WO2013010756A1

WO2013010756A1 - Sicherheitsbremse

Info

Publication number: WO2013010756A1
Application number: PCT/EP2012/062289
Authority: WO
Inventors: Ulrich Kowatsch
Original assignee: Suco Robert Scheuffele Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2011-07-16
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2013-01-24
Also published as: CN103827536A; EP2732180A1; DE102011107477A1; US20140147280A1; CN103827536B

Abstract

Eine Sicherheitsbremse (12) zum Stillsetzen einer rotierenden Einrichtung (38) bei Überhitzung. Die Sicherheitsbremse (12) weist hierzu ein Dehnstoffelement (40) auf, das im Falle einer Erwärmung ein erstes Bremselement (44) gegen ein zweites Bremselement (48) presst. Nach Abkühlung des Dehnstoffelements (40) gibt dieses die Bremse (12) automatisch wieder frei.

Description

Sicherheitsbremse

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsbremse für eine gegenüber einer feststehenden Lagereinheit rotierenden Einrichtung, insbesondere für Windkraftanlagen. Es ist bekannt, die Drehzahl von rotierenden Einrichtungen zu begrenzen, um eine Beschädigung der Lager oder der Einrichtungen selbst zu vermeiden. Hierbei ist es oft wünschenswert, die Drehung vollständig zu unterbinden bzw. die Einrichtung abzuschalten.

Zur vollständigen Abschaltung einer Vorrichtung ist aus der

DE 10 2005 047 296 B3 ein Verriegelungsmechanismus bekannt, der eine Drehung der Vorrichtung oberhalb einer vorgegebenen Drehzahl verhindert. Wenn der Verriegelungsmechanismus ausgelöst ist, muss er, um die Vorrichtung wieder freizugeben, manuell wieder gelöst werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, eine Sicherheitsbremse der eingangs genannten Art bereitzustellen, die bei einer hohen Belastung der rotierenden Einrichtung automatisch stillsetzt und bei einem Nachlassen der Belastung automatisch wieder freigibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sicherheitsbremse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei einer hohen Belastung der rotierenden Einrichtung erwärmt sich diese und das Dehnstoffelement bremst sie gegenüber der Lagereinheit bis zum Stillstand ab. Hierdurch erfolgt eine Abkühlung der Einrichtung, wodurch sich das Dehnstoffelement zusammenzieht und das erste Bremselement das zweite Bremselement wieder freigibt. Eine maschinelle oder manuelle Betätigung der Sicherheitsbremse zur Betätigung und zum Lösen der Sicherheitsbremse ist nicht nötig. Der Betrieb der mit der Bremse versehenen Vorrichtung wird dadurch wesentlich erleichtert.

Beispielsweise muss eine schwer zugängliche Windkraftanlage nach einem Sturm nicht wieder manuell oder mit Energieaufwand eingeschaltet werden. Das Dehnstoffelement kann dabei das erste Bremselement so stark gegen das zweite Bremselement pressen, dass die Einrichtung vollständig stillsteht. Als Dehnelement wird vorzugsweise ein mit Wachs gefülltes Dehnelement eingesetzt.

Um das zweite Bremselement bei einer Abkühlung der Einrichtung schnell wieder freigeben zu können, kann das erste Bremselement gegen die Kraft eines Federelements bewegbar sein. Das Federelement kann dabei in Form einer Schraubenfeder oder dergleichen ausgebildet sein.

Das zweite Bremselement weist vorzugsweise eine Bremsscheibe oder einen Bremsring auf. Bremsscheibe und Bremsring stellen dabei

Standardteile dar, die auf einfache Art und Weise ausgetauscht werden können. Die Sicherheitsbremse kann hierdurch einfach gewartet werden.

Das zweite Bremselement kann an einer Welle der zweiten Einrichtung angeordnet oder ausgebildet sein. Hierdurch wird eine unmittelbare Abbremsung der Welle ermöglicht.

Vorzugsweise ist eine Wärmebrücke zwischen dem zweiten Bremselement und dem Dehnstoffelement vorgesehen. Die bei einer Abbremsung am zweiten Bremselement entstehende Wärme kann so auf das

Dehnstoffelement zurückgeführt werden. Hierdurch wird eine

gleichmäßige Abbremsung erzielt. Ein Slip-Stick-Effekt wird vermieden.

Im Bereich des Dehnstoffelements kann eine Fliehkraftbremse zwischen der rotierenden Einrichtung und der Lagereinheit vorgesehen sein, wobei die Sicherheitsbremse vorzugsweise als Zusatzbremse zu der

Fliehkraftbremse vorgesehen ist. Ab einer gewissen Drehzahl greift in diesem Fall die Fliehkraftbremse ein, was zu einer Erwärmung führt.

Durch die Erwärmung dehnt sich das Dehnstoffelement aus und bremst über das erste Bremselement das zweite Bremselement ab. Die

Sicherheitsbremse schützt dadurch die Fliehkraftbremse vor einer

Überlastung bzw. Überhitzung.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist die

Fliehkraftbremse zumindest eine um eine Drehachse rotierbare

Bremseinheit auf, wobei die Bremseinheit eine gegen eine Bremstrommel pressbare Bremsbacke aufweist, die mit einem beweglich außerhalb der Bremstrommei vorgesehenen Gewicht verbunden ist. Durch das außerhalb der Bremstrommel vorgesehene Gewicht kann die Fliehkraftbremse auch schon bei niedrigen Drehzahlen einen entsprechend hohen Bremsdruck aufbauen, der nötig ist, um das Lager abzubremsen.

Das Gewicht ist vorzugsweise über ein Zugmittel mit der Bremsbacke verbunden. Als Zugmittel kann ein Seil, eine Kette, eine Stange oder dergleichen eingesetzt werden.

Das Zugmittel kann einenends mit der Bremsbacke und anderenends mit dem beweglich in einer Gewichtsführung geführten Gewicht verbunden sein. Das mit der Bremsbacke verbundene Gewicht kann so sicher geführt werden.

Die Gewichtsführung kann in Form eines Kanals in einer Scheibe

ausgebildet sein. Auf einer solchen Scheibe kann dabei beispielsweise ein Kinderkarussell vorgesehen sein. Eine solche Gewichtsführung kann auch in einem Rotorblatt einer Windkraftanlage ausgebildet werden. Das

Rotorblatt kann dabei beispielsweise mit einer ut oder einem Kanal zur Gewichtsführung ausgebildet sein. Da bei einer Windkraftanlage ein Rotorblatt zwingend notwendig ist, kann eine derart ausgestaltete

Sicherheitsbremse sehr kostengünstig gefertigt werden. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand den Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten

Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.

In der schematischen Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen :

Fig. 1 eine geschnittene Teilansicht einer Windkraftanlage mit einer erfindungsgemäßen Sicherheitsbremse; und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Teil einer Windkraftanlage 10 mit einer

erfindungsgemäßen Sicherheitsbremse 12 dargestellt. Die

Sicherheitsbremse 12 dient als Zusatzbremse für eine

Fliehkraftbremse 14. Die Fliehkraftbremse 14 begrenzt die Drehzahl der Windkraftanlage 10, sodass diese bei einem Sturm nicht beschädigt wird. Um bei für Fliehkraftbremsen vergleichsweise niedrigen Drehzahlen bereits eine entsprechend hohe Bremskraft zu erreichen, weist die

Fliehkraftbremse 14 mindestens ein Gewicht 16 auf. Das Gewicht 16 ist über ein Zugmittel 18 mit einer Bremsbacke 20 verbunden. Bei einer entsprechend hohen Drehzahl wird die Bremsbacke 20 gegen die Innenwand einer Bremstrommel 22 gepresst, wodurch eine Bremsung erzielt wird. Das Gewicht 16 ist dabei beweglich in einer

Gewichtsführung 24 geführt. Die Gewichtsführung 24 ist in einem

Rotorblatt einer Windkraftanlage ausgebildet. Aufgrund des großen radialen Abstands des Gewichts 16 zur Bremsbacke 20 bzw. der

Drehachse 26 der Bremsbacke 20 wirkt auch bereits bei geringen

Drehzahlen eine hohe Fliehkraft auf das Gewicht 16, sodass die

Bremsbacke 20 mit ausreichend hohem Druck gegen die Innenwand der Bremstrommel 22 gepresst wird.

Details der Sicherheitsbremse 12 und der Fliehkraftbremse 14 sind der vergrößerten Teilansicht gemäß Fig. 2 entnehmbar. Das Zugmittel 18 ist dabei über eine Schraubverbindung 28 mit der Bremsbacke 20 verbunden und in Form einer Stange ausgebildet. Die Bremsbacke 20 weist eine Reibfläche 30 zur Erhöhung der Reibkräfte zwischen der Bremsbacke 20 und der Bremstrommel 22 auf.

Die Bremsbacke 20, das Zugmittel 18 sowie die Gewichtsführung 24 sind drehfest mit einer Nabe 32 sowie einer Welle 34 verbunden, die eine rotierende Einrichtung 38 ausbilden. Die Einrichtung 38 ist dabei rotierbar zu einer Lagereinheit 36 ausgebildet.

Zusätzlich zu der Fliehkraftbremse 14 ist zwischen der Lagereinheit 36 und der zweiten Einrichtung 38 eine Zusatzbremse in Form der

Sicherheitsbremse 12 ausgebildet. Die Sicherheitsbremse 12 umfasst ein mit Wachs gefülltes Dehnstoffelement 40, das sich bei Erwärmung in Längsrichtung, d. h. in Richtung eines Pfeils 42 ausdehnt. Bei einer Ausdehnung des Dehnstoffelements 40 wird ein erstes, am

Dehnstoffelement 40 angeordnetes Bremselement 44 ebenfalls in

Richtung des Pfeils 42 verschoben. Diese Verschiebung erfolgt dabei gegen die Kraft eines in der Bremstrommet 22 angeordneten Federelements 46, Durch die Verschiebung des ersten Bremselements 44 in Richtung des Pfeils 42 wird ein zweites Bremselement 48 zwischen dem ersten Bremselement 44 und der Bremstrommel 22 festgeklemmt. Das zweite Bremselement 48 ist drehfest mit der Welle 34 verbunden, sodass bei ausgedehntem Dehnstoffelement 40 die Relativbewegung zwischen der Lagereinheit 36 und der Einrichtung 38 zum Stehen kommt. Zur Erhöhung der Bremswirkung ist das zweite Bremselement 48 an seinen Außenseiten ebenfalls mit einer aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht mit einer Bezugsziffer bezeichneten Reibfläche versehen. Durch die Unterstützung der Sicherheitsbremse 12 kann somit eine Überhitzung der

Fliehkraftbremse 14 vermieden werden.

Das Dehnstoffelement 40 ist dabei im Bereich der Fliehkraftbremse 14 angeordnet. Die bei der Bremsung durch die Fliehkraftbremse 14

entstehende Wärme kann so optimal an das Dehnstoffelement 40 geleitet werden.

Zwischen der Bremstrommel 22 und dem Dehnstoffelement 40 ist eine Wärmebrücke 50 vorgesehen. Die Wärmebrücke 50 leitet dabei die bei der Abbremsung des zweiten Bremselements 48 entstehende Wärme an das Dehnstoffelement 40. Hierdurch wird ein vorschnelles Lösen der

Sicherheitsbremse 12 bei Verminderung der Bremswirkung durch die Fliehkraftbremse 14 vermieden.

Sobald die Sicherheitsbremse 12 abgekühlt ist, zieht sich das

Dehnstoffelement 40 entgegen der Richtung des Pfeils 42 zusammen und löst durch eine Rückstellung des ersten Bremselements 44 entgegen der Richtung des Pfeils 42 die Sicherheitsbremse 12. Diese Bewegung wird durch eine Entspannung des Federelements 46 unterstützt. Durch die Abkühlung kann das zweite Bremselement 48 wieder frei zwischen dem ersten Bremselement 44 und der Bremstrommel 22 rotieren.

Zusammenfassend gesagt, betrifft die Erfindung eine Sicherheitsbremse zur Stillsetzung einer erhitzten rotierenden Einrichtung. Die

Sicherheitsbremse weist hierzu ein Dehnstoffelement auf, das im Falle einer Erwärmung ein erstes Bremselement gegen ein zweites

Bremselement presst. Nach Abkühlung des Dehnstoffelements gibt dieses die Sicherheitsbremse automatisch wieder frei.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :

1. Sicherheitsbremse (12) für eine gegenüber einer feststehenden Lagereinheit (36) rotierenden Einrichtung (38), insbesondere für Windkraftanlagen (10), dadurch gekennzeichnet, dass die

Lagereinheit (36) ein Dehnstoffelement (40) aufweist, an dem ein erstes Bremselement (44) angeordnet oder ausgebildet ist, das durch eine Ausdehnung des Dehnstoffelements (40) bei Erwärmung des Dehnstoffelements (40) gegen ein zweites Bremselement (48) der Einrichtung (38) anpressbar ist.

2. Sicherheitsbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bremselement (44) gegen die Kraft eines

Federelements (46) bewegbar ist.

3. Sicherheitsbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, dass das zweite Bremselement (48) eine

Bremsscheibe oder einen Bremsring aufweist.

4. Sicherheitsbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bremselement (48) an einer Welle (34) der Einrichtung (38) angeordnet oder ausgebildet ist.

5. Sicherheitsbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmebrücke (50) zwischen dem zweiten Bremselement (48) und dem Dehnstoffelement (40) vorgesehen ist.

6. Sicherheitsbremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des

Dehnstoffelements (40) eine Fliehkraftbremse (14) zwischen

Lagereinheit (36) und Einrichtung (38) vorgesehen ist, wobei die Sicherheitsbremse ( 12) als Zusatzbremse zu der

Fliehkraftbremse (14) vorgesehen ist.

7. Sicherheitsbremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftbremse (14) zumindest eine um eine Drehachse (26) rotierbare, gegen eine Bremstrommel (22) pressbare

Bremsbacke (20) aufweist, die mit einem beweglich außerhalb der Bremstrommel (22) vorgesehenen Gewicht ( 16) verbunden ist.

8. Sicherheitsbremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht (16) durch ein Zugmittel ( 18) mit der Bremsbacke (20) verbunden ist.

9. Sicherheitsbremse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (18) beweglich in einer Gewichtsführung (24) geführt ist.

10. Sicherheitsbremse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsführung (24) in einem Rotorblatt einer Windkraftanlage ausgebildet ist.