglichen werden im Rahmen der zulässigen maximalen Eingriffszeiten von solchen Sicherheitsbremsen 18 in Notfallsituationen.
Mit dieser Maßnahme können erfindungsgemäß die Belastungsspitzen in dem Antriebsstrang 3 und insbesondere in einem Getriebe 2 deutlich reduziert werden. Die mechanischen Komponenten des Antriebsstrangs, wie das Getriebe 2, Kupplungen oder ähnliches, werden so vor vorzeitigen Beschädigungen oder Ausfällen geschützt. Lange Betriebsdauern sind so möglich. Die Betriebsbremse 11 ist herkömmlicherweise bei derartigen Krananlagen eine elektro-hydraulische betätigte mechanische Bremse, beispielsweise eine federrückgestellte mechanische Bremse, die über ein elektrohydraulisches Hubgerät, sogenannter Bremslüfter, gelüftet wird. Zum Aufbauen der Bremskraft wird eine einstellbare mechanische Druckfeder in der Bremse 11 vorgesehen, wobei der Gegendruck zum Öffnen der Bremse auf hydraulischem Wege erzeugt wird. Die Sicherheitsbremse 18 wiederrum ist bei derartigen Krananlagen 1 beispielsweise eine federrückgestellte hydraulische Bremse, wobei der Betriebsdruck zum Lüften der Bremse durch ein Hydraulikaggregat aufgebaut wird. Die Bremskraft selbst wird auch hier über mechanische Federn, wie zum Beispiel Tellerfedern, erzeugt. In konventionellen derartigen Antriebssträngen 3 mit einer Sicherheitsbremse 18 und einer davon getrennt vorgesehenen Betriebsbremse 11 findet zwar eine gleichzeitige Aktivierung der Bremsen 11, 18 im Notfall statt. Aufgrund der Bauart schließt jedoch die Sicherheitsbremse 18 immer deutlich schneller als die Betriebsbremse 11 aufgrund der Bauform dieser Bremsen, was zu unerwünschten Lastspitzen in dem Antriebsstrang 3 solcher Anlagen 1 führt und eine Beschädigung des Getriebes 2 oder einer Kupplung des Antriebsstrangs 3 hervorrufen kann.
Erfindungsgemäß ist nun zur Vermeidung dieses Nachteils eine spezifische Steuereinrichtung 7 vorgesehen, die in 1 als separate Steuerung schematisch dargestellt ist. Die Steuereinrichtung 7 kann jedoch auch Teil der Betriebsbremse 11 bzw. des Regelkreises der Betriebsbremse 11 oder alternativ der Sicherheitsbremse 18 sein und mit dieser integriert sein. Die Steuereinrichtung 7 bewirkt nun zusammen mit einem Verzögerungsmittel 19 eine spezifische Angleichung oder Annäherung der Bremsmomente der Betriebsbremse 11 und der Sicherheitsbremse 18. Dies erfolgt durch bewusst abgeändertes Einwirken auf den Bremsvorgang beider Bremsen 11, 18 oder nur einer der beiden Bremsen 11, 18 wie folgt:
Neben der Steuereinrichtung 7, welche ausgebildet sein kann, eine Angleichung und Annäherung der Betriebsmomente von der Betriebsbremse 11 und der Sicherheitsbremse 18 zu bewirken, ist erfindungsgemäß ein zusätzliches Mittel 19 zur Verzögerung des Einfallszeitpunkts der Sicherheitsbremse im Verhältnis zu demjenigen der Betriebsbremse 11 bzw. deren Aktivierung vorgesehen. Das Verzögerungsmittel 19 ist bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel direkt an der Sicherheitsbremse 18 als ein sogenannter hydraulischer Ventilblock mit angekoppelt und hydraulisch mit der Sicherheitsbremse 18 über Kanäle im Ventilblock direkt verbunden. Nach Eingang des Notstopp-Signals von Seiten der Steuereinrichtung 7 wird der Einfallszeitpunkt der Sicherheitsbremse 18 mit dem Verzögerungsmittel 19 gezielt um eine gewisse Zeitspanne hinausgezögert im Verhältnis zu dem Einfallszeitpunkt der ebenfalls und gleichzeitig mit dem Notstopp-Signal versorgten Betriebsbremse 11. Aufgrund dieses bewussten Herauszögerns des Einfallszeitpunkts der Sicherheitsbremse 18 wird ein gewisses zusätzliches Absenken der an der Seiltrommel 14 hängenden Last zwar in Kauf genommen, was jedoch erfindungsgemäß erhebliche Vorteile dahingehend hat, dass beide Bremsen 11, 18 gemeinsam eine solche Notsituation viel besser als bisher abbremsen, so dass dabei nur sehr viel geringere Belastungen auf die mechanischen Komponenten, insbesondere das Getriebe 2 des Antriebsstrangs, der Krananlage bzw. des Hubwerks 1 einer Containerkrananlage einwirken.
Wie es aus insbesondere der 1 und der 2 zu erkennen ist, ist zwischen der Sicherheitsbremse 18, die an der Seiltrommel 14 angreift, und der Betriebsbremse 11, die an der motorseitigen Eingangswelle auf der Eingangsseite des Getriebes 2 an Bremsscheiben 9 eingreift, die mechanische Getriebeuntersetzung vorgesehen, welche zu deutlich unterschiedlichen Drehzahlen der Eingangsseite und der Ausgangsseite führt. Mit dem erfindungsgemäßen Mittel 19 zur Verzögerung des Einfallszeitpunkts der Sicherheitsbremse 18 wird durch vergleichsweise einfache konstruktive Art und Weise eine Anpassung und Angleichung zum Synchronisieren der beiden Bremsen 11, 18 erreicht. Die Steuereinrichtung 7 muss dafür nicht unbedingt speziell mit Sensoren oder anderen aufwendigen Bauteilen versehen werden, um die tatsächlichen Belastungsmomente zu ermitteln. Mit vergleichsweise einfachen Maßnahmen, beispielsweise durch hydraulische Schaltkreise und Regelkomponenten, kann das Mittel 19 zur Verzögerung auch an den bestehenden Hubwerken 1 mit integriert werden, ohne aufwendige Umbauten zu erfordern. Erfindungsgemäß können dadurch erhebliche Lastspitzen in Notstopp-Situationen vermieden werden und die Beschädigungen verhindert werden, die ansonsten in derartigen Krananlagen 1 in solchen Notfallsituationen entstehen können. Neben einer hydraulischen Realisierung der Mittel 19 zur Verzögerung können auch andere Mittel zur Verzögerung erfindungsgemäß vorgesehen werden. Auch ist es möglich, ergänzend oder alternativ weitere Sensoren zur Erfassung der jeweiligen Lasten und der jeweiligen Momente und Belastungen an den Komponenten zu installieren, welche dann auch erfindungsgemäß mit dem Verzögerungsmittel 19 gekoppelt sein können, beispielsweise für variabel einstellbare Verzögerungszeiten.
In der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Steuern eines Bremsvorgangs in einem Antriebsstrang 3 mit einem Antriebsmotor 5, einem Getriebe 2 und einer Betriebsbremse 11 sowie einer Sicherheitsbremse 18 dargestellt. In dem vereinfachten schematischen Blockschaltbild der 2 ist ebenfalls eine Steuereinrichtung 7 vorgesehen, über welche sowohl die Betriebsbremse 11 als auch die Sicherheitsbremse 18 bei diesem doppelseitig ausgeführten Hubwerk 1 mit dem Notstopp-Signal im Falle einer Notfallsituation versorgt werden. Bei diesem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Steuereinrichtung 7 selbst ein Mittel 19 zur Verzögerung des Einfallszeitpunkts der Sicherheitsbremse 18 eingebaut. Anders als bei dem vorherigen ersten Ausführungsbeispiel der 1 ist also das Verzögerungsmittel 19 direkt in einer Steuereinrichtung 7 mit integriert, in welcher alternativ auch die jeweiligen Sensorwerte von Sensoreinrichtungen und die Signalerzeugung der Notstopp-Signale verarbeitet und weitergeleitet werden können. Die Steuereinrichtung 7 kann dafür mit entsprechenden Kommunikationsleitungen 21 zwischen dem Antriebsstrang 3 und der Steuereinrichtung 7 versehen sein, wie es mit den Pfeilen in der 2 schematisch veranschaulicht ist. Die Kommunikationsleitungen 21 dienen zum Übertragen von Signalen, Sensordaten oder ähnlichem zwischen den einzelnen Komponenten wie den Bremsen 11, 18, dem Getriebe 2, dem Motor 5 und/oder den Seiltrommeln 14. Als Beispiele für derartige Sensordaten oder Messwerte können Daten von Drehzahlsensoren, Sensoren der Anpresskraft der Bremsen oder auch Sensoren zur Hublast an dem Hubwerk 1 genannt werden. Mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 7 in Kombination mit dem Verzögerungsmittel 19 auf Seiten der Sicherheitsbremse 18 kann mit großer Effizienz und doch überraschend einfach auf entsprechende Lastspitzen in den mechanischen Komponenten 5, 2, 9 reagiert werden, so dass die Hubwerke 1 auch bei extremen Situationen nicht übermäßig belastet werden und es zu Beschädigungen kommen kann.
Auf Seiten der Sicherheitsbremse 18 kann die hydraulische Regelung so angepasst werden, dass sich der Bremsvorgang innerhalb eines maximal zulässigen Bremszeitverlaufs verändert. Die Sicherheitsbremse 18 kann beispielsweise mit einem speziell regelbaren mechanischen Hydraulikventil ausgestattet werden. Über ein einstellbares Ventil kann eine mehrstufige Bremsenansteuerung erfolgen. Alternativ kann auch eine einstellbare Drossel zum verzögerten Aufbau des Bremsmoments an der Sicherheitsbremse 18 vorgesehen werden. Die Einstellung und Variierung der Bremszeiten und Bremsmomente der Betriebsbremse 11 und der Sicherheitsbremse 18 ist erfindungsgemäß so bewerkstelligt, dass eine Angleichung, d.h. Synchronisation der Bremsvorgänge jeweils im Falle eines Notstoppvorgangs erfolgt. Alternativ kann die Sicherheitsbremse 18 mit einem Regelventil versehen werden, welches eine Kennlinien abhängige Bremsregelung ermöglicht. Eine Sollwertvorgabe für das Eingreifen der Sicherheitsbremse 18 kann dabei auf Basis eines Bremssignals von der Betriebsbremse 11 über die Steuereinrichtung 7 bewirkt werden. Alternative Formen für eine Synchronisation der Betriebsmomente der Bremsen 11, 18 sind eine gezielte kurzzeitige Unterbrechung des Bremsanlegevorgangs oder ein vorab bewirktes Anlegen einer Bremse nahe an das Eingreifen. Mit solchen Möglichkeiten können ebenso die erfindungsgemäßen Vorteile der Annäherung der Bremsvorgänge in Ergänzung zu dem Verzögerungsmittel 19 erreicht werden, so dass die Belastungsspitzen in den mechanischen Teilen des Antriebsstrangs 3 wie dem Getriebe 2 oder von Kupplungen reduziert werden.
Die 3 zeigt einen Hydraulikschaltplan einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Vorrichtung 10 zur Ansteuerung einer Sicherheitsbremse 18 gemäß der Erfindung. Das hier gezeigte Beispiel des Hydraulikschaltplans einer Vorrichtung 10 erlaubt eine gezieltes Steuern des Bremsvorgangs und insbesondere eine Anpassung des Bremsmomentes der Sicherheitsbremse 18 an die Betriebsbremse 11 oder umgekehrt der Betriebsbremse 11 an die Sicherheitsbremse 18 und wird im Folgenden erläutert: Das in 3 dargestellte Hydraulikaggregat 20 erzeugt den Öldruck zum Öffnen der Sicherheitsbremse 18 bei diesem Beispiel eines Verzögerungsmittels 19 der Erfindung. Der maximale Druck wird durch das Druckbegrenzungsventil begrenzt und schützt das System vor Überlast.
Die Sicherheitsbremse 18 wird im normalen Betrieb, d. h. bei Nichtvorliegen einer Notfallsituation, mit dem Hydraulikaggregat 20 mit Öldruck versorgt, so dass sie gegen die mechanischen Komponenten der Sicherheitsbremse 18 in eine Öffnungsstellung versetzt wird. Bei Eintritt eines Notfalls wird die Sicherheitsbremse 18 über die in der 3 nicht extra dargestellte Steuereinrichtung 7 mit einem Notstopp-Signal versorgt und entsprechend den Regelungsmechanismen und der Steuermechanik in der Steuereinrichtung 7 (vgl. 1 und 2) geschlossen. Die Sicherheitsbremse 18 ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem separaten Ventilblock als ein Mittel 19 zur Verzögerung des Einfallszeitpunkts versehen. Das Verzögerungsmittel 19 ist bei dem Ausführungsbeispiel zwischen dem Hydraulikaggregat 20 zur eigentlichen Betätigung der Sicherheitsbremse 18 und der Sicherheitsbremse 18 selbst einfach hydraulisch zwischengeschaltet und kann beispielsweise in ein und demselben Ventilblock eines Hydraulikaggregats 20 mit integriert werden. Das Verzögerungsmittel 19 ermöglicht ein verzögertes Einfallen der Sicherheitsbremse 18 im Verhältnis zu dem Einfallszeitpunkt oder zu der Aktivierung der Betriebsbremse 11, obwohl beide Bremsen 11, 18 von der Steuereinrichtung 7 gleichzeitig mit dem Notfallsignal bzw. Notstopp-Signal versorgt werden.
Die Sicherheitsbremse 18 nach dem Beispiel in 3 ist aufgrund der Wegeventile 3.1 und 3.2 des Verzögerungsmittels 19 im Normalfall aufgrund des anstehenden Öldrucks geöffnet. Wenn allerdings das Hydraulikaggregat 20 über die beiden Absperrventile 5.1 und 5.2 geschlossen wird, kann über die Drosselventile 4, 5 kein Ölstrom strömen und damit ein Druckabfall und ein Schließen der Sicherheitsbremse 18 stattfinden. Das Verzögerungsmittel 19 funktioniert also bei einem Eingang eines Notstopp-Signals mit dem Befehl „Bremse schließen“ aus der Steuereinrichtung 7 oder einem analogen Bauteil dahingehend, dass das Hydraulikaggregat 20 die beiden Absperrventile 5.1 und 5.2 öffnet und das Hydrauliköl aus der Sicherheitsbremse 18 über den Ventilblock des Verzögerungsmittels 19 zurück in das Hydraulikaggregat 20 strömen kann. In diesem Moment greift die erfindungsgemäße Lösung einer gezielten Verzögerung des Bremsvorgangs der Sicherheitsbremse 18 ein. Mittels des Verzögerungsmittels 19 wird die gewünschte Totzeit, d. h. zwischen dem Anlegen der Bremsbeläge an die Bremsscheibe und der tatsächlichen Bremszeit, d. h. dem Aufbau einer maximalen Bremskraft an der Bremsscheibe der Sicherheitsbremse 18, hervorgerufen. Die gezielt hervorgerufene zusätzliche Verzögerung zu der Totzeit ist mit dem Mittel 19 zur Verzögerung leicht auf hydraulische Art und Weise ohne großen konstruktiven Aufwand zu realisieren. Die beiden Druckzuschaltventile 3.1 und 3.2 des Verzögerungsmittels 19 sind in dieser Situation geöffnet, und das Hydrauliköl strömt durch die beiden Druckzuschaltventile 3.1, 3.2, das Drosselventil 4 sowie das Drosselventil 5 zurück in das Hydraulikaggregat 20.
Mit den beiden Drosselventilen 4, 5 wird in der in der 3 gezeigten Schaltung des prinzipiellen Hydraulikschemas dieses Ausführungsbeispiels der Volumenstrom des Hydrauliköls gezielt so eingestellt, dass der Druckabfall das Schließen der beiden Druckzuschaltventile 3.1 und 3.2 genau im Moment des Anlegens der Bremsbeläge an die Bremsscheibe der Sicherheitsbremse 18 bewirkt. Hierzu müssen die beiden Druckzuschaltventile 3.1 und 3.2 auf einen spezifischen Wert je nach Art des Hubwerks 1, z. B. auf einen Wert von 50 bar Druck eingestellt werden, und das weitere Zurückströmen des Hydrauliköls in das Hydraulikaggregat 20 erfolgt dann nur noch über das Drosselventil 5, wie es dem prinzipiellen Hydraulikschaltplan der 3 zu entnehmen ist. Das Drosselventil 5 wiederum ist so eingestellt, dass erfindungsgemäß der Aufbau der maximalen Bremskraft genau so lange dauert, wie die gewünschte verzögerte Bremszeit der Sicherheitsbremse 18 sein soll. Die Verzögerung des Einfallszeitpunkts muss dabei vorzugsweise so je nach Aufbau der Anlage und je nach Lasten in dem Hubwerk 1 gewählt werden, dass der zusätzliche Abfall bzw. die zusätzliche Absenkung der Last nicht über einen zu starken Wert hinaus geht. Die beiden einstellbaren Drosselventile 4, 5 müssen dabei so aufeinander abgestimmt sein, dass sowohl die Totzeit, d. h. die Reduzierung des Einfallszeitpunkts der Sicherheitsbremse 18, als auch die Bremszeit für das vollständige Eingreifen der Sicherheitsbremse 18 den jeweils gewünschten Wert haben. Die Abstimmung dieser Einstellungen ist erfindungsgemäß notwendig, da eine Sensorik oder weitere Erfassung von Daten durch Kraftsensoren etc. in diesem Ausführungsbeispiel der 3 nicht notwendigerweise vorgesehen ist. Eine somit konstruktiv einfache Ausführung ist möglich. Die Abstimmung ist auch notwendig, weil das einstellbare Drosselventil 5 die Totzeit mit beeinflusst, das Drosselventil 4 aber nicht die Bremszeit der Sicherheitsbremse 18 beeinflusst. Die in dem Schema der 3 eingezeichneten Rückschlagventile 1, 2 sind notwendig, damit bei geöffneter Bremse der Sicherheitsbremse 18 kein Öldruck rückwärts in die Druckzuschaltventile 3.1 und 3.2 strömt und damit diese unter Druck setzt.
4 zeigt ein Standard-Hubwerk 1 für Container-Krananlagen gemäß dem Stand der Technik, das zwei Seiltrommeln mit über ein Getriebe 2 gekoppelten identischen Antriebs- und Abtriebssträngen 3, 3' und 4, 4' aufweist, wobei im Folgenden nur das linke Hubwerk erläutert wird. In solch einem bekannten Hubwerk 1 kann die Lösung der Erfindung vorzugsweise implementiert werden. Es werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile der Ausführungsbeispiele verwendet, so dass diese dort nicht mehr erneut erläutert werden müssen.
Ein Antriebsmotor 5 ist über eine Antriebswelle 6 mit einer Bremsscheibe 9 und diese mit einer Getriebeeingangswelle 8 des Getriebes 2 drehfest verbunden. An der Bremsscheibe 9 ist eine Betriebsbremse 11 mit federbeaufschlagten Bremsbacken und einem nicht dargestellten Bremslüftgerät vorgesehen. Das Getriebe 2 treibt über Getriebeausgangswellen 12 Seiltrommeln 14 mit einem Seilzug 15 an. An der Seiltrommel ist eine Bremsscheibe 17 befestigt, an der eine Sicherheits- bzw. Sicherheitsbremse 18 mit federbeaufschlagten Bremsbacken eingreift, an denen ein nicht dargestelltes Hydraulikgerät vorgesehen ist. Die Seilzüge 15 sind an einem Headblock 16 befestigt, einem im Wesentlichen rechteckigen Rahmen, an dem ein Spreader aufgenommen wird, der über Eckbeschläge einen nicht dargestellten Container aufnimmt. Im Folgenden wird der Headblock 16 als Fördergut bzw. als Last bezeichnet.
Die Betriebsbremse 11 arbeitet während des Betriebs zum Abbremsen der Last mit einem relativ hohen Schaltzyklus, während die Sicherheitsbremse 18 nur zu Beginn des Betriebs ein- und bei Ende des Betriebs ausgeschaltet wird, sofern während des Betriebs kein Not-Stopp aufgrund einer Störung des Kranbetriebs auftritt.
Wird aufgrund des Versagens eines Bauteils im Antriebsstrang eine Überdrehzahl an der Antriebswelle 6 oder an der Getriebeausgangswelle 12 festgestellt oder wird ein Not-Stopp der Anlage durch eine andere Störung notwendig, so schließen die Sicherheitsbremsen 18, 18' und die Betriebsbremsen 11, 11' selbsttätig aufgrund eines Stoppsignals oder durch ein vom Kranführer abgegebenes Not-Stoppsignal. Konstruktiv bedingt verfügen die Sicherheitsbremsen 18, 18' über eine kürzere Schließzeit als die Betriebsbremsen 11, 11', sodass die Sicherheitsbremsen 18, 18' früher schließen und damit die Last aufnehmen, die an den Hubseilen angreift.
Während Hubvorgängen beim Containerhandling, insbesondere beim Heben eines Containers aus den engen Ladeschächten von Containerschiffen, kann sich der Container im Ladeschacht verkanten oder verklemmen. Wird die Krananlage nicht rechtzeitig gestoppt, so kann ein erheblicher Schaden entstehen, der bis hin zur Zerstörung der gesamten Krananlage führen kann. Das Verhaken oder Hängenbleiben eines Containers wird in der Fachsprache als „Snag“ bezeichnet. Bei einem Standard-Hubwerk nach 1 wird ein Überlastfall durch Hängenbleiben des Containers von beispielsweise einem Früherkennungssystem festgestellt und von diesem ein Not-Stopp ausgelöst.
Bei der Krananlage nach 4 arbeitet die Betriebsbremse 11 im Falle eines Notstopps langsamer als die Sicherheitsbremse 18. Durch die Zeitdifferenz zwischen Eingreifen der Betriebsbremse 11 und der Sicherheitsbremse 18 können am Getriebe 2 erhebliche Bremsmomente auftreten.
Erfindungsgemäß wird durch eine Koordination der beiden Bremsen 11 und 18 einerseits die Zeitdifferenz und andererseits die Höhe des am Getriebe 2 anliegenden Momentes so gesteuert, dass ein Maximum des am Getriebe angreifenden Bremsmoments reduziert wird.
Vorzugsweise wird die schnell arbeitende Sicherheitsbremse 18 bei Eingang eines Notstoppsignals so angesteuert, dass die Sicherheitsbremse 18 schrittweise oder allmählich angelegt wird und die maximale Bremskraft dann ausgeübt wird, wenn die Betriebsbremse 11 die maximale Bremskraft erreicht hat. Dafür ist erfindungsgemäß ein Mittel 19 zur Verzögerung des Einfallszeitpunkts vorgesehen.
Auf diese Weise ist es möglich, das Maximum der am Getriebe angreifenden Bremsmomente in solchen Notstopp-Situationen erheblich zu reduzieren.
Vorteilhafterweise wird bei einer alternativen Form der stufenweisen oder allmählichen Betätigung der Sicherheitsbremse 18 das an der Betriebsbremse 11 angreifende Bremsmoment auf elektronischem Wege abgefragt, so dass je nach Höhe des Bremsmomentes der Betriebsbremse 11 zu einem gegebenen Zeitpunkt das durch die Sicherheitsbremse 18 ausgeübte Bremsmoment angepasst werden kann.
Die Sicherheitsbremse 18 wird in der Regel durch ein hydraulisches Ventil angesteuert, durch das der hydraulische Druck an einem Federpaket beeinflusst wird, das die Bremsbacken der Scheibenbremse beaufschlagt. Beispielsweise kann in der Rücklaufleitung der hydraulischen Steuereinrichtung eine einstellbare Drossel vorgesehen werden, die das Eingreifen der Sicherheitsbremse 18 schrittweise ansteuert oder kontinuierlich ansteigen lässt, um die Synchronisierung der Betriebsbremse 11 durch Folgen der Nennbremskurve der Sicherheitsbremse 18 zu erreichen.
In 5a bis 5c sind verschiedene zeitliche Abläufe einer erfindungsgemäßen Steuerung des Bremsvorgangs mit einer Verzögerung des Einfallszeitpunkts der Sicherheitsbremse 18 gegenüber demjenigen der Betriebsbremse 11 in Zeitdiagrammen veranschaulicht. Die 5a zeigt ein erstes Beispiel, in welchem der Einfallszeitpunkt der Sicherheitsbremse 18 t₂ gegenüber demjenigen der Betriebsbremse 11 t₁ um einen festgelegten Faktor Δt verzögert ist. Nach Eingang des Notstopp-Signals zum Zeitpunkt t₀ und den danach vorhandenen Totzeiten zwischen Signaleingang und Einfallszeitpunkten, bis die Komponenten einspringen, wird der Zeitpunkt t2 zum Einfallen der Sicherheitsbremse 18 über das Verzögerungsmittel 19, wie es zuvor beschrieben wurde, gezielt um den Zeitfaktor Δt gegenüber dem Zeitpunkt t₁ einer Aktivierung der Betriebsbremse verzögert. Dieser Faktor Δt liegt erfindungsgemäß beispielsweise in dem Bereich von 0,3 bis 0,8 s, je nach Art der Anlage 1 und nach Anwendungsfall der jeweiligen Komponenten. In der 5b ist eine demgegenüber abgeänderte Variante dargestellt, bei welcher die Anlegung des Bremsmomentenaufbaus der Sicherheitsbremse 18 ebenfalls gegenüber demjenigen der Betriebsbremse 11 verzögert ist, jedoch die Sicherheitsbremse 18 stufenweise angelegt wird. Dies ist mit der abgestuften Kurve des Aufbaus des Bremsmoments der Sicherheitsbremse 18 in der 5b veranschaulicht. In der 5c ist wiederum eine weitere Variante der zeitlichen Verzögerung dargestellt, bei welcher die Sicherheitsbremse 18 im Aufbau des Bremsmoments so gesteuert wird, dass das Bremsmoment mit einer degressiven Kurve angelegt wird, bis es das maximale Bremsmoment entsprechend der vollen Bremskraft wie die Betriebsbremse 11 erreicht. Diese unterschiedlichen Varianten haben je nach Anwendungsfall verschiedene Vorteile. Mit den abgestuften, progressiven oder degressiven Verläufen können die mechanischen Belastungen in verschiedenen Situationen noch besser kompensiert werden, als es der Fall ist, wenn lediglich eine abrupte Verzögerung des Einfallszeitpunkts mit den Verzögerungsmitteln 19 der Erfindung bewerkstelligt wird.
Bei einem elektrohydraulischen Hubgerät hängen die Hub- und Senkzeiten sowie die Hubkraft von der Motordrehzahl ab.
Die erfindungsgemäße Steuerung von Sicherheitsbremse 18 und Betriebsbremse 11 ist im normalen Betrieb nicht wirksam, sie setzt erst ein, wenn ein Notstopp für die Betätigung der Sicherheitsbremse 18 erforderlich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können auch auf andere Antriebsstränge als diejenigen von Krananlagen angewendet werden. So lassen sich die beschriebenen Vorteile bei jeglichen Anwendungen übertragen, bei denen eine schnelllaufende und eine langsam laufende Seite eines Antriebsstrangs über ein Getriebe gekoppelt ist, wie zum Beispiel bei Förderbandanlagen. Auch hier lassen sich die beschriebenen Vorteile der Erfindung erzielen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3328782 [0004]

Claims

Verfahren zum Steuern eines Bremsvorgangs in einem Antriebsstrang (3) mit einem Antriebsmotor (5), einer Betriebsbremse (11) und einer im Antriebsstrang (3) getrennt von der Betriebsbremse (11) angeordneten Sicherheitsbremse (18), gekennzeichnet durch: - gleichzeitiges Übermitteln eines Notstopp-Signals an die Betriebsbremse (11) und die Sicherheitsbremse (18); - Aktivieren eines Bremsvorgangs durch die Betriebsbremse (11); und - Bewirken eines gegenüber der Aktivierung der Betriebsbremse (11) zeitlich verzögerten Einfallens der Sicherheitsbremse (18).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Einfallszeitpunkt der Betriebsbremse (11) vor einem Einfallszeitpunkt der Sicherheitsbremse (18) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei nach Eingang des Notstopp-Signals die Aktivierung der Sicherheitsbremse (18) gegenüber der Aktivierung der Betriebsbremse (11) gezielt zeitlich um insbesondere eine Zeitdauer im Zehntelsekundenbereich, vorzugsweise 0,3 bis 0,8 s, weiter vorzugsweise um 0,6 s, verzögert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zusätzlich zum verzögerten Einfallen der Verlauf des Bremsmomentaufbaus der Sicherheitsbremse (18) zur Reduzierung einer Belastung des Antriebsstrangs (3), insbesondere eines Getriebes (3), gezielt verändert und beeinflusst wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine gezielte Verzögerung des Einfallszeitpunkts der Sicherheitsbremse (18) in Abhängigkeit von Betriebsparametern und/oder Getriebeverhältnissen des Antriebsstrangs (3) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei unterschiedliche Schwungmassen auf einer Antriebs- und der Abtriebsseite des Antriebsstrangs (3) beim Verzögern des Einfallszeitpunktes der Sicherheitsbremse (18) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine tatsächlich erfasste momentane Last zur Bestimmung der Verzögerung eines Einfallens der Sicherheitsbremse (18) berücksichtigt wird.
Vorrichtung (10) zum Steuern eines Bremsvorgangs in einem Antriebsstrang (3) mit einem Antriebsmotor (5), einer elektrohydraulischen Betriebsbremse (11) und einer im Antriebsstrang (3) getrennt von der Betriebsbremse (11) angeordneten hydraulischen Sicherheitsbremse (18), welche beide über ein Notstopp-Signal simultan aktivierbar sind, wobei eine Steuereinrichtung (7) vorgesehen ist, welche zum Ansteuern mindestens einer der Bremsen (11, 18) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel (19) zum Verzögern eines Einfallszeitpunktes der Sicherheitsbremse (18) im Vergleich zur Aktivierung der Betriebsbremse (11) im Falle eines Notstopp-Signals vorgesehen ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei das Mittel (19) zum Verzögern elektrische, hydraulische und / oder pneumatische Bauteile in einem Regelkreis der Betriebsbremse (11) oder der Sicherheitsbremse (18) sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Mittel (19) zum Verzögern des Einfallszeitpunktes der Sicherheitsbremse (18) für ein variables Einstellen der Verzögerung angepasst ist und ausgebildet ist für eine Verzögerung insbesondere einer Zeitdauer im Zehntelsekundenbereich, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 0,8 s, weiter vorzugsweise um 0,6 s.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Mittel (19) zur Verzögerung zum Verändern des Bremsmomentenaufbaus durch die Sicherheitsbremse (18) über den Bremsablauf hinweg ausgebildet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei als Mittel (19) zur Verzögerung eine hydraulische Steuereinrichtung oder Baugruppe vorgesehen ist, welche in der Sicherheitsbremse (18) integriert ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das Mittel (19) zum Verzögern zum mindestens zeitweisen Stoppen oder Verlangsamen eines Bremsvorgangs der Sicherheitsbremse (18) ausgebildet ist.