EP2172270B1 - Verwendung einer Bremse bei einer Antriebsvorrichtung einer Zerkleinerungsmachine - Google Patents

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EP2172270B1
EP2172270B1 EP09011113A EP09011113A EP2172270B1 EP 2172270 B1 EP2172270 B1 EP 2172270B1 EP 09011113 A EP09011113 A EP 09011113A EP 09011113 A EP09011113 A EP 09011113A EP 2172270 B1 EP2172270 B1 EP 2172270B1
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brake
shaft
gear mechanism
machine
proviso
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Erich KÖHL
August Van Der Beek
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Metso Lindemann GmbH
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    • B02C7/11—Details
    • B02C7/16—Driving mechanisms

Definitions

  • the invention relates to the use of an electric, hydrodynamic or electromagnetic brake.
  • Industrial crushers such as a hammer mill (hammer crusher), have a rotor that operates at a high rotational speed.
  • the rotor comprises, for example, rotating tools of high mass on a shaft.
  • the drive of the crushing machine for example, via a motor whose drive-side shaft runs to a clutch and from there into a transmission in which the drive energy is transmitted to a driven-side shaft which is part of the rotor of the crushing machine.
  • the large inertia of the rotor causes it takes considerable time to reduce the speed of the work machine, possibly down to zero.
  • the flow time required to reduce the number of revolutions of, for example, 600 / min to zero may be 30 minutes or more.
  • This type of deceleration is on the one hand structurally complex and has the disadvantage of high frictional heat.
  • the braking time can not be reduced to the desired extent.
  • the invention has for its object to provide a way to reduce the speed of a crushing machine with a rotor high mass in the shortest possible time, preferably to zero.
  • the invention is based on the following consideration:
  • the basic structure of a work machine with associated drive machine, as shown above, has proven itself and can also be maintained.
  • the group of electric brakes includes the so-called eddy current brake. It is a non-contact electric brake that converts mechanical energy into heat by means of eddy currents in a metallic mass.
  • the eddy current brake is a Gleichpolomaschine ienspoltyp.
  • a stationary inner ring carries a DC-current coil which generates a homopolar magnetic field.
  • the active part of the rotor is an anchor ring of electrically conductive material, for example iron.
  • the group of hydrodynamic brakes includes the so-called flow brake, also called turbo brake or retarder.
  • the retarder does not convert the energy to be braked into heat by solid-state friction, but into the kinetic energy of a liquid (in a first stage) and then into heat.
  • the retarder consists of a vaned rotor and a stator in an associated housing.
  • the housing is filled during braking with a liquid, such as hydraulic oil.
  • the rotating rotor sets the liquid in motion, which is braked on the stationary stator.
  • the braking force can be varied.
  • the heated liquid can be cooled by a blower.
  • the invention is thus expressed not only in the selection of a specific brake for the application mentioned (working machine, namely Crusher), but also in the specific arrangement of the brake.
  • the brake for example the retarder
  • the hydrodynamic brake acts on the drive-side shaft of the transmission, as a result of which, virtually without delay, the rotational energy of the further rotating rotor of the working machine is decelerated correspondingly.
  • the braking force / braking effect can be varied.
  • the brake only serves to reduce the rotor shaft in its speed; it is not a holding brake and also no "stop brake".
  • the arrangement of the brake is provided so that the brake acts on a gear shaft guided through the transmission on a transmission side opposite the clutch.
  • the coming of the prime mover, which is usually passed through a clutch is passed through the transmission and projects beyond the gear on the opposite side, where then the brake is placed.
  • This embodiment offers, inter alia, for reasons of space and, for example, provides the opportunity to couple the brake with an auxiliary unit, which serves to drive the shaft to which the brake in case of braking, so that after translation in the transmission, the connected shaft , for example propshaft, the working machine can be rotated.
  • an auxiliary unit which serves to drive the shaft to which the brake in case of braking, so that after translation in the transmission, the connected shaft , for example propshaft, the working machine can be rotated.
  • This rotation of the shaft of the work machine, and thus ultimately the rotor of the machine, is not intended to put the machine in the normal working mode, but only for assembly or repair purposes, for example, to change a hammer of the hammer crusher.
  • This purpose is served by the auxiliary unit, which acts indirectly on the drive machine via the brake and can operate at low speed.
  • FIG. 1 shows an engine 10 as a prime mover, from which a drive shaft 12 extends to a turbo coupling 14 and from there to a transmission 16.
  • the turbo coupling 14 is subject to the principle of hydrodynamic power transmission through the interaction of a pump and a turbine. In the turbo coupling this is realized by two paddle wheels. Together with a housing, the paddle wheels form the working space in which the operating fluid, here: a hydraulic oil, rotates.
  • the operating fluid here: a hydraulic oil
  • the impeller is connected to the prime mover, the engine 10, while the turbine wheel extends on the side of the clutch associated with the transmission 16.
  • the circulating oil transfers the mechanical power from the pump to the turbine. This is largely wear-free.
  • the drive shaft 12 is passed through the gear 16 and projects beyond this on the back of 16r.
  • a retarder 18 is arranged as a hydrodynamic brake, whose design has already been described above.
  • a stator of the retarder 18 extends on the side facing away from the gear 16, the rotor with the blades on the side facing the gear 16r side.
  • an output shaft 20 which forms a drive shaft for a working machine 22, here an industrial hammer crusher with a rotor 24, are arranged on the hammer heads as impact tools.
  • an auxiliary unit is provided, which is symbolized schematically in the figure with a lever 26.
  • the lever 26 is intended to indicate that via the auxiliary unit of the section 12r of the drive shaft 12 is set in rotation, via the retarder 18.
  • the rotational energy is transmitted from the gear 16 to the shaft 20, and with low rotational speed, possibly only by a few Angular degrees to bring the rotor 24 in the desired position.
  • the crushing machine can be, for example, one of the following machines: hammer mill, rotary shredder, hammer crusher, impact crusher, impact crusher.

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Description

  • Die Erfindung betrifft die Verwendung einer elektrischen, hydrodynamischen oder elektromagnetischen Bremse.
  • Industrielle Zerkleinerungsmaschinen, wie eine Hammermühle (Hammerbrecher), weisen einen Rotor auf, der mit hoher Umdrehungsgeschwindigkeit betrieben wird. Der Rotor umfasst beispielsweise auf einer Welle rotierende Werkzeuge hoher Masse.
  • Der Antrieb der Zerkleinerungsmaschine erfolgt beispielsweise über einen Motor, dessen antriebsseitige Welle zu einer Kupplung läuft und von dort in ein Getriebe, in dem die Antriebsenergie auf eine abtriebsseitige Welle übertragen wird, die Bestandteil des Rotors der Zerkleinerungsmaschine ist.
  • Die große Trägheit des Rotors bewirkt, dass es erhebliche Zeit dauert, um die Drehzahl der Arbeitsmaschine, gegebenenfalls bis auf Null, herabzufahren.
  • Bei einer Hammermühle, wie sie zur Zerkleinerung von Gewerbeschrott eingesetzt wird, mit einer Rotormasse von beispielsweise 20.000 bis 100.000 kg, kann die Auslaufzeit, die benötigt wird, um die Umdrehungszahl von beispielsweise 600/min auf Null herabzusetzen, 30 Minuten und mehr betragen.
  • Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass solche Auslaufzeiten die Produktionskapazität der Arbeitsmaschine ungünstig beeinflussen.
  • In der DE 199 11 772 C2 ist vorgeschlagen worden, den Rotor mittels einer hydraulischen Anordnung abzubremsen, wobei diese Anordnung mit der Welle des Rotors mechanisch gekoppelt ist.
  • Diese Art der Abbremsung ist zum einen konstruktiv aufwendig und hat den Nachteil hoher Reibungswärme. Außerdem lässt sich die Bremszeit nicht in gewünschtem Maß verringern.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, die Drehzahl einer Zerkleinerungsmaschine mit einem Rotor hoher Masse in möglichst kurzer Zeit zu verringern, vorzugsweise auf Null.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe liegt der Erfindung folgende Überlegung zugrunde: Der grundsätzliche Aufbau einer Arbeitsmaschine mit zugehöriger Antriebsmaschine, wie vorstehend dargestellt, hat sich bewährt und kann auch erhalten bleiben.
  • Mechanische Bremseinrichtungen scheiden wegen der hohen Reibungswärme und eines entsprechend hohen Verschleißes aus.
  • Daneben gibt es aber Bremseinrichtungen, die gezielt auf die antriebsseitige Getriebewelle wirken, jedoch weitestgehend verschleißfrei und reibungsarm sind sowie eine hohe Bremswirkung haben.
  • Hierzu gehören elektrische, hydrodynamische und elektromagnetische Bremsen. Zur Gruppe der elektrischen Bremsen gehört die so genannte Wirbelstrombremse. Es handelt sich um eine berührungslos wirkende elektrische Bremse, die mechanische Energie durch Wirbelströme in einer metallischen Masse in Wärme umsetzt. Die Wirbelstrombremse ist eine Gleichstrommaschine vom Innenpoltyp. Ein feststehender Innenring trägt eine von Gleichstrom durchflossene Spule, die ein homopolares Magnetfeld erzeugt. Den aktiven Teil des Läufers bildet ein Ankerring aus elektrisch leitendem Werkstoff, zum Beispiel Eisen. Bei der Drehung des Läufers relativ zum Ständer werden im Ankerring Wirbelströme induziert, die zusammen mit dem Ständerfeld ein Bremsmoment hervorrufen, dessen Größe vom Erregerstrom und der Schlupfdrehzahl abhängig ist.
  • Zur Gruppe der hydrodynamischen Bremsen gehört die so genannte Strömungsbremse, auch Turbobremse oder Retarder genannt. Der Retarder wandelt die abzubremsende Energie nicht über Festkörperreibung in Wärme um, sondern in kinetische Energie einer Flüssigkeit (in einer ersten Stufe) und dann in Wärme. Der Retarder besteht aus einem mit Schaufeln versehenen Rotor und einem Stator in einem zugehörigen Gehäuse. Das Gehäuse wird beim Bremsvorgang mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Hydrauliköl, gefüllt. Der umlaufende Rotor setzt die Flüssigkeit in Bewegung, die an dem feststehenden Stator abgebremst wird. Durch eine Regelung der Ölmenge kann die Bremskraft variiert werden. Die erhitzte Flüssigkeit kann über ein Gebläse gekühlt werden.
  • Ausgehend von diesen Vorüberlegungen betrifft die Erfindung in ihrer allgemeinsten Ausführungsform die Verwendung einer elektrischen, hydrodynamischen oder elektromagnetischen Bremse in spezifischer Anordnung, nämlich zwischen
    • einer, einer Antriebsmaschine nachgeordneten Kupplung, und
    • einem, der Kupplung zugehörigen Getriebe zur Kraft- und Momentenübertragung auf eine Welle einer industriellen Zerkleinerungsmaschine,
    zur Drehzahlverringerung einer antriebsseitigen Welle des Getriebes.
  • Die Erfindung äußert sich also nicht nur in der Auswahl einer spezifischen Bremse für den genannten Anwendungszweck (Arbeitsmaschine, nämlich Zerkleinerungsmaschine), sondern auch in der spezifischen Anordnung der Bremse.
  • Funktional ergibt sich daraus Folgendes: Zum Abbremsen der Arbeitsmaschine wird der Motor ausgeschaltet. Die dem Motor nachgeschaltete Kupplung, beispielsweise eine Turbokupplung, wird anschließend entkoppelt, indem Öl abgepumpt wird. Dies geschieht faktisch verzögerungsfrei. Damit ist der Antrieb abgeschaltet. Es findet keine Kraftübertragung mehr von der Antriebsmaschine auf die Arbeitsmaschine statt.
  • Gleichzeitig oder kurz danach wird die Bremse, beispielsweise der Retarder, aktiviert, indem Öl eingepumpt wird. Parallel wirkt die hydrodynamische Bremse auf die antriebsseitige Welle des Getriebes, wodurch praktisch verzögerungsfrei die Rotationsenergie des weiter umlaufenden Rotors der Arbeitsmaschine korrespondierend abgebremst wird.
  • Durch eine Regelung der Ölmenge und des Öldrucks kann die Bremskraft/ Bremswirkung variiert werden.
  • Die Bremse dient lediglich dazu, die Rotorwelle in ihrer Drehzahl zu verringern; sie ist keine Haltebremse und auch keine "Stopp-Bremse".
  • Nach einer Ausführungsform ist die Anordnung der Bremse so vorgesehen, dass die Bremse auf eine durch das Getriebe hindurchgeführte Getriebewelle auf einer der Kupplung gegenüber liegenden Getriebeseite wirkt. Mit anderen Worten: die von der Antriebsmaschine kommende Welle, die in der Regel über eine Kupplung geführt wird, wird durch das Getriebe hindurchgeführt und überragt das Getriebe auf der gegenüberliegenden Seite, wo dann die Bremse aufgesetzt wird.
  • Diese Ausführungsform bietet sich unter anderem aus Platzgründen an und schafft beispielsweise die Möglichkeit, die Bremse mit einem Hilfsaggregat zu kuppeln, welches dazu dient, die Welle, auf die die Bremse im Bremsfall wirkt, nun anzutreiben, so dass nach Übersetzung im Getriebe die angeschlossene Welle, zum Beispiel Kardanwelle, der Arbeitsmaschine gedreht werden kann.
  • Diese Rotation der Welle der Arbeitsmaschine, und damit letztendlich des Rotors der Maschine, dient nicht dazu, die Maschine in den normalen Arbeitsbetrieb zu versetzen, sondern lediglich Montage- oder Reparaturzwecken, beispielsweise um einen Hammer des Hammerbrechers zu wechseln. Zu diesem Zweck ist es oft notwendig, den Rotor um einige Winkelgrade zu verschieben, um die Montagestelle zugänglich zu machen. Diesem Zweck dient das Hilfsaggregat, welches über die Bremse mittelbar auf die Antriebsmaschine wirkt und mit geringer Drehzahl arbeiten kann.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen. Dazu gehört auch die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, welches auch allgemein gültige Merkmale enthält. So können beispielsweise die anhand des Ausführungsbeispieles vorgestellten Maschinenteile auch einzeln oder in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung verwendet werden.
  • Figur 1 zeigt einen Motor 10 als Antriebsmaschine, von dem eine Antriebswelle 12 zu einer Turbokupplung 14 und von dort zu einem Getriebe 16 verläuft.
  • Die Turbokupplung 14 unterliegt dem Prinzip der hydrodynamischen Kraftübertragung durch das Zusammenwirken einer Pumpe und einer Turbine. Bei der Turbokupplung wird dies durch zwei Schaufelräder realisiert. Zusammen mit einem Gehäuse bilden die Schaufelräder den Arbeitsraum, in dem die Betriebsflüssigkeit, hier: ein Hydrauliköl, umläuft.
  • Das Pumpenrad ist mit der Antriebsmaschine, dem Motor 10, verbunden, während das Turbinenrad auf der dem Getriebe 16 zugeordneten Seite der Kupplung verläuft. Das umlaufende Öl überträgt die mechanische Leistung von der Pumpe auf die Turbine. Dies erfolgt weitestgehend verschleißfrei.
  • Die Antriebswelle 12 ist durch das Getriebe 16 hindurchgeführt und überragt dieses auf der Rückseite 16r.
  • Auf diesem Abschnitt 12r der Antriebswelle 12 ist ein Retarder 18 als hydrodynamische Bremse angeordnet, dessen Bauart vorstehend bereits beschrieben wurde.
  • Ein Stator des Retarders 18 verläuft auf der dem Getriebe 16 abgewandten Seite, der Rotor mit den Schaufeln auf der der Getrieberückseite 16r zugewandten Seite.
  • Vom Getriebe 16 verläuft außerdem eine Abtriebswelle 20, die eine Antriebswelle für eine Arbeitsmaschine 22 bildet, hier einen industriellen Hammerbrecher mit einem Rotor 24, auf dem Hammerköpfe als Schlagwerkzeuge angeordnet sind.
  • Sobald der Motor 10 ausgeschaltet ist, öffnet sich die Kupplung 14.
  • Aufgrund der hohen Masse des Rotors 24 dreht sich die Welle 20 jedoch weiter und damit auch der Teil 12r der Antriebswelle 12.
  • Zur Drehzahlreduzierung wird nunmehr der Retarder 18 aktiviert, das heißt mit Öl gefüllt, der umlaufende Rotor setzt das Öl in Bewegung, das an dem feststehenden Stator wieder abgebremst wird und damit drehzahlmindernd auf die über das Getriebe 16 verbundene Welle 20 wirkt.
  • Während für einen typischen Anwendungsfall die Auslaufzeit des Rotors 24 bis zum Stillstand größenordnungsmäßig 30 Minuten und mehr betragen kann, reduziert sie sich durch die erfindungsgemäße Verwendung und Anordnung einer Bremse auf ca. 5 Minuten.
  • Bei Stillstand des Rotors 24 kann es zum Beispiel für Revisionszwecke notwendig sein, den Rotorkörper um einige Winkelgrade zu verdrehen. Zu diesem Zweck ist ein Hilfsaggregat vorgesehen, welches in der Figur schematisch mit einem Hebel 26 symbolisiert ist. Der Hebel 26 soll andeuten, dass über das Hilfsaggregat der Abschnitt 12r der Antriebswelle 12 in Rotationsbewegung versetzt wird, und zwar über den Retarder 18. Die Rotationsenergie wird vom Getriebe 16 auf die Welle 20 übertragen, und zwar mit geringer Umdrehungsgeschwindigkeit, möglicherweise nur um einige Winkelgrade, um den Rotor 24 in die gewünschte Position zu bringen.
  • Die Zerkleinerungsmaschine kann beispielsweise eine der folgenden Maschinen sein: Hammermühle, Rotations-Schredder, Hammerbrecher, Prallmühle, Prallbrecher.

Claims (7)

  1. Verwendung einer elektrischen, hydrodynamischen oder elektromagnetischen Bremse (18) zwischen
    a) einer, einer Antriebsmaschine (10) nachgeordneten Kupplung (14), und
    b) einem, der Kupplung (14) zugehörigen Getriebe (16) zur Kraft- und Momentenübertragung auf eine Welle (20) einer industriellen Zerkleinerungsmaschine (22),
    zur Drehzahlverringerung einer antriebsseitigen Welle (12r) des Getriebes (16).
  2. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, dass die Bremse eine elektrische Wirbelstrombremse ist.
  3. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, dass die Bremse (18) eine Strömungsbremse ist.
  4. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, dass die Bremse eine elektrische Magnetbremse ist.
  5. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, dass die Bremse (18) auf eine durch das Getriebe (16) durchgeführte Getriebewelle (12r) auf einer der Kupplung (14) gegenüberliegenden Getriebeseite (16r) wirkt.
  6. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, dass die Zerkleinerungsmaschine eine Maschine aus der Gruppe: Hammermühle, Rotations-Schredder, Hammerbrecher, Prallmühle, Prallbrecher ist.
  7. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, dass die Bremse (18) mit einem Hilfsaggregat (26) zum Antrieb der Welle (12r) des Getriebes (16) kuppelbar ist.
EP09011113A 2008-10-03 2009-08-31 Verwendung einer Bremse bei einer Antriebsvorrichtung einer Zerkleinerungsmachine Not-in-force EP2172270B1 (de)

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