DE202017107344U1 - Clamping device for a passive safety brake and safety brake with it - Google Patents
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Abstract
Zuspannvorrichtung für eine passive Sicherheitsbremse (1), insbesondere passive Sicherheitsbremse (1) eines Kranes oder einer Windenergieanlage, wobei die Sicherheitsbremse (1) im Falle ihres Auslösens mittels gespeicherter Spannenergie einfällt, mit einem Federspeicher, der wenigstens eine spannbare Feder (5) zum Speichern der Spannenergie aufweist, mit einem translatorisch bewegbaren und mit der Feder (5) gekoppelten Kolben (3), mittels welchem die Feder (5) gespannt werden kann und mittels welchem die Sicherheitsbremse (1) einfallen kann, mit einem am Kolben (3) angreifenden Antriebstrang (7) zum Spannen der Feder (5) und mit einem Drehantrieb (8), insbesondere Motor, der eine Motorwelle (9) aufweist und den Antriebstrang (7) mittels der Motorwelle (9) zum Spannen der Feder (5) antreiben kann, wobei der Antriebstrang (7) eine Exzenteranordnung (14) aufweist mit einer rotatorisch bewegbaren Exzenterwelle (15) und einer Pleuelstange (26), welche die Exzenterwelle (15) mit dem Kolben (3) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebstrang (7) eine Kupplung (17) für eine schaltbare Lasttrennung der Exzenterwelle (15) vom Drehantrieb (8) aufweist.Clamping device for a passive safety brake (1), in particular passive safety brake (1) of a crane or a wind turbine, wherein the safety brake (1) in case of release by means of stored tension energy is incident, with a spring accumulator, the at least one tensionable spring (5) for storing having the clamping energy, with a translationally movable and with the spring (5) coupled to the piston (3), by means of which the spring (5) can be tensioned and by means of which the safety brake (1) can occur with a on the piston (3) attacking Drive train (7) for tensioning the spring (5) and with a rotary drive (8), in particular motor, which has a motor shaft (9) and the drive train (7) by means of the motor shaft (9) for tensioning the spring (5) can drive , wherein the drive train (7) has an eccentric arrangement (14) with a rotatably movable eccentric shaft (15) and a connecting rod (26), which the eccentric shaft (15) with the piston n (3) connects, characterized in that the drive train (7) has a coupling (17) for a switchable load separation of the eccentric shaft (15) from the rotary drive (8).
Description
Die Erfindung betrifft eine Zuspannvorrichtung für eine passive Sicherheitsbremse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung eine Sicherheitsbremse mit der Zuspannvorrichtung. Die Sicherheitsbremse ist insbesondere eine passive Sicherheitsbremse eines Kranes oder einer Windenergieanlage. Die Sicherheitsbremse ist derart ausgebildet, dass sie im Falle ihres Auslösens mittels gespeicherter Spannenergie einfällt. Hierfür weist die Zuspannvorrichtung einen Federspeicher auf, der wenigstens eine spannbare Feder zum Speichern der Spannenergie aufweist. The invention relates to a brake application device for a passive safety brake according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a safety brake with the application device. The safety brake is in particular a passive safety brake of a crane or a wind energy plant. The safety brake is designed such that it occurs in the event of its release by means of stored tension energy. For this purpose, the application device on a spring accumulator, which has at least one tensionable spring for storing the clamping energy.
Bei einem Kran dient die Sicherheitsbremse dazu, ein Seil, an welchem eine Last abgesenkt wird, in kurzer Zeit einzubremsen. Bei einer Windenergieanlage ist es beispielsweise für Wartungsarbeiten wichtig, zuverlässig die Rotornabe zu bremsen.In a crane, the safety brake is used to brak a rope on which a load is lowered in a short time. In a wind turbine, for example, it is important for maintenance work to reliably brake the rotor hub.
Sicherheitsbremsen sind auch in Form von Bremseinrichtungen für Fahrzeuge bekannt.
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine passive Sicherheitsbremse dahingehend zu verbessern, dass sie nicht nur stets sicher einfällt sondern auch besonders schnell auslöst. Based on the known prior art, the present invention seeks to improve a passive safety brake to the effect that they not only always invariably incident but also triggers particularly quickly.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Zuspannvorrichtung nach dem Anspruch 1 sowie mit einer Sicherheitsbremse nach dem Anspruch 12. The invention solves this problem with a brake application device according to claim 1 and with a safety brake according to
Bei einer Zuspannvorrichtung für eine passive Sicherheitsbremse, insbesondere passive Sicherheitsbremse eines Kranes oder einer Windenergieanlage, wobei die Sicherheitsbremse im Falle ihres Auslösens mittels gespeicherter Spannenergie einfällt, mit einem Federspeicher, der wenigstens eine spannbare Feder zum Speichern der Spannenergie aufweist, mit einer translatorisch bewegbaren und mit der Feder gekoppelten Kolben, mittels welchem die Feder gespannt werden kann und mittels welchen die Sicherheitsbremse einfallen kann, mit einem am Kolben angreifenden Antriebstrang zum Spannen der Feder und mit einem Drehantrieb, insbesondere Motor, der eine Motorwelle aufweist und den Antriebstrang mittels der Motorwelle zum Spannen der Feder antreiben kann, wobei der Antriebstrang eine Exzenteranordnung aufweist mit einer rotatorisch bewegbaren Exzenterwelle und einer Pleuelstange, welche die Exzenterwelle mittels Kolben verbindet, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Antriebstrang eine Kupplung für eine schaltbare Lasttrennung der Exzenterwelle vom Drehantrieb aufweist.In a Zuspannvorrichtung for a passive safety brake, in particular passive safety brake of a crane or a wind turbine, the safety brake in the case of their triggering by means of stored energy span, with a spring accumulator, which has at least one tensionable spring for storing the clamping energy, with a translationally movable and with the spring-coupled piston, by means of which the spring can be tensioned and by means of which the safety brake can occur, with a piston engaging the drive train for tensioning the spring and with a rotary drive, in particular motor, which has a motor shaft and the drive train by means of the motor shaft for clamping can drive the spring, wherein the drive train comprises an eccentric having a rotatably movable eccentric shaft and a connecting rod, which connects the eccentric shaft by means of pistons, the invention provides that the drive train is a Kup Plung for a switchable load separation of the eccentric shaft of the rotary drive has.
Die Kupplung weist eine elektrische Spannungsversorgung auf. Es wird also eine elektrische Spannung benötigt, um die Kupplung zu schließen und geschlossen zu halten. Dafür wird insbesondere eine Ankerscheibe der Kupplung in Richtung eines Rotors der Kupplung angezogen. Wenn die Sicherheitsbremse einfallen soll, sorgt die nach Unterbrechung der Spannungsversorgung geöffnete Kupplung dafür, dass die Exzenterwelle sich frei gegenüber dem Drehantrieb drehen kann. Die Feder kann daher entspannen und dabei mittels des Kolbens einen Bremsbelag gegen eine Bremsscheibe zuspannen. Dank der Lasttrennung vom Drehantrieb erfolgt dies besonders schnell. Auch bei einem ungewollten Stromausfall fällt die Sicherheitsbremse automatisch ein. Die Sicherheitsbremse kann auch bei Versagen des Antriebs immer sicher einfallen. Der Antrieb wird zum Einfallen der Sicherheitsbremse nämlich nicht benötigt. Auch bei einem Versagen der Kupplung kann die Sicherheitsbremse zwar gegebenenfalls nicht mehr lüften, jedoch zu jeder Zeit sicher einfallen.The coupling has an electrical power supply. So it is an electrical voltage needed to close the clutch and keep it closed. For this purpose, in particular an armature disk of the clutch is tightened in the direction of a rotor of the clutch. If the safety brake is to be activated, the clutch, which has been opened after interruption of the power supply, ensures that the eccentric shaft can rotate freely relative to the rotary drive. The spring can therefore relax while applying a brake pad against a brake disc by means of the piston. Thanks to the load separation from the rotary drive, this is particularly fast. Even with an unwanted power failure, the safety brake is automatically applied. The safety brake can always be used safely even if the drive fails. The drive is not needed to collapse the safety brake. Even if the clutch fails, the safety brake may not be able to ventilate, but it is safe to fall in at any time.
Bevorzugt weist der Antriebstrang ein der Motorwelle einerseits und der Exzenterwelle andererseits zwischengeschaltetes Getriebe auf. Das Getriebe weist dabei eine vom Drehantrieb antreibbare Getriebeantriebwelle und eine Getriebeabtriebwelle auf. Das Getriebe ist insbesondere ein Untersetzungsgetriebe. Dank des Getriebes kann die Feder mit vergleichsweise geringem Drehmoment des Drehantriebs gespannt werden.The drive train preferably has a transmission interposed between the motor shaft on the one hand and the eccentric shaft on the other hand. In this case, the transmission has a transmission drive shaft drivable by the rotary drive and a transmission output shaft. The transmission is in particular a reduction gear. Thanks to the gearbox, the spring can be tensioned with comparatively low torque of the rotary drive.
Die Kupplung ist vorzugsweise der Getriebeabtriebwelle einerseits und der Exzenterwelle andererseits zwischengeschaltet. Dadurch wird mittels der Kupplung nicht nur eine Lasttrennung vom Drehantrieb, sondern auch eine Lasttrennung vom Getriebe erreicht. Wenn die Sicherheitsbremse einfällt, muss das Getriebe hierfür nicht bewegt werden. Wenn das Getriebe versagt, fällt die Sicherheitsbremse automatisch ein.The clutch is preferably the transmission output shaft on the one hand and the eccentric shaft interposed on the other hand. As a result, not only a load separation from the rotary drive, but also a load separation from the transmission is achieved by means of the coupling. If the safety brake comes in, the gearbox does not need to be moved for this purpose. If the transmission fails, the safety brake automatically engages.
Das Getriebe ist vorzugsweise nicht selbsthemmend, alternativ jedoch selbsthemmend ausgebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Getriebe ein Schneckengetriebe, insbesondere ein Schneckengetriebe ohne gesicherte Selbsthemmung. Alternativ ist das Getriebe beispielsweise ein Planetengetriebe oder ein anderes dem Fachmann bekanntes Getriebe. The transmission is preferably not self-locking, but alternatively self-locking educated. According to a preferred embodiment of the invention, the transmission is a worm gear, in particular a worm gear without secure self-locking. Alternatively, the transmission is, for example, a planetary gear or another gear known to the expert.
Die Exzenterwelle weist insbesondere ein Exzenter auf, an welchem die Pleuelstange angelenkt ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Exzenterwelle ein Positionsschalter zum Ermitteln einer definierten Endposition des Exzenters zugeordnet. Weiter bevorzugt ist die Zuspannvorrichtung dazu ausgebildet, vom Spannen zum Gespannthalten der Feder umzuschalten, wenn die definierte Endposition des Exzenters ermittelt ist. Die definierte Endposition liegt vorzugsweise nahe dem oberen Totpunkt des Exzenters. Insbesondere liegt die definierte Endposition in einem Drehwinkel der Exzenterwelle vom oberen Totpunkt des Exzenters entfernt, der zwischen 1° und 60° beträgt. Weiter bevorzugt beträgt dieser Drehwinkel zwischen 1° und 30° und noch weiter bevorzugt zwischen 1° und 20°. Der obere Totpunkt des Exzenters ist dabei der Punkt, an welchem die Feder maximal gespannt wäre, nach dessen Überschreiten sich also die Bewegungsrichtung des Kolbens umdrehen würde. The eccentric shaft has in particular an eccentric on which the connecting rod is articulated. According to an advantageous embodiment of the eccentric shaft is associated with a position switch for determining a defined end position of the eccentric. More preferably, the application device is adapted to switch from clamping to holding the spring, when the defined end position of the eccentric is determined. The defined end position is preferably close to the top dead center of the eccentric. In particular, the defined end position is located in a rotational angle of the eccentric shaft from the top dead center of the eccentric, which is between 1 ° and 60 °. More preferably, this angle of rotation between 1 ° and 30 ° and even more preferably between 1 ° and 20 °. The top dead center of the eccentric is the point at which the spring would be maximally stretched, after which, therefore, the direction of movement of the piston would turn around.
Die Kupplung weist insbesondere zwei Reibflächen, eine die Reibflächen voneinander abstoßende Kupplungsfeder und eine Magnetspule auf, welche im Falle ihrer Spannungsversorgung die Reibflächen kraftschlüssig miteinander verbindet. Dies erfolgt insbesondere dadurch, dass die Magnetspule eine Ankerschiebe der Kupplung gegen die Kraft der Kupplungsfeder in Richtung eines Rotors der Kupplung anzieht. Der Ankerscheibe und der Kupplung ist dabei jeweils eine der Reibflächen zugeordnet. Bei Abfall der Spannungsversorgung zieht die Kupplungsfeder die Ankerscheibe vom Rotor zurück und sorgt dadurch für die Lasttrennung der Exzenterwelle vom Drehantrieb. Die Kupplung ist also bevorzugt eine elektromagnetische Polreibungskupplung. Alternativ ist die Kupplung eine Zahnkupplung oder eine andere dem Fachmann bekannte Kupplung. Die Kupplungsfeder, also die Feder der Kupplung, ist bevorzugt eine Rückzugsfeder, welche die Ankerscheibe anzieht. Die Kupplungsfeder ist in diesem Fall eine mit Zug spannbare Feder. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Kupplungsfeder eine mit Druck spannbare Feder.The clutch has, in particular, two friction surfaces, a clutch spring which repels the friction surfaces, and a magnetic coil, which in the case of its power supply frictionally connects the friction surfaces with one another. This is done in particular by the fact that the solenoid coil attracts an armature slide of the clutch against the force of the clutch spring in the direction of a rotor of the clutch. The armature disk and the clutch are each assigned one of the friction surfaces. When the power supply drops, the clutch spring retracts the armature disk from the rotor and thus ensures the load separation of the eccentric shaft from the rotary drive. The clutch is therefore preferably an electromagnetic friction clutch. Alternatively, the clutch is a toothed clutch or other coupling known to those skilled in the art. The clutch spring, that is the spring of the clutch, is preferably a return spring, which attracts the armature disk. The clutch spring is in this case a tensioned with train spring. In an alternative embodiment of the invention, the clutch spring is a compressible spring with pressure.
Die Erfindung hat erkannt, dass dank der Exzenteranordnung in der Nähe des oberen Totpunktes des Exzenters, also beim Gespannthalten der Feder des Federspeichers, nur vergleichsweise geringe Kräfte notwendig sind und daher auch nur vergleichsweise geringe Kräfte notwendig sind, um die Kupplung geschlossen zu halten, also die Lasttrennung mittels der Kupplungsfeder zu unterbinden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Zuspannvorrichtung eine Steuerung aufweist, welche die Kupplung zum Spannen der Feder mit einer ersten Leistungsstufe betreibt und die Kupplung zum Gespannthalten der Feder, insbesondere mittels Absenken einer Versorgungsspannung der Kupplung, mit einer gegenüber der ersten Leistungsstufe verringerten zweiten Leistungsstufe betreibt. Die erfindungsgemäße Zuspannvorrichtung benötigt daher nur vergleichsweise wenig Energie zum Gespannthalten der Feder und ist daher besonders energiesparend. Die Versorgungsspannung der Kupplung ist dabei insbesondere die Versorgungsspannung zum Betrieb der Magnetspule. Das Absenken der Versorgungsspannung erfolgt vorzugsweise mittels Pulsweitenmodulation.The invention has recognized that thanks to the eccentric arrangement in the vicinity of the top dead center of the eccentric, so when holding the spring of the spring accumulator, only comparatively small forces are necessary and therefore only relatively small forces are necessary to keep the clutch closed, ie to prevent the load separation by means of the clutch spring. According to a particularly advantageous embodiment of the invention it is therefore provided that the application device has a control which operates the clutch for tensioning the spring with a first power stage and the clutch for holding the spring, in particular by lowering a supply voltage of the clutch, with respect to the first power level reduced second power level operates. The application device according to the invention therefore requires only comparatively little energy for holding the spring in place and is therefore particularly energy-saving. The supply voltage of the coupling is in particular the supply voltage for operation of the magnetic coil. The lowering of the supply voltage is preferably carried out by means of pulse width modulation.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Antriebstrang einen Freilauf in Form einer Überholkupplung zwischen der Exzenterwelle und der Kupplung aufweist. Die Kupplung weist dabei eine Ankerscheibe auf, die mit dem Freilauf drehfest verbunden ist. Der Freilauf lässt ein freies Verdrehen der Ankerscheibe relativ zur Exzenterwelle ausschließlich in einer Einfalldrehrichtung zu. Diese Einfalldrehrichtung ist definiert durch die Drehrichtung von Ankerscheibe und Exzenterwelle relativ zu einer Lagerung der Exzenterwelle beim Einfallen der Sicherheitsbremse. Wenn also die Sicherheitsbremse einfällt, drehen sich die Exzenterwelle und die Kupplung gemeinsam in der Einfalldrehrichtung. Die Drehung der Exzenterwelle wird dann abrupt gestoppt, wenn der Bremsbelag mittels des Kolbens an die Bremsscheibe gedrückt wird. Dank des Freilaufs kann die Ankerscheibe frei ausdrehen, so dass der Antriebstrang entlastet ist. Alternativ oder zusätzlich zum Freilauf im Antriebstrang ist eine Wirbelstrombremse vorgesehen, mittels welcher die Ankerscheibe gebremst wird. In a preferred embodiment of the invention it is provided that the drive train has a freewheel in the form of an overrunning clutch between the eccentric shaft and the coupling. The clutch has an armature disc which is rotatably connected to the freewheel. The freewheel permits free rotation of the armature disk relative to the eccentric shaft only in one direction of incidence rotation. This incident direction of rotation is defined by the direction of rotation of the armature disk and the eccentric shaft relative to a bearing of the eccentric shaft upon collapse of the safety brake. Thus, when the safety brake is applied, the eccentric shaft and the clutch rotate together in the direction of incidence rotation. The rotation of the eccentric shaft is then abruptly stopped when the brake pad is pressed by means of the piston to the brake disc. Thanks to the freewheel, the armature disc can rotate freely, so that the drive train is relieved. Alternatively or in addition to the freewheel in the drive train, an eddy current brake is provided, by means of which the armature disk is braked.
Zwischen dem Drehantrieb und der Kupplung, insbesondere an der Getriebeantriebswelle oder an der Motorwelle, ist bevorzugt ein Motorfreilauf in Form einer Rücklaufsperre angeordnet, die eine Drehung der Motorwelle ausschließlich in einer Antriebsdrehrichtung des Drehantriebs zulässt. Die Antriebsdrehrichtung des Drehantriebs ist dabei die Drehrichtung, die der Drehantrieb zum Spannen der Feder einnimmt. Aufgrund der Rücklaufsperre kann der Antrieb auch keine andere Drehrichtung einnehmen. Der Motorfreilauf in Form der Rücklaufsperre hält die Feder des Federspeichers gespannt, ohne hierfür den Motor belasten zu müssen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn kein selbsthemmendes Getriebe eingesetzt wird. Between the rotary drive and the clutch, in particular on the gear drive shaft or on the motor shaft, a motor freewheel in the form of a backstop is preferably arranged, which allows rotation of the motor shaft only in a drive direction of rotation of the rotary drive. The drive direction of rotation of the rotary drive is the direction of rotation, which occupies the rotary drive for tensioning the spring. Due to the backstop, the drive can not assume any other direction of rotation. The engine freewheel in the form of the backstop keeps the spring of the spring loaded, without having to burden the engine. This is particularly advantageous if no self-locking gear is used.
Insbesondere wenn der Motorfreilauf entfällt, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Drehantrieb ein dynamisch regelbarer Motor ist und dass die Zuspannvorrichtung eine Steuerung aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Motor in Abhängigkeit von einem Soll-Bremswert und einem ermittelten Ist-Bremswert derart anzusteuern, dass sich der Soll-Bremswert dem Ist-Bremswert annähert. Damit wird die passive Sicherheitsbremse zusätzlich als aktive Betriebsbremse eingesetzt, wobei der notwendige Bremsdruck mittels des Motors eingestellt und nachgeregelt wird. Die Bremse ist dabei derart ausgebildet, dass der Betriebsmodus gewählt werden kann, wobei die Bremse in einem ersten Modus als die erfindungsgemäße passive Sicherheitsbremse und in einem zweiten Modus als aktive Betriebsbremse betrieben wird. Dies kann beispielsweise bei Windenergieanlagen sinnvoll sein, wenn eine aktive Betriebsbremsfunktion für Wartungsarbeiten benötigt wird.In particular, when the engine freewheel is omitted, it is provided according to a development of the invention that the rotary drive a dynamic is controllable engine and that the application device has a control which is designed to control the engine in response to a desired braking value and a determined actual braking value such that the target braking value approaches the actual braking value. Thus, the passive safety brake is also used as an active service brake, the necessary brake pressure is adjusted and readjusted by means of the engine. The brake is designed such that the operating mode can be selected, wherein the brake is operated in a first mode as the passive safety brake according to the invention and in a second mode as an active service brake. This may be useful, for example, in wind turbines, if an active service brake function is required for maintenance.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Ansprüchen, aus der Zeichnung und aus der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen:Further embodiments will become apparent from the claims, from the drawing and from the following description of an embodiment of the invention shown in the drawings. In the drawings show:
In
Zum Spannen der Feder weist die Sicherheitsbremse
Der Antriebstrang
Der Antriebstrang
Der Freilauf
Die Exzenterwelle
Der Antriebsstrang
In der definierten Endposition des Exzenters
Die erfindungsgemäße Sicherheitsbremse
Zum schnellen Einfallen der Sicherheitsbremse
Die kurzen Reaktionszeiten der erfindungsgemäßen Sicherheitsbremse
Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen und/oder beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.All the features mentioned in the preceding description and in the claims can be combined in any selection with the features of the independent claims. The disclosure of the invention is therefore not limited to the described and / or claimed combinations of features, but all meaningful in the context of the invention feature combinations are to be regarded as disclosed.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE2710585C2 (en) | 1977-03-11 | 1979-02-15 | Raco-Elektro-Maschinen Gmbh, 5830 Schwelm | Braking device for vehicles, in particular for rail vehicles, with a spring-loaded braking device |
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