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Title:
PRESSURE-LIMITING ASSEMBLY FOR USE IN HYDRAULIC OR PNEUMATIC BRAKE SYSTEMS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/016289
Kind Code:
A1
Abstract:
Pressure-limiting assembly for use in a hydraulically or pneumatically operated mechanical brake system which is supplied with pressure for releasing the brake by a pump (1) and is discharged to a tank (2), wherein the pressure-limiting assembly consists of at least one normally open switching valve (60.1, 60.2) and also at least one pressure-maintaining arrangement, which is provided between the switching valve (60.1, 60.2) and the tank (2) and can be adjusted to a defined brake pressure, for rapidly reducing the system pressure to a preset pressure level and then staying at the level for a predetermined period.

Inventors:
AUGUST SERGEJ (DE)
STÄRKLOW SERGEI (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/069228
Publication Date:
January 23, 2020
Filing Date:
July 17, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SIEMAG TECBERG GMBH (DE)
International Classes:
B60T13/68; B60T17/18
Foreign References:
DE102004057739A12006-04-13
DE102007037967A12009-02-12
Attorney, Agent or Firm:
SONNENBERG, Fred (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Druckbegrenzungsbaugruppe zum Einsatz in einem hydraulisch oder pneumatisch betriebenen, maschinellen Bremssystem, welches durch eine Pumpe (1) mit Druck zum Lösen der Bremse versorgt und zu einem Tank (2) hin entlastet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungsbaugruppe aus zumindest einem in stromlosem Zustand geöffneten Schaltventil (60.1, 60.2) sowie zumindest einer zwi- schen Schaltventil (60.1, 60.2) und Tank (2) vorgesehenen, auf einen definierten Bremsdruck einstellbaren, Druckhalteanordnung besteht, zum schnellen Abbau des Systemdrucks auf ein voreingestelltes Druckniveau und anschließendes Halten auf dem Niveau für eine vorgegebene Dauer.

2. Druckbegrenzungsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Druckhalteanordnung aus einem durch die Pumpe (1) druckbeauf- schlagten, proportional einstellbaren und in stromlosem Zustand geschlossenem Ventil (53.1, 53.2, 53.3, 53.4), sowie einem Druckhalteventil (50.1, 50.2, 50.3, 50.4) besteht, dessen Druckhalteniveau über das proportional einstellbare Ventil (53.1, 53.2, 53.3, 53.4) gesteuert ist.

3. Druckbegrenzungsbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhalteanordnung mit einem zwischen Druckhalteventil (50.1, 50.2, 50.3, 50.4) und proportional einstellbarem Ventil (53.1, 53.2, 53.3, 53.4) angeordneten Druck speicher (51.1, 51.2, 51.3, 51.4) sowie einem Drucksensor (52.1, 52.2, 52.3, 52.4) zur Steuerung des einstellbaren Ventils (53.1, 53.2, 53.3, 53.4) versehen ist.

4. Druckbegrenzungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Druckhalteanordnungen vorgesehen ist.

5. Druckbegrenzungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von in stromlosem Zustand geöffneten Schalt ventilen (60.1, 60.2) vorgesehen sind.

6. Verfahren zur Druckbegrenzung in einem hydraulisch oder pneumatisch betriebenen maschinellen Bremssystem, welches durch eine Pumpe (1) mit Druck zum Lösen der Bremse versorgt und zum Abbremsen zu einem Tank (2) hin entlastet wird, so dass, wenn die Druckversorgung ausfällt, das System automatisch abbremst, mit den Schritten a. Vorsehen einer Druckbegrenzungsbaugruppe aus zumindest einem in strom losem Zustand geöffneten Schaltventil (60.1, 60.2) sowie zumindest einer zwischen Schaltventil (60.1, 60.2) und Tank (2) angeordneten, auf einen de finierten Bremsdruck einstellbaren, Druckhalteanordnung, mit einem durch die Pumpe (1) druckbeaufschlagten, proportional einstellbaren und in strom losem Zustand geschlossenem Ventil (53.1, 53.2, 53.3, 53.4) sowie einem Druckhalteventil (50.1, 50.2, 50.3, 50.4), dessen Druckhalteniveau über das proportional einstellbare Ventil (53.1, 53.2, 53.3, 53.4) gesteuert ist;

b. Ansteuerung der Schaltventile (60.1, 60.2) im Normalbetrieb zur Sperrung des Weges zu der zumindest einen Druckbegrenzungsanordnung (50 bis 53), c. Druckaufbau durch die Pumpe (1) und lüften der Bremselemente (11) zum Lösen der Bremse (11, 12);

d. kontinuierliche, betriebsbedingte Regelung des Drucks in der zumindest ei ner Druckbegrenzungsbaugruppe über das proportional einstellbare Ventil (53.1, 53.2, 53.3, 53.4);

e. im Falle einer Notbremsung oder eines Stromausfalles, Spannungslosschal ten und daraus folgendes Öffnen der Schaltventile (60.1; 60.2) bei gleichzei tigem Spannungslosschalten und daraus folgendem Schließen des proportio nal einstellbaren Ventils (53.1, 53.2, 53.3, 53.4), so dass der eingestellte Druck in der Druckbegrenzungsbaugruppe mittels des Druckhalteventils (50.1, 50.2, 50.3, 50.4) gehalten wird.

7. Verfahren zur Druckbegrenzung in einem hydraulisch oder pneumatisch betrieben maschinellen Bremssystemen nach Anspruch 6, wobei zwischen dem proportional einstellbaren Ventil (53.1, 53.2, 53.3, 53.4) und dem Druckhalteventil (50.1, 50.2, 50.3, 50.4) Speicher (51.1, 51.2, 51.3, 51.4) zum Ausgleich von Leckagen vorgesehen sind, welche die Regelbewegung des Druckhalteventils (50.1, 50.2, 50.3, 50.4) ermöglichen.

8. Verfahren zur Druckbegrenzung in einem hydraulisch oder pneumatisch betrieben maschinellen Bremssystemen nach Anspruch 6 oder 7, wobei der eingestellte Druck in der Druckhalteanordnung über einen Drucksensor (52.1, 52.2, 52.3, 52.4) ermittelt und überwacht wird, wobei der ermittelte Druck die Grundlage für die Regelung des proportional einstellbaren Ventil (53.1, 53.2, 53.3, 53.4) bildet.

Description:
Beschreibung

Titel: _ Druckbegrenzungsbaugruppe zum Einsatz in hydraulischen oder pneu- matischen Bremssystemen

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Druckbegrenzungsbaugruppe zum Einsatz in hydraulischen oder pneumatischen Bremssystemen von Schachtförderanlagen, wie durch den Oberbegriff des unabhängigen Anspruches 1 beschrieben.

[0002] In modernen Schachtförderanlagen, mit denen Teufen von teilweise über tausend Metern erreicht werden, spielt die korrekte und in jeder Situation verlässliche Funktion der Bremsen der Schachtförderanlage eine maßgebende und zentrale Rolle.

[0003] Mit der stetig wachsenden Komplexität elektronischer Komponenten in Bremssys- temen steigt auch die Möglichkeit von Fehlfunktionen. Ist eine sicherheitsrelevante Kompo- nente von einer solchen Fehlfunktion betroffen, können im schlimmsten Fall Menschen zu Schaden kommen. Würde z. B. ein Steuergerät eines hydraulischen oder pneumatischen Bremssystems im Förderbetrieb der Schachtförderanlage unerwartet eine Vollbremsung aus- lösen, könnte dies zu erheblichen Schäden am Material, wie auch zu Verletzungen von Men schen, Tieren oder Umweltschäden führen.

[0004] Um das Risiko von Gefahr bringenden Fehlfünktionen von sicherheitsrelevanten elektrischen, elektronischen oder programmierbar elektronischen (E/E/PE) Systemen zu mi nimieren, sollten diese unter Berücksichtigung einschlägiger Normen entwickelt werden.

[0005] Funktionale Sicherheit bezeichnet den Teil der Sicherheit eines Systems, wie z.B. des Bremssystems einer Schachtförderanlage, der von der korrekten Funktion des sicher heitsbezogenen Systems und anderer risikomindemder Maßnahmen abhängt. Es steht also die Funktion im Fokus, daher der Begriff„funktionale Sicherheit“. Dabei ist nachzuweisen, dass die E/E/PE - Systeme, hier die Bremsensteuerung, trotz steigender Komplexität sicher und zuverlässig die geforderte Funktionalität liefern.

[0006] Bedingt durch die weltweit immer wichtiger werdenden Anforderungen an die funktionale Sicherheit bei Maschinen und Anlagen, insbesondere auch bei Schachtförderan lagen, ist es erforderlich, technische Fösungen vorzuhalten, die Fücken bei der durch die Hersteller der Einzelkomponenten durchgeführten Standardbewertungen für die vorhandene funktionale Sicherheit erfüllen und eine zuverlässige Bewertung der Ausfallwahrscheinlich keiten zulassen und so gefährliche Bremsungen vermeiden.

[0007] Bekannte Typen von Ventilen in hydraulischen oder pneumatischen Bremssys- temen sind mechanisch fest einstellbare Druckbegrenzungsventile, proportional einstellbare Druckbegrenzungsventile oder auch proportional einstellbare Druckbegrenzungsventile mit Motorverstellung.

[0008] Diese Ventile haben unterschiedliche Nachteile. So können mechanische Druckbegrenzungsventile während des Betriebs nicht bedarfsgerecht verstellt werden. Pro- portional-Druckbegrenzungsventile fallen bei Abschalten der Stromversorgung entweder auf die minimale oder maximale Druckeinstellung ab, was in beiden Fällen zu katastropha len Folgen für die Förderanlage bzw. die Menschen darin führen kann. Proportional-Druck- begrenzungsventile mit Motorverstellung schließlich haben unzureichende Werte für die Ausfallwahrscheinlichkeit (MTTFd nach ISO 13849).

[0009] Die Bewertungen von marktüblichen Komponenten, insbesondere von propor tional einstellbaren Ventilen, d.h. von kontinuierlich verstellbaren Ventilen, die den Aus gangsdruck in Abhängigkeit von elektrischen Strom begrenzen, basiert in der Regel nur auf den jeweiligen Endwerten, d.h. dem Minimalwert bzw. Maximalwert, die den Zustand nach Abschalten der Spannungsversorgung darstellen, nicht jedoch den dazwischenliegenden Re gelbereich, der aber für eine gesteuerte Abbremsung einer Förderanlage im Falle z. B. eines Stromausfalls von großer Bedeutung ist.

[0010] Ein weiterer Nachteil bisher bekannter Systeme mit fest einstellbaren Druck ventilen liegt in der Notwendigkeit, für jedes einzustellende Druckniveau mehrere Ventile mit unterschiedlich voreingestellten Druckwerten einzusetzen, welche durch eine Steuerung immer auf den benötigten Wert vorgewählt werden.

[0011] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Druckbegrenzungs baugruppe für den Einsatz in Bremssystemen vorzusehen, insbesondere solcher, die in Schachtförderanlagen, Abteufanlagen oder Not- bzw. Hilfsfahranlagen zum Einsatz kom men, die den Systemdruck im Bremssystem im Fehlerfall oder bei Anforderung auch im Falle eines Stromausfalles auf ein voreingestelltes Druckniveau, d.h. den Bremsdruck, schnell abbauen kann und anschließend diesen auf dem erreichten Niveau für eine vorgege- bene Dauer, d.h. die Bremszeit, halten kann, um z.B. eine katastrophale Vollbremsung oder aber auch ein Abstürzen des Fördermittels zu verhindern.

[0012] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst, wobei zweckmäßige Ausführungsformen durch die Merkmale der Unteransprüche beschrieben sind.

[0013] Vorgesehen ist dabei eine Druckbegrenzungsbaugruppe zum Einsatz in maschi nellen Bremssystemen, welche derart ausgestaltet ist, dass sie den Systemdruck auf ein vor eingestelltes Druckniveau, d.h. den Bremsdruck, schnell abbaut und anschließend diesen auf dem Niveau für eine vorgegebene Dauer, insbesondere die Bremszeit, hält, wobei sich die Druckbegrenzungsbaugruppe dadurch auszeichnet, dass ihr Druckniveau während des Be triebes proportional verstellbar ist und beim Abschalten der Steuerspannung der proportional voreingestellte Druck im System durch die Druckbegrenzungsbaugruppe für eine definierte Bremsdauer gehalten wird, auch bei Abschalten bzw. Spannungsverlust der Ventile.

[0014] In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Druckbegrenzungsbaugruppe eine Steuerung auf, zur freien Anpassung der proportionalen Verstellung des Drucks/Brems drucks mittels der Ventile entsprechend der aktuellen Betriebssituation.

[0015] Die Unterfunktion Druckabbau der Druckbegrenzungsbaugruppe ist vorzugs weise mehrkanalig ausgeführt, wie auch die Unterfunktion Druckhalten, um ein hohes Si cherheitsniveau zu erreichen.

[0016] Eine Druckbegrenzungsbaugruppe nach Maßgabe der Erfindung macht es mög lich, dass die einzelnen Ausfallraten der Komponenten der Druckbegrenzungsbaugruppe, aber auch Ausfallraten für das System, nach dem Stand der Technik ermittelt werden kön nen.

[0017] Die Anwendung kann hydraulisch oder pneumatisch ausgeführt werden.

[0018] Die Anwendung kann in einem Bremssystem für Friktionsfördermaschinen, aber auch in einem Bremssystem für Trommelfördermaschinen erfolgen. [0019] Die Speicherung des Druckes im System kann dabei durch einen Energiespei- cher (pneumatisch, mechanisch oder sonstige energiespeichemde Methoden) erfolgen.

[0020] Im Konkreten ist nach Maßgabe der Erfindung eine Druckbegrenzungsbau- gruppe zum Einsatz in hydraulisch oder pneumatisch betriebenen maschinellen Bremssyste- men vorgesehen, welches durch eine Pumpe mit Druck zum Lösen der Bremse versorgt und zum Abbremsen zu einem Tank hin entlastet wird, wobei die Druckbegrenzungsbaugruppe aus zumindest einem in stromlosem Zustand geöffneten Schaltventil sowie zumindest einer zwischen Schaltventil und Tank vorgesehenen, auf einen definierten Bremsdruck einstellba ren, Druckhalteanordnung besteht, zum schnellen Abbau des Systemdrucks auf ein vorein gestelltes Druckniveau und anschließendes Halten auf dem Niveau für eine vorgegebene Dauer.

[0021] In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die zumindest eine Druckhaltean ordnung aus einem durch die Pumpe druckbeaufschlagten, proportional einstellbaren und in stromlosem Zustand geschlossenem Ventil sowie einem Druckhalteventil, dessen Druckhal- teniveau über das proportional einstellbare Ventil gesteuert ist. Weiterhin kann die Druck halteanordnung mit einem zwischen Druckhalteventil und proportional einstellbarem Ventil angeordneten Druckspeicher, zum Ausgleich von Leckagen, sowie einem Drucksensor zur Steuerung des einstellbaren Ventils versehen sein.

[0022] Die Druckbegrenzungsbaugruppe kann auch derart ausgestaltet sein, dass eine Mehrzahl von Druckhalteanordnungen, weiter bevorzugt vier, vorgesehen sind, die ebenso bevorzugt von einer Mehrzahl, vorzugsweise zwei, von in stromlosem Zustand geöffneten Schaltventilen angesteuert werden.

[0023] Weitere Eigenschaften und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der fol genden, nicht beschränkenden, Beschreibung eines Teilsteuerschemas einer Druckbegren zungsbaugruppe einer Bremse gemäß der Erfindung.

[0024] Die Fig. 1 zeigt dabei zunächst eine vorzugsweise hydraulische Bremse mit ei ner Bremsscheibe 12 und vier Bremskolben 11, die im Normalzustand durch Federn 11 a wie dargestellt gegen die Bremsscheibe 12 gedrückt werden. Um die Bremse zu lösen, werden die Zylinder 11 b pneumatisch oder hydraulisch mit Druck beaufschlagt, so dass die Bremskolben abgehoben werden. Fällt die Druckversorgung aus, bremst das System auto- matisch ab.

[0025] Die Ventile Pos. 50.1 bis 53.1 und 50.3 bis 53.3 (Kanal 1) sowie die Ventile Pos.

50.2 bis 53.2 und 50.4 bis 53.4 (Kanal 2) bilden die Funktion Druckabbau.

[0026] Die Ventile Pos. 50.1 bis 53.1 und 50.2 bis 53.2 (Kanal 1) sowie die Ventile Pos.

50.3 bis 53.3 und 50.4 bis 53.4 (Kanal 2) bilden die Funktion Druckhalten.

[0027] Die proportionale Druckeinstellung erfolgt durch die Ventile 53.1 bis 53.4.

[0028] Dadurch wird ein definierter Druck zwischen den Ventilen 53.1 bis 53.4 und 50.1 bis 50.4, sowie in den Speichern 51.1 bis 51.4 eingestellt und bei Spannungsverlust am Re- gelventil 53.1 bis 53.4 oder weitere Sperrventile (nicht dargestellt) gehalten.

[0029] Die Speicher 51.1 bis 51.4 dienen zum Ausgleich von Leckagen und ermöglichen die Regelbewegung der Ventile Pos. 50.1 bis 50.4.

[0030] Der eingestellte Druck wird über die Drucksensoren 52.1 bis 52.4 ermittelt und überwacht, welche der Steuerung der Regelventile 53.1 bis 53.4 dienen.

[0031] Im Betrieb wird das System durch die Pumpe 1 mit Druck versorgt und zum Tank 2 hin entlastet. Eine Rückschlagventileinheit 3 verhindert dabei den Druckabbau Richtung Pumpe.

[0032] Durch die Schaltventile 60.1 und 60.2 wird die Schaltung zum Druckabbau mit anschließendem Druckhalten aktiviert.

[0033] Die Schaltventile Pos. 60.1 und 60.2 werden im Normalbetrieb angesteuert und sperren den Weg zu den Druckbegrenzungsbaugruppen 50 bis 53. Die Pumpe 1 baut Druck auf und lüftet die Bremselemente 11, so dass sich die Bremsscheibe 12 drehen kann. [0034] Der Druck der Druckbegrenzungsbaugruppe wird dabei über die Ventile 50.X bis 53.X kontinuierlich und betriebsbedingt geregelt. Wird nun eine Notbremsung angefordert oder fällt der Strom aus, werden die Schaltventile 60.1 und 60.2 spannungslos geschaltet und so geöffnet. Gleichzeitig werden die Ventile 53.X spannungslos geschaltet und somit geschlossen, so dass der eingestellte Druck in der Druckbegrenzungsbaugruppe gehalten wird.