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Die Erfindung betrifft eine Fördermaschine, insbesondere für eine übertägige Schachtförderanlage, mit einer Bremseinrichtung, umfassend eine Bremsfläche und mehrere Bremszangen mit jeweils einem Bremskrafterzeugerpaar und eine an jedem Bremskrafterzeuger angeordnete, mit Hydraulikflüssigkeit betätigte Bremslüftungsvorrichtung, wobei jeder Bremskrafterzeuger eine axial in Richtung der Bremsfläche wirkende Bremskraft auf einen Bremsbelag und jede Bremslüftungsvorrichtung eine der Bremskraft entgegengesetzte Kraft zum Lüften des Bremsbelags erzeugt.
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Nach der TAS/Dezember 2005, Blatt 3/15a, Ziffer 3.9.1.1 müssen Fördermaschinen mit mindestens zwei Bremseinrichtungen ausgerüstet sein. Eine Bremse muss als Sicherheitsbremse unmittelbar auf dem Seilträger wirken. Die Bremsen müssen Backenbremsen sein, die als Trommelbremsen radial oder als Scheibenbremsen axial auf die Bremsfläche wirken, die als Bremskranz oder Bremsscheibe ausgestaltet sein kann. Gestängelose Bremseinrichtungen bestehen aus Bremskrafterzeugern, Betätigung- und Steuereinrichtungen und Bremsbacken mit Belägen sowie Bremsflächen. Gestängelose Bremseinrichtungen müssen mindestens zwei Bremskrafterzeugerpaare aufweisen. Jeder Bremskrafterzeuger erzeugt eine axial in Richtung der Bremsfläche wirkende Bremskraft auf den Bremsbelag. Die Bremskraft wird insbesondere durch Federn bzw. Federpakete erzeugt. An jedem Bremskrafterzeuger ist darüber hinaus eine mit Hydraulikflüssigkeit betätigte Bremslüftungsvorrichtung angeordnet, die eine der Bremskraft entgegengesetzte Kraft zum Lüften des Bremsbelags erzeugt. Die Betätigung der Bremslüftungsvorrichtung erfolgt mittels eines Hydrauliksystems, welches entlüftet werden können muss.
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Fördermaschinen nach aktuellem Stand der Technik werden im Fahrbetrieb überwiegend elektrisch stillgesetzt. Die Bremseinrichtung arbeitet in erster Linie als Halte- bzw. Sicherheitsbremse bei Stromausfall, Übergeschwindigkeit oder Störungen im Schachtbereich. An Schachtförderanlagen mit Fahrgeschwindigkeiten über 4m/s muss nach TAS 3.9.5.7 die Steuerung der Sicherheitsbremse so ausgelegt sein, dass die Ansprechzeit, d.h. die Zeit zum Auslösen der Bremse bis zum Anlegen der Bremsbacken unter 0,2 s liegt.
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Im Laufe der Entwicklung von Bremseinrichtungen für Schachtförderanlagen wurde die Sicherheit kontinuierlich verbessert, wie es die nachfolgende Reihenfolge in der historischen Entwicklung von Bremseinrichtungen für Schachtförderanlagen zeigt:
- 1. Hydraulische/pneumatische Backen- oder Scheibenbremsen mit definierter Bremskraft und variabler Verzögerung.
- 2. Hydraulische/pneumatische Backen- oder Scheibenbremsen mit definierter Bremskraft. Alle Bremskrafterzeuger sind einem hydraulischen/pneumatischen und einem elektrischen Kanal zugeordnet. Die Verzögerung ist variabel.
- 3. Hydraulische Scheibenbremsen mit variabler Bremskraft und konstanter Verzögerung. Alle Bremskrafterzeuger sind je einem hydraulischen und einem elektrischen Kanal zugeordnet.
- 4. Hydraulische Scheibenbremsen mit variabler Bremskraft und konstanter Verzögerung. Alle Bremskrafterzeuger sind je einem hydraulischen Kanal zugeordnet. Die elektrischen Kanäle sind zweifach vorhanden.
- 5. Der aktuelle Stand der Technik sind hydraulische Scheibenbremsen mit variabler Bremskraft und konstanter Verzögerung. Alle Bremskrafterzeuger sind mehreren hydraulischen und elektrischen Kanälen zugeordnet.
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Eine Bremseinrichtung nach dem aktuellen Stand der Technik wird von der Olko Maschinentechnik GmbH unter der Typenbezeichnung COBRA01 hergestellt und angeboten. Aus der Bauartgenehmigung (http://esb.bezreg-arnsberg.nrw.de/a 3/a_3_010/a_3_010_005/a_3_010_02_B32_10_1_E rg1-Erg3_Ver1_.html - abgerufen am 3. April 2021) ergibt sich, dass die Bremseinrichtung COBRA01 eine elektrohydraulische Bremsensteuerung und - regelung mit regelbarer Bremskraft bei einer Sicherheitsbremsung für eine Fördermaschine betrifft. Ein wesentliches Merkmal der elektrohydraulischen Bremsensteuerung und - regelung ist die im Falle einer Sicherheitsbremsung regelbare Bremskraft, um die zulässigen Verzögerungen einzuhalten. Im Sicherheitsbremsfall stellt sich unabhängig von den Überlastverhältnissen und der Fahrtrichtung der Fördermaschine und unabhängig von reibwertbedingten Schwankungen der Bremskraft stets eine konstante Verzögerungswirkung ein.
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Der hydraulische Teil der Bremsensteuerung und- regelung der Bremseinrichtung COBRA01 ist mehrkanalig aufgebaut. Die hydraulischen Schaltungen zur Regelung der Bremskraft sind mehrfach vorhanden und weitgehend identisch ausgeführt. Die Bremskrafterzeuger der Bremseinrichtung sind schaltungstechnisch in mehrere Gruppen zusammengefasst. Jeder hydraulischen Schaltung (hydraulischer Kanal) ist eine Bremskrafterzeugergruppe zugeordnet, d.h. von einem Kanal bzw. einer Teilsteuerung werden beispielsweise drei Bremszangen angesteuert, wobei jede Bremszange ein Bremskrafterzeugerpaar aufweist.
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Der mehrkanalige Aufbau ist eine Maßnahme zur Fehlerbeherrschung und damit ein wesentliches Merkmal des Sicherheitskonzeptes der Bremseinrichtung. Bei einer Fehlfunktion in einem der Kanäle müssen die anderen Kanäle im Stande sein, die Schachtförderanlage ordnungsgemäß durch eine Sicherheitsbremsung stillzusetzen. Deshalb wird anlagenspezifisch die Anzahl der erforderlichen Bremskrafterzeuger und die Anzahl der Kanäle sowie die Zuordnung der Bremskrafterzeuger zu den Kanälen festgelegt.
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Die Einrichtung zur Druckerzeugung (Druckerzeuger) für die verschiedenen Kanäle umfasst eine Haupt- und Reservepumpe und ist nur einfach vorhanden. Bei Ausfall einer der beiden Pumpen ist ein Betrieb der Bremseinrichtung mit nur einer der beiden Pumpen möglich.
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Jedem hydraulischen Kanal der Bremseinrichtung ist ein elektrischer Bremskreisregler zugeordnet. Überwacht wird jeder Bremskreisregler durch einen übergeordnetes MasterSteuergerät. Die Bremskreisregler und das Mastersteuergerät bilden zusammen den elektrischen Teil der Bremsensteuerung und- regelung.
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Die Informationen zur aktuellen Geschwindigkeit der Fördermaschine der Schachtförderanlage werden durch Drehzahlsensoren an der Fördermaschine der Schachtförderanlage bzw. deren Peripherie erfasst und an den elektrischen Teil der Bremsensteuerung und- regelung übertragen.
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Die Verwendung langer Rohrleitungen in den hydraulischen Kanälen der mehrkanaligen elektrohydraulischen Bremsensteuerung und - regelung wirkt sich negativ auf die Regelbarkeit der Bremskraft auf. Es muss ein hoher Aufwand auf Seiten des elektrischen Teils der mehrkanaligen elektrohydraulischen Bremsensteuerung und - regelung betrieben werden, um die negativen Effekte der Hydraulik zu kompensieren.
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Die Verlegung der hydraulischen Leitungen bei einer mehrkanaligen elektrohydraulischen Bremsensteuerung und - regelung zwischen den Gruppen der Bremskrafterzeuger sowie der zentralen Einrichtung zur Druckerzeugung ist ebenfalls sehr aufwendig.
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Des Weiteren muss die zentrale Einrichtung zur Druckerzeugung außerordentlich leistungsstark sein, um die erforderliche hydraulische Energie für sämtliche Bremskrafterzeuger bereitzustellen.
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Schließlich ist der Aufwand für die Verkabelung einer mehrkanaligen elektrohydraulischer Bremsensteuerung und - regelung sehr hoch.
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Eine Nachrüstung der Bremseinrichtungen älterer Schachtförderanlagen mit einer mehrkanaligen elektrohydraulischen Bremsensteuerung und - regelung ist vielfach nicht möglich, da die erforderliche Infrastruktur nicht vorhanden ist oder erhebliche Umbaumaßnahmen erforderlich machen würde.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Fördermaschine mit einer Bremseinrichtung zu schaffen, deren hydraulisches System weniger lange Rohrleitungen erfordert und die einen geringeren Installationsaufwand benötigt.
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Diese Aufgabe wird bei einer Fördermaschine mit einer Bremseinrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass
- - jeder Bremszange ein eigener Druckerzeuger für die Hydraulikflüssigkeit zugeordnet ist, wobei die beiden Bremslüftungsvorrichtungen der Bremszange mit dem zugeordneten Druckerzeuger fluidleitend verbunden sind,
- - jede Bremszange eine eigene elektrische Steuerungs - und Regeleinheit für die Bremskraft aufweist,
- - wobei sämtliche Druckerzeuger und sämtliche Steuerungs - und Regeleinheiten unmittelbar an der Fördermaschine angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß ist jeder Bremszange ein eigener Druckerzeuger für die Hydraulikflüssigkeit zugeordnet. Da zum Betätigen der beiden Bremslüftungsvorrichtungen der Bremszange eine vergleichsweise kleine Menge Hydraulikflüssigkeit erforderlich ist, benötigt der Druckerzeuger lediglich einen kleinen Bauraum.
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Die Anordnung der Druckerzeuger und der elektrischen Steuerung- und Regeleinheiten erfolgt unmittelbar an der Fördermaschine, d.h. in unmittelbarer Nähe der Bremszangen. Die hieraus resultierenden kurzen Leitungswege für die Hydraulikflüssigkeit minimieren die negativen Effekte auf die Regelbarkeit, die sich aus den langen Leitungswegen im Stand der Technik ergeben. Des Weiteren wird der Verkabelungsaufwand reduziert.
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Vorzugsweise werden die Druckerzeuger und/oder die Steuerungs- und Regeleinheiten an den ohnehin erforderlichen Bremsständern der Bremseinrichtung angeordnet. Hieraus resultieren extrem kurze Leitungswege zwischen den Druckerzeugern und den Bremszangen.
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Alternativ werden die Druckerzeuger und/oder die Steuerungs- und Regeleinheiten an einem Maschinengestell der Fördermaschine angeordnet. Das Maschinengestell ist die Summe der tragenden Teile der Fördermaschine. Als tragende Teile kommen Stahlkonstruktionen, jedoch auch das Maschinenfundament in Betracht. Die Anordnung kann beispielsweise vollständig oder teilweise in einem auf dem Maschinengestell angeordneten zentralen Schaltschrank erfolgen, wenn eine Anordnung an den Bremsständern bei Bestandsanlagen aus Platzgründen nicht in Betracht kommt oder wenn eine hohe Anzahl von Bremszangen die Anordnung verbietet. Des Weiteren können mehrere Druckerzeuger und/oder Steuerungs- und Regeleinheiten zu Baugruppen zusammengefasst werden, die verteilt an dem Maschinengestell und/oder einem Bremsständer der Fördermaschine angeordnet sind.
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Jeder Druckerzeuger ist eine mittels eines elektrischen Stellantriebs angetriebene Kolben-/Zylindereinheit, die den erforderlichen Druck der Hydraulikflüssigkeit zur Betätigung der Bremslüftungsvorrichtung der Bremszange erzeugt.
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Um die nach der TAS für eine Sicherheitsbremsung geforderte kurze Ansprechzeit, d.h. die Zeit vom Auslösen der Bremse bis zum Anlegen der Bremsbacken an die Bremsfläche zu erreichen, kommt als elektrischer Stellantrieb vorzugsweise ein Linearaktuator mit einem Planetenrollengewindetrieb zum Einsatz. Linearaktuatoren mit integriertem Planetenrollengewindetrieb benötigen bei gleicher Geschwindigkeit weniger Bauraum als Linearaktuatoren mit Kugelgewindetrieb oder Planetenrollentrieb und lassen sich daher vorteilhaft unmittelbar am Bremsständer der Bremseinrichtung neben der zugeordneten Bremszange anordnen. Außerdem verfügt ein Planetenrollengewindetrieb über eine größere Lebensdauer als ein Kugelgewindetrieb oder ein Planetenrollentrieb aufgrund der hohen Tragzahlen, die sich aus der großen Anzahl tragender Kontaktflächen ergeben. Trotz seiner kompakten Abmessungen ist der Linearaktuator daher für den sicherheitsrelevanten Einsatz als Bestandteil einer Bremseinrichtung einer Fördermaschine besonders geeignet.
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In Abhängigkeit von der geforderten Verzögerung der Bremseinrichtung wird durch den elektrischen Stellantrieb der Druck der Hydraulikflüssigkeit in der Kolben-/Zylindereinheit eingestellt und auf die beiden Belüftungsvorrichtungen der Bremszange übertragen. Die daraus resultierende Bremskraft wird auf die Bremsfläche der Fördermaschine übertragen und der Seilträger der Schachtförderanlage abgebremst.
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Durch einen stetigen Soll-/Istwert-Abgleich der Geschwindigkeit der Fördermaschine wird die Verzögerung überwacht, insbesondere konstant gehalten. Hierzu greifen die jeder Bremszange zugeordneten elektrischen Steuerungs- und Regeleinheiten für die Bremskraft auf das Signal mindestens eines Sensors zur Erfassung der Geschwindigkeit der Fördermaschine zu, wobei der mindestens eine Sensor vorzugsweise ein Drehgeber zur Erfassung der Drehzahl einer Hauptwelle der Fördermaschine ist. Optional können weitere Drehzahlsensoren beispielsweise an einer Seilscheibe der Schachtförderanlage angeordnet sein. Ergibt sich aus dem Soll-/Istwert-Abgleich ein Regelungsbedarf, ist jede Steuerungs- und Regeleinheit eingerichtet, den elektrischen Stellantrieb des Druckerzeugers unter Berücksichtigung von dem Geschwindigkeitssignal und dem Signal eines dem Druckerzeuger zugeordneten Hydrauliksensors anzusteuern. Der Hydrauliksensor erfasst den im Hydrauliksystem jeder Bremszange herrschenden Druck der Hydraulikflüssigkeit.
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Wenn die Bremseinrichtung aus konstruktiven Gründen ein größeres Volumen der Hydraulikflüssigkeit, eine extrem kurze Ansprechzeit oder eine Kombination aus beidem erfordert, ist jeder Bremszange mindestens ein Druckspeicher zur Aufnahme der Hydraulikflüssigkeit zugeordnet, wobei der mindestens eine Druckspeicher fluidleitend mit den beiden Bremslüftungsvorrichtungen der Bremszange verbunden und die fluidleitende Verbindung zu jedem Druckspeicher mittels eines elektrisch betätigten Wegeventils absperrbar ist. Auf einer Gasseite jedes Druckspeichers ist ein Gasdrucksensor angeordnet.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Bremseinrichtung teilen sich mehrere Bremszangen mindestens zwei gemeinsame Druckspeicher zur Aufnahme der Hydraulikflüssigkeit. Aus Gründen der Redundanz schreibt die TAS zwei Druckspeicher vor; grundsätzlich würde ansonsten ein gemeinsamer Druckspeicher genügen. Auch bei dieser Ausführungsform ist die fluidleitende Verbindung zu jedem gemeinsamen Druckspeicher mittels eines elektrisch betätigten Wegeventils absperrbar.
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Sofern das Hydrauliksystem einer Bremszange mindestens einen Druckspeicher aufweist ist die zugeordnete Steuerungs- und Regeleinheit eingerichtet, nicht nur den elektrischen Stellantrieb des Druckerzeugers, sondern auch jedes elektrisch betätigten Ventils zum Öffnen bzw. Absperren des Druckspeichers unter Berücksichtigung der Signale des Hydrauliksensors und des Signals der erfassten Geschwindigkeit der Fördermaschine anzusteuern.
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Die Steuerungs- und Regeleinheiten für mehrere der Bremszangen sind über ein Netzwerk verbunden und können sich untereinander abgleichen und kontrollieren.
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Die Bremskrafterzeuger und die Stellantriebe sind vorzugsweise mit einer Stellungsüberwachung, beispielsweise Positionssensoren, versehen, wobei ein permanenter Abgleich der Positionssensoren untereinander unzulässige Abweichungen der Stellung von Bremskrafterzeuger und/oder Stellantrieb erkennt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine schematische Gesamtansicht einer Fördermaschine mit einer Bremseinrichtung,
- 2 einen Bremsständer einer Bremseinrichtung in Seiten- und Vorderansicht,
- 3 einen Bremsständer einer Bremseinrichtung in Seiten- und Vorderansicht mit einem am Maschinengestell der Fördermaschine angeordneten Schaltschrank,
- 4 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Bremszange der Bremseinrichtung mit einer Hydraulikschaltung,
- 5 eine Darstellung der Bremszange nach 4,
- 6 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Bremszange der Bremseinrichtung mit einer Hydraulikschaltung umfassend einem Druckspeicher,
- 7 eine Darstellung der Bremszange nach 6,
- 8 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Bremszange der Bremseinrichtung mit einer Hydraulikschaltung umfassend zwei Druckspeicher,
- 9 eine Darstellung der Bremszange nach 8,
- 10 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform umfassend eine Baugruppe mit zwei Bremszangen und zwei gemeinsamen Druckspeichern,
- 11 eine Darstellung der Baugruppe nach 10,
- 12 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Arbeitsweise einer Bremseinrichtung mit Bremszangen nach 5,
- 13 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Arbeitsweise einer Bremseinrichtung mit Bremszangen nach 7 sowie
- 14 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Bremseinrichtung mit Bremszangen nach 9.
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1 zeigt eine Fördermaschine (1) einer übertägigen Schachtförderanlage. Die Fördermaschine (1) besteht im Wesentlichen aus einem Seilträger (4), einer Antriebsmaschine (2) sowie einer sich aus mehreren nachstehend näher erläuterten Komponenten zusammensetzenden Bremseinrichtung.
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Auf einer sich zwischen der Antriebsmaschine (2) und einem Lager (6) erstreckenden Hauptwelle (3) ist der Seilträger (4) drehfest angeordnet. Auf Bremskränze (5) am äußeren Rand der Seitenwangen des Seilträgers (4) wirken jeweils vier Bremszangen (14), wobei jeweils zwei Bremszangen (14) an gegenüberliegenden Bremsständern (8) auf beiden Seiten der beiden Bremskränze (5) angeordnet sind. Die Bremsständer (8) sind, wie auch das Lager (6) sowie die Antriebsmaschine (2), an einem Maschinengestell (11) der Fördermaschine (1) befestigt. Ferner ist an dem Maschinengestell (11) ein Schaltschrank (9) zum Anschluss von Steuerungs- und Regeleinheiten (13) der Bremseinrichtung angeordnet.
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Der Aufbau der einzelnen Bremszangen (14) ist am besten in den 4, 5 erkennbar. Jede Bremszange (14) umfasst zwei Bremskrafterzeuger (14.1), nachfolgend auch als Bremskrafterzeugerpaar bezeichnet, eine an jedem Bremskrafterzeuger (14.1) angeordnete, mit Hydraulikflüssigkeit betätigte Bremslüftungsvorrichtung (14.2), wobei jeder Bremskrafterzeuger (14.1) einen durch ein Federpaket (23) beaufschlagten Kolben (14.3) aufweist, wobei das Federpaket (23) eine axial in Richtung des Bremskranzes (5) wirkende Bremskraft erzeugt. Die an jedem Bremskrafterzeuger (14.1) gegenüber dem Federpaket (23) angeordnete Bremslüftungsvorrichtung (14.2) erzeugt eine der Bremskraft entgegengesetzte Kraft zum Lüften des Bremsbelages (24) mittels über die hydraulische Leitung (15) zugeführter Hydraulikflüssigkeit, die auf die dem Federpaket (23) gegenüberliegende Seite des Kolbens (14.3) wirkt.
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Jeder Bremszange (14) ist ein eigener Druckerzeuger (12) für die Hydraulikflüssigkeit zugeordnet, wie dies insbesondere aus 2 und 3 erkennbar ist. Der Druckerzeuger (12) weist, wie insbesondere aus 4 und 5 erkennbar eine mittels eines elektrischen Stellantriebs (20) angetriebene Kolben-Zylindereinheit (22,26) auf, wobei der elektrische Stellantrieb (20) ein Linearaktuator mit einem Planetenrollengewindetrieb ist. Zur Erfassung der Position des Stellantriebs (20) verfügt dieser über eine als Positionssensor ausgebildete Stellungserfassung (21). Am Ausgang jeder Kolben-Zylindereinheit (22,26) ist ein Hydraulikdrucksensor (25) angeordnet. Der Hydraulikdrucksensor (25) erfasst kontinuierlich den in der hydraulischen Leitung (15) von der Position des Stellantriebs (20) abhängigen Druck der Hydraulikflüssigkeit, die auf die beiden Bremslüftungsvorrichtungen (14.2) der Bremszange (14) wirkt. Schließlich verfügt die Hydraulikleitung (15) über eine vorgeschriebene Entlüftung (18) sowie eine Befüll-/Filtereinheit (19) für die Hydraulikflüssigkeit, wie in 4 erkennbar.
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Jeder Bremszange (14) ist eine eigene elektrische Steuerungs- und Regeleinheit (13) für die Bremskraft zugeordnet (vgl. 2). Die elektrische Steuerungs- und Regeleinheit (13) ist über eine Signalleitung (17) mit dem Hydraulikdrucksensor (25) und über eine weitere Signalleitung (17) mit einem Drehgeber (7) an der Hauptwelle (3) der Antriebsmaschine (2) verbunden. Ausgangsseitig ist die Steuerungs- und Regeleinheit (13) über elektrische Leitungen (16) mit dem Stellantrieb (20) des zugeordneten Druckerzeugers (12) der Bremszange (14) verbunden. Die jeder Bremszange (14) zugeordnete eigene Steuerungs- und Regeleinheit (13) verfügt daher über das Signal des Hydrauliksensors (25) und das Geschwindigkeitssignal des Drehgebers (7) um den elektrischen Stellantrieb (20) des Druckerzeugers (12) anzusteuern.
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Die vier Druckerzeuger (12) und die vier Steuerungs- und Regeleinheiten (13) für jede der vier Bremszangen sind an den beiden Bremsständern (8) der Bremseinrichtung befestigt, wie dies insbesondere aus 2 erkennbar ist. Hieraus ergeben sich extrem kurze hydraulische Leitungen (15) zwischen Druckerzeuger (12) und den Bremszangen (14) sowie kurze Verkabelungswege für die Signalleitungen (17) und die elektrischen Leitungen (16). Zugleich bauen die jeweils nur einer Bremszange (14) zugeordneten Druckerzeuger (12) äußerst kompakt. Die extrem kurzen Hydraulikleitungen (15) minimieren die im Stand der Technik auftretenden negativen Effekte hinsichtlich der Regelbarkeit der Bremszangen (14) auf ein Minimum. Zugleich werden die Kosten für die Infrastruktur und Installation erheblich reduziert. Des Weiteren entfallen die kostenträchtigen, im Stand der Technik üblichen zentralen Einrichtungen zur Druckerzeugung. Des Weiteren ist erkennbar, dass sich die erforderlichen Komponenten zur hydraulischen und elektrischen Steuerung der Bremseinrichtung ohne weiteres an den ohnehin vorhandenen Bremsständern (8) befestigen und daher nachrüsten lassen.
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Die Bremseinrichtung nach 3 unterscheidet sich von der Bremseinrichtung nach 2 dadurch, dass Teile der Komponenten der elektrischen Steuerungs- und Regeleinheiten (13) für jede der vier Bremszangen (14) in dem Schaltschrank (9) untergebracht sind.
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6 in Verbindung mit 7 zeigt eine Ausführungsform der Bremseinrichtung für die Fördermaschine (1) bei der jeder Bremszange (14) zusätzlich ein erster Druckspeicher (27) zugeordnet ist. Der erste Druckspeicher (27) ist über die hydraulische Leitung (15) fluidleitend mit den beiden Bremslüftungsvorrichtungen (14.2) der Bremszange (14) verbunden. Die hydraulische Leitung (15) zu dem Druckspeicher (27) ist mittels eines elektrisch betätigten ersten Wegeventils (29) absperrbar. Der Druckspeicher (27) speichert die Hydraulikflüssigkeit unter Druck. Der Druck der Hydraulikflüssigkeit komprimiert ein Gas oberhalb einer Membran bzw. eines Kolbens (31) auf einer Gasseite des Druckspeichers (27). An die Gasseite des Druckspeichers ist ein Gasdrucksensor (32) angeschlossen. Im Übrigen entspricht der Aufbau des hydraulischen Systems der Bremszange (14) demjenigen nach 4, sodass auf die Ausführungen zu 4 ergänzend Bezug genommen wird.
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Der Gasdrucksensor (32) ist über eine weitere Signalleitung mit der Steuerungs- und Regeleinheit (13) der Bremszange (14) verbunden, sodass sie das Signal des Gasdrucksensors neben dem Signal des Hydrauliksensors und dem Signal des Drehgebers (7) an der Hauptwelle (3) berücksichtigen kann. Unter Berücksichtigung der vorgenannten Signale steuert die Steuerungs- und Regeleinheit (13) nicht nur den elektrischen Stellantrieb (20) des Druckerzeugers (13), sondern darüber hinaus das elektrisch betätigte erste Wegeventil (29).
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Aus 7 ist erkennbar, dass der erste Druckspeicher (27) und der Druckerzeuger (12) zu einer kompakten Baugruppe zusammengefasst sind.
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Die Ausführungsform nach 6 und 7 mit dem ersten Druckspeicher (27) dient dem Zweck, eine kurze Ansprechzeit der Bremseinrichtung zu erreichen, d.h. der Auflegedruck wird besonders schnell erreicht. Der Auflegedruck ist derjenige Druck, bei dem die Bremsbeläge (24) an der Bremsfläche (5) anliegen, jedoch noch nicht verzögern.
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8 und 9 zeigen eine Bremseinrichtung, die sich von der Bremseinrichtung nach 6 und 7 dadurch unterscheidet, dass jeder Bremszange (14) der Bremseinrichtung ein erster und zweiter Druckspeicher (27, 28) zur Aufnahme von Hydraulikflüssigkeit zugeordnet sind. Beide Druckspeicher (27, 28) sind fluidleitend mit den Bremslüftungsvorrichtungen (14.2) der Bremszange (14) über die hydraulische Leitung (15) verbunden. Die fluidleitende Verbindung zu jedem der beiden Druckspeicher (27, 28) lässt sich unabhängig voneinander mittels des ersten und zweiten elektrisch betätigten Ventils (29, 30) absperren. Auf der Gasseite beider Druckspeicher ist jeweils ein Gasdrucksensor (32) angeordnet.
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Aus 9 ist erkennbar, dass der erste und zweite Druckspeicher (27,28) und der Druckerzeuger (12) zu einer kompakten Baugruppe zusammengefasst sind.
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Die Ausführungsform nach 8 und 9 mit zwei Druckspeichern (27, 28) dient dem Zweck, besonders schnell den Druck in dem Hydraulikssystem abzubauen. Hierdurch kann außerdem der Haltedruck besonders schnell erreicht werden. Der Haltedruck ist derjenige Druck, bei dem die Bremsbeläge (24) die Bremsfläche (5) mit dreifacher Sicherheit blockieren.
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Die 10, 11 zeigen eine weitere Variante der Bremseinrichtung mit zwei ersten Druckspeichern (27). Zwei Bremskrafterzeuger (14) teilen sich mindestens zwei gleichgeschaltete erste Druckspeicher (27).
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Die ersten Druckspeicher (27) dienen bei der Bremseinrichtung nach 10, 11 ebenfalls dem Zweck, eine kurze Ansprechzeit der Bremseinrichtung zu erreichen. Die Bremslüftungsvorrichtungen (14.2) der beiden Bremszangen (14) sind über die hydraulischen Leitungen (15) fluidleitend mit den beiden gemeinsamen ersten Druckspeichern (27) zur Aufnahme der Hydraulikflüssigkeit verbunden. Jeder der beiden Druckspeicher (27) weist einen Drucksensor (32) auf einer Gasseite des Druckspeichers (27) auf. Die Hydraulikleitungen (15) zu den beiden gemeinsamen Druckspeichern (27) sind unabhängig voneinander mittels der beiden ersten Wegeventile (29) absperrbar. Aus technischer Sicht würde es genügen, lediglich einen der beiden Druckspeicher (27) vorzusehen. Aus Gründen der Redundanz sind für einen Betrieb im Bergbau jedoch zwei gleichgeschaltete erste Druckspeicher (27) vorzusehen.
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Nachfolgend wird die Arbeitsweise der verschiedenen Ausgestaltungen der Bremseinrichtungen anhand der 12 bis 14 näher erläutert. Zur Erläuterung der Arbeitsweise werden die nachfolgenden Drücke in den Hydrauliksystemen der Bremszangen wie folgt definiert:
- 1. Der Lüftedruck ist derjenige Druck, der erforderlich ist, um die Bremsbeläge (24) der Bremszange (14) von der Bremsfläche (5) anzuheben. Der Abstand beträgt etwa 2 - 3 mm von der Bremsfläche (5).
- 2. Der Auflegedruck ist derjenige Druck, bei dem die Bremsbeläge (24) der Bremszange (14) an der Bremsfläche (5) anliegen, jedoch noch nicht verzögern. Bei einem Bremsdruck unterhalb des Auflegedrucks verzögert die Bremseinrichtung bereits, jedoch noch nicht mit der von der TAS geforderten konstanten Verzögerung im Falle einer Sicherheitsbremsung.
- 3. Der Restdruck ist derjenige Druck, bei dem die von der TAS geforderte konstante Verzögerung im Falle einer Sicherheitsbremsung erreicht wird. Der Restdruck variiert abhängig von den Lastzuständen.
- 4. Der Haltedruck ist derjenige Druck, bei dem die Bremsbeläge (24) der Bremszange (14) die Bremsfläche (5) mit dreifacher Sicherheit blockieren. Der Haltedruck wird üblicherweise bei drucklosem System erreicht.
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Im Standardbetrieb der Bremseinrichtung der Fördermaschine (1) wechselt der Druck in dem hydraulischen System der Bremsdruckerzeuger (14) ausschließlich zwischen dem Lüftedruck und dem Haltedruck. Während des Betriebs der Fördermaschine (1) sind die Bremsbeläge (24) gelüftet, d.h. von der Bremsfläche (5) abgehoben. Das Abbremsen des Fördergestells zum Stillstand erfolgt über die Fördermaschine (1). Nach dem Stillstand wird die Bremsfläche mit Haltedruck beaufschlagt und damit die Antriebsmaschine (2) der Fördermaschine (1) blockiert.
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Nachfolgend wird anhand von 12 der Ablauf einer Sicherheitsbremsung für eine Bremseinrichtung nach den 4 und 5 näher erläutert:
- In einem ersten Schritt erfolgt das Lüften der Bremsbeläge (24) durch Kompression der Hydraulikflüssigkeit mittels des Stellantriebes (20) durch die Kolben-/Zylindereinheit (22,26). Die Steuerungs- und Regeleinheit (13) stellt den Lüftedruck auf etwa 140 bar ein.
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In einem zweiten Schritt erfolgt das Auflegen der Bremsbeläge (24) durch die Kompression der Hydraulikflüssigkeit mittels des Stellantriebes (20) durch die Kolben-/Zylindereinheit (22,26). Die Steuerungs- und Regeleinheit (13) stellt den Auflegedruck auf etwa 105 bar ein.
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In einem dritten Schritt erfolgt das Regeln der Bremskraft mittels der der Steuerungs- und Regeleinheit(13) durch Kompression bzw. Dekompression der Hydraulikflüssigkeit mittels des Stellantrieb (20) durch die Kolben-/Zylindereinheit (22,26). Der während der Verzögerung wirksame Restdruck bewegt sich in einem Regelbereich zwischen 40 bis 105 bar.
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In einem vierten Schritt erfolgt die Beendigung der Regelung der Bremskraft durch vollständige Dekompression der Hydraulikflüssigkeit mittels des Stellantriebs (20) durch die Kolben-/Zylindereinheit (22,26). Durch die vollständige Dekompression wird der Haltedruck von 0 bar eingestellt und die Bremsbeläge (24) blockieren die Bremsflächen (5).
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Nachfolgend wird anhand von 13 der Ablauf einer Sicherheitsbremsung für eine Bremseinrichtung nach den 6 und 7 näher erläutert:
- In einem ersten Schritt erfolgt das Lüften der Bremsbeläge (24) durch Kompression der Hydraulikflüssigkeit mittels des Stellantriebes (20) durch die Kolben-/Zylindereinheit (22,26). Die Steuerungs- und Regeleinheit (13) stellt den Lüftedruck auf etwa 140 bar ein.
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In einem zweiten Schritt wird das erste Wegeventil (29) geöffnet. Der Druckspeicher (27) nimmt die Hydraulikflüssigkeit auf und der Auflegedruck stellt sich schlagartig ein. Durch die Aufnahme der Hydraulikflüssigkeit in dem ersten Druckspeicher (27) sinkt der Druck von dem Lüftedruck in Höhe von etwa 140 bar auf den Auflegedruck von etwa 105 bar.
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In einem dritten Schritt erfolgt das Regeln der Bremskraft mittels der der Steuerungs- und Regeleinheiten (13) durch Kompression bzw. Dekompression der Hydraulikflüssigkeit mittels des Stellantrieb (20) durch die Kolben-/Zylindereinheit (22,26). Der während der Verzögerung wirksame Restdruck bewegt sich in einem Regelbereich zwischen 40 bis 105 bar.
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In einem vierten Schritt wird die Regelung beendet und der Druck durch den Stellantrieb (20) mittels der Kolben-/Zylindereinheit auf etwa 40 bar eingestellt.
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In einem fünften Schritt ist der Bremsvorgang beendet. Der Druck in dem Hydrauliksystem wird durch den Stellantrieb (20) und die Kolben-/Zylindereinheit (22,26) vollständig abgebaut. Dabei wird das Füllvolumen aus dem ersten Druckspeicher (27) von der Kolben-/Zylindereinheit (22,26) aufgenommen. Der Haltedruck stellt sich in dem Hydrauliksystem ein und die Bremsfläche wird blockiert.
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In einem sechsten Schritt wird das erste Wegeventil (29) wieder geschlossen.
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Nachfolgend wird anhand von 14 der Ablauf einer Sicherheitsbremsung für eine Bremseinrichtung nach den 8 und 9 näher erläutert:
- In einem ersten Schritt erfolgt das Lüften der Bremsbeläge (24) durch Kompression der Hydraulikflüssigkeit mittels des Stellantriebes (20) durch die Kolben-/Zylindereinheit (22,26). Die Steuerungs- und Regeleinheit (13) stellt den Lüftedruck auf etwa 140 bar ein.
- In einem zweiten Schritt wird das zweite Wegeventil (30) geöffnet. Der zweite Druckspeicher (28) nimmt die Hydraulikflüssigkeit auf und der Auflegedruck stellt sich schlagartig ein. Durch die Aufnahme der Hydraulikflüssigkeit in dem zweiten Druckspeicher (28) sinkt der Druck von dem Lüftedruck in Höhe von etwa 140 bar auf den Auflegedruck von etwa 105 bar. Dies ist der Druck, der auf der Gasseite in dem zweiten Druckspeicher (28) herrscht.
- In einem dritten Schritt wird das zweite Wegeventil (30) geschlossen. In dem dritten Schritt erfolgt das Regeln der Bremskraft mittels der der Steuerungs- und Regeleinheit (13) durch Kompression bzw. Dekompression der Hydraulikflüssigkeit mittels des Stellantriebs (20) durch die Kolben-/Zylindereinheit (22,26). Der während der Verzögerung wirksame Restdruck bewegt sich in einem Regelbereich zwischen 40 bis 105 bar.
- In einem vierten Schritt wird die Regelung beendet und der Restdruck durch den Stellantrieb und die Kolben-/Zylindereinheit (22,26) auf etwa 40 bar in dem Hydrauliksystem eingestellt.
- In einem fünften Schritt wird nun das erste Wegeventil (29) geöffnet. Der Restdruck von etwa 40 bar im Hydrauliksystem wird auf etwa 1 bar abgebaut. Die Hydraulikflüssigkeit wird von dem ersten Druckspeicher (27) über das nun geöffnete erste Wegeventil (29) aufgenommen.
- In einem sechsten Schritt wird das zweite Wegeventil (30) wieder geöffnet. Der Druck in dem zweiten Druckspeicher (28) wird abgebaut. Das Volumen aus dem zweiten Druckspeicher (28) wird vom ersten Druckspeicher (27) aufgenommen. In dem gesamten Hydrauliksystem stellt sich ein Druck der Hydraulikflüssigkeit von 1 bar ein.
- In einem siebten Schritt werden der erste und zweite Druckspeicher (27, 28) entleert, in dem das Volumen der Hydraulikflüssigkeit mittels des Stellantriebs (20) durch die Kolben-/Zylindereinheit (22,26) aufgenommen wird. In dem Hydrauliksystem (27,28) herrscht ein Druck der Hydraulikflüssigkeit von 0 bar.
- In einem achten und letzten Schritt wird das erste und zweite Wegeventil (29, 30) geschlossen.
-
Die Steuerungs- und Regeleinheiten (13) sämtlicher vier Bremszangen sind miteinander vernetzt. Darüber hinaus verfügen sämtliche Steuerungs- und Regeleinheiten (13) über eine Schnittstelle zur dezentral angeordneten Maschinensteuerung der Fördermaschine (1). Die Verbindung mit der Maschinensteuerung erfolgt über ein Kabel.
- 1
- Fördermaschine
- 2
- Antriebsmaschine
- 3
- Hauptwelle
- 4
- Seilträger
- 5
- Bremskranz, Bremsfläche
- 6
- Lager
- 7
- Drehgeber
- 8
- Bremsständer
- 9
- Schaltschrank
- 10
- -
- 11
- Maschinengestell
- 12
- Druckerzeuger
- 13
- Steuerungs- und Regeleinheit
- 14
- Bremszange
- 14.1
- Bremskrafterzeuger
- 14.2
- Bremslüftungsvorrichtung
- 14.3
- Kolben
- 15
- Hydraulische Leitung
- 16
- Elektrische Leitung
- 17
- Signalleitung
- 18
- Entlüftung
- 19
- Befüll-/Filtereinheit
- 20
- Stellantrieb
- 21
- Stellungserfassung
- 22
- Zylinder
- 23
- Federpaket
- 24
- Bremsbelag
- 25
- Hydraulikdrucksensor
- 26
- Kolben
- 27
- Erster Druckspeicher
- 28
- Zweiter Druckspeicher
- 29
- Erstes Wegeventil
- 30
- Zweites Wegeventil
- 31
- Membran/Kolben
- 32
- Gasdrucksensor
- 33
- Unabhängige Stromversorgung
