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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verschleißnachstellung für eine Sicherheitsbremse. Sie umfasst ein verstellbares Wirkelement zum Aufbringen einer Stellkraft auf ein Bremselement, mit dem in einem Bremszustand eine Bremskraft auf einen Bremskörper aufbringbar ist, wobei ein auf das Bremselement wirkendes Übertragungselement vorgesehen ist, das in einer Wirkrichtung relativ zum Wirkelement verstellbar und fixierbar ist und über eine Verstelleinrichtung in Wirkrichtung so verstellbar ist, dass ein Verschleiß des Bremselements und/oder des Bremskörpers ausgleichbar ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es sind allgemein Sicherheitsbremsen bekannt, die insbesondere als Scheibenbremsen ausgelegt sind. Sie dienen insbesondere als Halte- und Notstoppbremsen. Solche Sicherheitsbremsen werden oft auf einer Getriebeausgangsseite eingesetzt, um bei einem Getriebebruch eine Last unmittelbar stoppen zu können und diese auch anschließend sicher halten zu können. Da sie unmittelbar an der Last angreifen, sind relativ hohe Bremsmomente erforderlich. Dabei werden insbesondere federbelastete, direkt wirkende Scheibenbremsen eingesetzt. Die erforderliche Stellkraft oder Anpresskraft wird dabei oft durch sehr starke Tellerfederpakete aufgebracht, die direkt zwischen einem Gehäusebauteil und einem Wirkelement (z.B. Hydraulikkolben) wirken, welches die Bremskraft über Bremselemente (Bremsbacken, Bremsbackenträger) auf einem Bremskörper aufbringen. Als Bremskörper dienen meist Bremsscheiben und die Sicherheitsbremse umfasst zwei gekoppelte Bremselemente, die als Schuh die Bremsscheibe umgreifen und gleichzeitig auf die Bremsscheibe wirken.
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Beim Einsatz einer solchen Sicherheitsbremse nutzen sich sowohl die Bremselemente (Bremsbacken) als auch der Bremskörper ab. Damit verändern sich die Bremseigenschaften erheblich. Die Abnutzung führt dazu, dass der zum Bremsen zu überwindende Lüftspalt durch den Materialabtrag an dem Bremskörper und an den Bremselementen wächst und damit beim Bremsen ein zunehmend größerer Verstellweg erforderlich wird. Damit ändern sich die Einfallzeiten der Bremse, aber auch die wirkenden Bremskräfte selbst, da diese federweg- bzw. stellwegabhängig sind und mit zunehmendem Federweg abnehmen. Das heißt, die Bremswirkung wird insgesamt deutlich verschlechtert.
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Um diesen Verschleiß auszugleichen sind Nachstelleinrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe der Verschleiß ausgleichbar ist. Diese Nachstellung kann entweder in festen Wartungsintervallen manuell ausgeführt werden, was einen relativ hohen Wartungsaufwand verursacht, oder auch durch mechanische Nachstelleinrichtungen, bei denen über einen Mitnehmer entsprechend dem wachsenden Lüftspalt eine Nachstellspindel verdreht wird, welche den Lüftspalt konstant hält. Dieser Nachstellvorgang findet jeweils beim Öffnen der Bremse statt.
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Diese Systeme sind für dynamisch eingesetzte Bremsen ausreichend, da eine große Anzahl von Bremsungen und eine entsprechende Anzahl von Öffnungsvorgängen ausreichen, um den Lüftspalt entsprechend dem Verschleiß auf ein Sollmaß einzustellen.
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Bei Anwendungen mit relativ wenig Brems- und damit auch mit wenig Lüft- bzw. Nachstellvorgängen funktionieren diese mechanischen Systeme nur unzureichend. Bei solchen Anwendungen sind zusätzliche Klinken erforderlich, die eine Betätigung der Nachstellung in nur einer Richtung sicherstellen und damit im Prinzip eine geeignete Lösung darstellen. Aber auch bei diesen Systemen mit einer zusätzlichen Sperrklinke ist die Auflösung relativ grob und die Nachstellung erfolgt nur schrittweise (entsprechend der Klinkenrasterung). Damit sind unerwünschte Schwankungen im Bremsverhalten nicht völlig auszuschließen und führen zu einer erhöhten und unerwünschten Bauteilbeanspruchung. Darüber hinaus sind solche Systeme relativ aufwendig und wartungsintensiv. Insbesondere in einer rauen, schmutzbelasteten Umgebung sind solche Systeme nur einsetzbar, wenn sie regelmäßig gewartet, gereinigt und auf ihre Funktion hin überprüft werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine verbesserte Verschleißnachstellungsanordnung zur Verfügung zu stellen, welche die oben angegebenen Nachteile wenigstens teilweise überwindet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Nach einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Verschleißnachstellung bereit, die für eine Sicherheitsbremse geeignet ist, bei der ein verstellbares Wirkelement zum Aufbringen einer Stellkraft auf ein Bremselement, mit dem in einem Bremszustand eine Bremskraft auf einen Bremskörper aufbringbar ist, vorgesehen ist.
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Dabei ist ein auf das Bremselement wirkendes Übertragungselement vorgesehen, das in einer Wirkrichtung relativ zum Wirkelement verstellbar und fixierbar ist und über eine Verstelleinrichtung in Wirkrichtung verstellbar ist, so dass ein Verschleiß des Bremselements und/oder des Bremskörpers ausgleichbar ist.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Verschleißgröße vorgesehen ist und eine Steuervorrichtung, welche auf die erfasste Verschleißgröße hin ein Stellsignal an die Verstelleinrichtung liefert, welche das Übertragungselement entsprechend der Verschleißgrößer relativ zum Wirkelement verstellt und so den Verschleiß ausgleicht.
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Durch die Trennung der Verschleißerfassung von der eigentlichen Verstellung entsprechend der Verschleißgröße ist es möglich, eine wesentlich genauere Verschleißnachstellung zu realisieren. Die festgestellte Verschleißgröße kann nämlich von der erforderlichen (Nach-)Stellgröße abweichen. Damit können auch Elastizitäten des Systems besser berücksichtigt bzw. kompensiert werden. Es ist auch möglich, die Nachstellgröße so an einen Verschleiß anzupassen, dass sich ändernde Bremseigenschaften, die auf der Abnutzung der beteiligten Bremselemente und Bremskörper beruhen, mitberücksichtigt werden.
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So ein Effekt kann beispielsweise darin liegen, dass sich mit zunehmender Abnutzung des Bremsbelages auch die Reibeigenschaften verändern. Mit dem erfindungsgemäßen System ist es beispielsweise möglich, diesen Effekt zu kompensieren, indem beispielsweise ein zunehmender Verschleiß überkompensiert wird, so dass eine verminderte Reibwirkung durch eine erhöhte Bremskraft ausgeglichen werden kann (beispielsweise durch eine progressive Nachstellung des Verschleißweges).
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Dies ist hier in einfacher Weise zu realisieren, indem eine Steuervorrichtung die Verschleißgröße in ein Stellsignal umwandelt, welches dann das Übertragungselement entsprechend der Verschleißgröße relativ zum Wirkelement verstellt und so den Verschleiß ausgleicht. Dabei kann ein linearer Zusammenhang zwischen Verschleißgröße und Stellgröße bestehen, er kann aber auch progressiv oder degressiv sein.
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Im Prinzip ist es sogar möglich, mit dem oben genannten System über die Steuerung die Bremskraft insgesamt zu dynamisieren, indem man beispielsweise den Lüftspalt auch lastabhängig verringern kann. Damit lassen sich für hohe Lasten hohe Bremskräfte und für niedrigere Lasten auch niedrigere Bremskräfte realisieren, was zu einer Reduzierung des Verschleißes insgesamt beitragen kann.
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Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der beigefügten Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
- 1 eine Sicherheitsbremse mit einer erfindungsgemäßen Verschleißnachstellungsanordnung;
- 2 eine Schnittdarstellung einer Bremsbacke für eine Sicherheitsbremse, die mit einer erfindungsgemäßen Verschleißnachstellungsanordnung versehen ist;
- 3 eine perspektivische Darstellung einer Bremsenhälfte (aus 2), mit einer erfindungsgemä-βen Verschleißnachstellungsanordnung) und
- 4 eine Schnittdarstellung der in 3 dargestellten Bremsenhälfte mit dem Wegmesssystem.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist eine Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Vor einer detaillierten Beschreibung folgen zunächst allgemeine Erläuterungen zu den Ausführungsformen.
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Es gibt Ausführungsformen, bei denen das Wirkelement als Hydraulikkolben ausgebildet ist. Während die Bremskraft selber über Tellerfedern aufgebracht wird, kann die Bremse über einen Hydraulikkolben, der mit den Tellerfedern gekoppelt ist, gelüftet werden. Über eine solche Hydraulik lassen sich in sehr kompakter Weise auch hohe Tellerfederkräfte neutralisieren und das Lüften der Bremse mit kompakten Bremsenkomponenten erfolgen. Das zum Aufbringen des Hydraulikdrucks notwendige Hydraulikaggregat kann über Leitungen mit den Bremsenhälften verbunden werden und kann unabhängig von diesen angeordnet und betätigt werden.
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Es gibt Ausführungen, bei denen das Übertragungselement als linear zum Wirkelement verstellbare Gewindespindel ausgebildet ist. Diese Anordnung erlaubt zum einen das Wirkelement bzw. den Hydraulikkolben in zur Übertragung hoher Kräfte geeigneter Weise mit dem Wirkelement zu verbinden. Die Gewindespindel ist in einer linearen Wirkrichtung verstellbar. Die Verstellung erfolgt dann durch Verdrehung der Gewindespindel, die entsprechend linear verschoben wird und den Verschleiß ausgleicht, indem sie das Bremselement entsprechend linear verschiebt.
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Das Bremselement ist dabei über das Übertragungselement mit dem Wirkelement (Kolben) verbunden. Die Steigung der Gewindespindel kann dabei so ausgebildet sein, dass die Gewindepaarung selbsthemmend ist, das heißt, eine axial auf die Spindel wirkende Kraft führt nicht zu einer Verstellung in Umfangsrichtung. Dies erlaubt eine besonders einfache und kräftearme Gestaltung der Verstelleinrichtung, die damit im Bremszustand frei von axialen Kräften, aber auch frei von Kräften in Umfangsrichtung gehalten werden kann.
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Eine Ausführung, bei der die Sensoreinrichtung als berührungsloser Wegmesssensor ausgebildet ist, kann in unterschiedlicher Weise an der Verschleißnachstellungsanordnung angeordnet werden und erlaubt eine besonders genaue Erfassung der Verschleißwege.
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Insbesondere induktive Wegmesssensoren, welche ein Stromsignal an die Steuervorrichtung abgeben, haben sich in einer thermisch und atmosphärisch anspruchsvollen Umgebung bewährt und sind auch weitgehend unempfindlich gegen Störgrößen, die von Frequenzumrichtern zum Antrieb elektromechanischer Bauteile herrühren.
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Als stabile und an die speziellen Anforderungen flexibel anpassbare Steuerungseinrichtungen haben sich sogenannte SPS-Steuerungen bewährt. Solche SPS-Steuerungen sind geeignet, die erfasste Verschleißgröße flexibel in eine entsprechende Stellgröße umzurechnen und ein entsprechendes Stellsignal an unterschiedlichste Verstelleinrichtungen zu liefern.
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Besonders einfach ist eine Verstelleinrichtung anzusteuern, die mit einem elektrischen Stellmotor insbesondere einem Servomotor ausgestattet ist.
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Ausführungen, bei denen der Stellmotor über ein Getriebe drehfest mit dem Übertragungselement koppelbar ist, ermöglichen eine entsprechende Drehmomentübersetzung des Antriebsmoments des Motors und erlauben so vergleichsweise kompakte Motoren, um die erforderlichen Stellkräfte aufzubringen.
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Bei Ausführungen, bei denen das Getriebe als Schneckengetriebe ausgebildet ist, lässt sich auch das Getriebe in selbsthemmender Weise ausbilden, so dass evtl. wirkende Rückstellkräfte durch das Getriebe vom Motor entkoppelt bleiben.
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Bei Ausführungen, bei denen sich die Gewindespindel in axialer Richtung relativ zu einem Getriebeausgangselement verschiebt, kann durch eine drehfeste und in (axialer) Stellrichtung variable Kopplungen ein Ausgleich dieses sich verändernden Abstands ermöglicht werden.
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Dabei gibt es Ausführungen, bei denen die Kopplung über ein in Drehrichtung der Spindel formschlüssig und in axialer Wirkrichtung verschieblich koppelbare Stellanordnung erfolgt. So eine Stellanordnung kann beispielsweise über eine Mitnehmerzapfenanordnung oder über eine andere in Umfangsrichtung formschlüssige Kopplung eines Getriebeausgangselements mit einer entsprechenden Aufnahme in der Gewindespindel realisiert werden (Unrund, Mehrkantprofil, etc.).
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Neben einem Schneckengetriebe gibt es auch Ausführungen, bei denen beispielsweise Planetengetriebe eingesetzt werden. Es ist aber auch möglich, die Stellspindel über einen radial zur axialen Wirkrichtung verlaufenden Stellhebel zu betätigen, der dann beispielsweise über einen Linearantrieb angesteuert wird.
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Es gibt auch Ausführungen, bei denen die Verschleißnachstellungsanordnung über zusätzliche Sensoren verfügt, welche einen Betriebszustand der Sicherheitsbremse anzeigen, so dass die Verstelleinrichtung nur im gelüfteten Zustand der Bremse betätigbar ist. Solche Sensoren können mechanische Schaltelemente oder auch berührungsfreie Schaltelemente/Sensoren sein, welche den gelüfteten bzw. den geschlossenen Zustand der Bremseinrichtung erfassen und angeben.
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Zurückkehren zu den Figuren zeigt 1 eine Sicherheitsbremse 100, die mit einer erfindungsgemäßen Verschleißnachstellungsanordnung 1 versehen ist. Die Sicherheitsbremse 100 wirkt auf einen als Bremsschreibe bzw. Bremsring 101 ausgebildeten Bremskörper und zwar über Bremselemente 102, die jeweils Bremsbelag 102a und Bremsbelagträger 102b umfassen. Die beiden Bremshälften 103 sind über ein nicht dargestelltes Joch miteinander verbunden und übertragen die auf den Bremskörper 101 wirkende Bremskraft auf einen entsprechenden Ständer, der diese Bremskräfte wiederum auf ein relativ zum Bremskörper 101 feststehendes Bauteil überträgt.
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Die Bremshälften 103 umfassen jeweils einen Bremskopf 104, dessen Aufbau anhand der 2 erklärt wird. Der Bremskopf 104 umfasst einen Zylinder 105, in dessen Inneren ein Hydraulikkolben 106 verläuft, der das eigentliche Wirkelement bildet. Der Zylinder 105 ist mit einem Deckel 107 verschlossen, gegen den sich ein Tellerfederpaket 108 abstützt und auf eine Schulter des Hydraulikkolbens 106 wirkt und entlang der Längsachse 109 eine Druckkraft F auf den Hydraulikkolben 106 bewirkt.
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Im Innern des Hydraulikkolbens 106 ist ein als Gewindespindel 2 ausgebildetes Übertragungselement angeordnet, die Bestandteil der Verschleißnachstellungsanordnung 1 ist. Die Gewindespindel ist an ihrem linken Ende über ein Gewinde 3 mit den Hydraulikkolben 106 gekoppelt und kann durch Verdrehen in diesem entlang der Längsachse 109 verstellt werden. Die Stirnfläche 4 wirkt dabei auf die Bremselemente 102 und überträgt die Stellkraft F auf diese, die wiederum am Bremskörper 101 angreifen und dieses abbremsen.
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Zum Lösen der Bremse wird über einen Hydraulikanschluss 110 unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit in eine Kammer 111 gepresst, die den Hydraulikkolben 106 gegen die Federkraft F zurückschiebt und dabei die Bremselemente 102 vom Bremskörper 101 lösen.
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Durch Verdrehen der Gewindespindel 2 innerhalb des Hydraulikkolbens 106 kann ein Verschleiß der Bremselemente und des Bremskörpers 101 ausgeglichen werden (Verringerung des Lüftspaltes, der durch Verschleiß vergrößert wurde), indem die Gewindespindel 2 durch Verdrehen im Gewinde 3 in Richtung F linear verstellt wird. Damit wird der Lüftspalt zwischen dem Bremskörper 101 und den Bremselementen 102 entsprechend verringert.
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Zum Verdrehen bzw. Verstellen der Bremsspindel ist eine Verstelleinrichtung 5 vorgesehen, die einen Stellmotor 6 und ein Getriebebauteil 7 umfasst, das wiederum auf die Gewindespindel 2 wirkt. Der Aufbau ist der 4 entnehmbar.
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Der Stellmotor 6 wirkt auf eine Schneckengetriebe 7. Das Schneckenrad 8 treibt dabei ein Ritzel 9 an, das wiederum über eine Stellanordnung 10 mit der Gewindespindel 2 gekoppelt ist. Eine Drehung des Ritzels 9 verdreht damit die Gewindespindel 2 in ihrem Gewinde 3 und verursacht so eine entsprechende Axialbewegung in Pfeilrichtung F. Dabei ist die Stelleinrichtung 10 über zwei Zapfen 11 (vgl. auch 2) drehfest an die Spindel gekoppelt. Die Zapfen 11 verlaufen dabei in entsprechenden Taschen in der Spindel 2, so dass sie sich bei einer axialen Bewegung relativ darin bewegen können. Damit bleibt die Kopplung bzw. die drehfeste Kopplung zwischen der Verstelleinrichtung 10 über die Zapfen 11 mit der Spindel 2 gewährleistet, auch wenn die Spindel in Pfeilrichtung F verstellt wird.
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Zur Messung des Verstellweges der Bremselemente beim Bremsen oder Lüften ist eine induktiver Wegaufnehmer 12 vorgesehen, der den Abstand beim Schließen/Einfallen der Bremse zu einer in Axialrichtung verstellbaren Fahne 13 misst. Beim Lösen der Bremse wird die Abstandsänderung zwischen dem induktiven Wegaufnehmer 12 und der Stirnfläche der Fahne 13 ebenfalls gemessen.
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Bremsweg und Lüftweg verändern sich bei zunehmender Abnutzung und der Lüftspalt zwischen der Wirkfläche des Bremskörpers 101 und des Bremsbelages 102a vergrößert sich. Diese Differenz wird über den Wegaufnehmer 12 erfasst und als Signal an einer Steuergerät 14 gesendet (vgl. 3). Aus dieser Weginformation/Verschleißweginformation berechnet die Steuerung 14 ein Stellsignal, welches sie an den Stellmotor 6 abgibt, das daraufhin über das Getriebe durch Verdrehen des Ritzels und der Verstelleinrichtung 10 die Spindel entsprechend verstellt, um den festgestellten Verschleißweg auszugleichen und den Lüftspalt wieder auf die gewünschte Ausgangs- bzw. Sollgröße einzustellen.
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Diese Verstellung ist nur bei gelöster/gelüfteter Sicherheitsbremse vorgesehen. Dazu ist ein zusätzlicher Sensor 16 (siehe 3) vorgesehen, der den Betriebszustand (gebremst/gelüftet) erfasst und ebenfalls an die Steuerung 14 überträgt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Verstelleinrichtung 10 nicht gegen die hohen Kräfte des Tellerfederpaketes 108 arbeitet.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die Erfindung betrifft eine Verschleißnachstellungsanordnung (1) für eine Sicherheitsbremse (100) mit einem verstellbaren Wirkelement (106) zum Aufbringen einer Stellkraft auf ein Bremselement (102), mit dem in einem Bremszustand eine Bremskraft auf einen Bremskörper (101) aufbringbar ist, wobei ein auf das Bremselement (102) wirkendes Übertragungselement (2) vorgesehen ist, das in einer Wirkrichtung relativ zum Wirkelement (106) verstellbar und fixierbar ist und über eine Verstelleinrichtung (10) in Wirkrichtung verstellbar ist, so dass ein Verschleiß des Bremselements (102) und/oder des Bremskörpers (101) ausgleichbar ist, wobei eine Sensoreinrichtung (12, 13) zum Erfassen einer Verschleißgröße vorgesehen ist, und eine Steuervorrichtung (14), welche auf die erfasste Verschleißgröße hin ein Stellsignal an die Verstelleinrichtung (10) liefert, welche das Übertragungselement (2) entsprechend der Verschleißgröße um eine Stellgröße relativ zum Wirkelement (106) verstellt und so den Verschleiß ausgleicht.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Sicherheitsbremse
- 101
- Bremskörper (Bremsschreibe, -ring)
- 102
- Bremselement
- 102a
- Bremsbelag
- 102b
- Bremsbelagträger
- 103
- Bremshälfte
- 104
- Bremskopf
- 105
- Zylinder
- 106
- Hydraulikkolben
- 107
- Deckel
- 108
- Tellerfederpaket
- 109
- Längsachse
- 110
- Hydraulikanschluss
- 111
- Kammer
- 1
- Verschleißnachstellungsanordnung
- 2
- Gewindespindel
- 3
- Gewinde
- 4
- Stirnfläche
- 5
- Verstelleinrichtung
- 6
- Stellmotor
- 7
- Schneckengetriebe
- 8
- Schneckenrad
- 9
- Ritzel
- 10
- Verstelleinrichtung
- 11
- Zapfen
- 12
- Induktiver Wegaufnehmer
- 13
- Fahne
- 14
- Steuerung
- 15
- Leitung
- 16
- Sensor
