DE102005054101B3

DE102005054101B3 - Abwärtsfördernde Förderanlage

Info

Publication number: DE102005054101B3
Application number: DE102005054101A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Schust
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 2005-11-12
Filing date: 2005-11-12
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2025-11-13
Also published as: WO2007054184A1; US7731019B2; AU2006312775B2; RU2008123824A; AU2006312775A1; ZA200803255B; CN101305195A; CN101305195B; US20080283367A1; RU2416045C2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine abwärtsfördernde Förderanlage, insbesondere Gurtförderanlage DOLLAR A - mit einem umlaufenden bahnförmigen, kettenförmigen oder kreisförmigen Fördermittel zur Aufnahme von Fördergut und Transport des Förderguts entlang eines Förderweges von einem geodätisch höheren zu einem geodätisch niedrigeren Ort; DOLLAR A - mit einem motorischen Antrieb, der das Fördermittel in Umlauf versetzt; DOLLAR A - mit einer hydrodynamischen Kupplung, umfassend ein antriebsseitiges Pumpenrad und ein abtriebsseitiges Turbinenrad, welche miteinander einen mit Arbeitsmedium befüllten oder befüllbaren torusförmigen Arbeitsraum ausbilden; DOLLAR A - das Pumpenrad und das Turbinenrad weisen jeweils eine Beschaufelung mit einer Vielzahl von Schaufeln auf, die derart gegenüberstehend zueinander angeordnet sind, dass die Schaufeln des Pumpenrades mit den Schaufeln des Turbinenrades fluchten. DOLLAR A Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass DOLLAR A - die Schaufeln des Pumpenrades in einem Schnitt in Umfangsrichtung durch den Arbeitsraum gesehen, in Richtung vom Laufradboden zur Schaufelspitze entgegen der Antriebsdrehrichtung des Pumpenrades schräg gestellt sind, und die Schaufeln des Turbinenrades in Richtung vom Laufradboden zur Schaufelspitze in der Antriebsdrehrichtung des Turbinenrades schräg gestellt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine abwärtsfördernde Förderanlage, insbesondere eine Gurtförderanlage, mittels welcher Fördergut von einem geodätisch höheren Ort zu einem geodätisch niedrigeren Ort gefördert wird.

Abwärtsfördernde Förderanlagen, bei welchen ein umlaufendes bahnförmiges, kettenförmiges oder kreisförmiges Fördermittel zur Aufnahme und zum Transport des Fördergutes dient, um das Fördergut eine Steigung hinabzufördern, sind seit langem bekannt. Beispielsweise kommen solche Gurtförderanlagen beziehungsweise Förderbänder im Bergbau unter Tage zum Einsatz.

Der Lastzustand solcher Förderanlagen ändert sich in Abhängigkeit ihres Beladungszustandes, das heißt wenn das in der Regel gurtförmige oder bandförmige Fördermittel mit Fördergut beladen ist, so bewirkt die Gewichtskraft einen generatorischen Betriebszustand, in welchem die Gewichtskraft des Fördermittels zusammen mit der Beladung ausreicht, um das Fördermittel in Umlauf zu versetzen. In diesem generatorischen Betriebszustand läuft die Förderanlage daher selbständig an, und ein zusätzlich vom vorgesehenen Antrieb eingebrachtes Beschleunigungsmoment ist als ungünstig anzusehen, da eine entsprechend dimensionierte zusätzliche Bremsvorrichtung vorgesehen werden muss, um Übergeschwindigkeiten des Fördermittels zu vermeiden, welche auch das vom Antrieb eingebrachte Beschleunigungsmoment „abbremsen" muss.

Ist hingegen das Fördermittel nicht oder im wesentlichen nicht oder nur teilweise beladen (zum Beispiel nur oder vorwiegend auf aufwärtsfördernden Teilstrecken), so ist zum Antrieb des Fördermittels das Beschleunigungsmoment von dem motorischen Antrieb zwingend notwendig, da anderenfalls das Fördermittel zumindest nicht anläuft beziehungsweise nicht selbständig weiter umläuft.

Es ist ferner bekannt, im Antriebsstrang solcher Förderanlagen eine hydrodynamische Kupplung mit einem Pumpenrad und einem Turbinenrad, die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum ausbilden, vorzusehen, um das Anfahren der Förderanlage zumindest im motorischen Betriebszustand möglichst verschleißfrei zu ermöglichen.

Die Schaufeln der Schaufelräder, das heißt des Pumpenrads und des Turbinenrads, solcher hydrodynamischen Kupplungen fluchten in der Regel miteinander und sind in einem Axialschnitt durch die hydrodynamische Kupplung gesehen senkrecht auf dem Laufradboden beziehungsweise in Richtung der Drehachse der hydrodynamischen Kupplung ausgerichtet.

Auf anderen Gebieten der Technik, in welchen hydrodynamische Kupplungen zum Einsatz kommen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, ist es bekannt, die Schaufeln von Pumpenrad und Turbinenrad – in Umfangsrichtung durch den Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung gesehen – schräg zu stellen, so dass sie bei einer ersten Drehrichtung fliehend zueinander und bei einer zweiten, gegenüber der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung, spießend zueinander angeordnet sind. Durch diese Schrägstellung wird erreicht, dass die hydrodynamische Kupplung in ihren beiden Drehrichtungen ein voneinander abweichendes maximal übertragbares Drehmoment aufweist. In der ersten Drehrichtung, in welcher die Schaufeln von Pumpenrad und Turbinenrad spießend zueinander angeordnet sind, ist das maximal übertragbare Drehmoment größer als in der zweiten entgegengesetzten Drehrichtung, in welcher die Schaufeln von Pumpenrad und Turbinenrad fliehend zueinander angeordnet sind. Dies kann beispielsweise dabei helfen, in einem Lastbetrieb, bei welchem Antriebsleistung beziehungsweise Drehmoment vom Pumpenrad auf das Turbinenrad übertragen wird, das maximal übertragbare Drehmoment und damit die maximal übertragbare Leistung im Vergleich zu einer geraden beschaufelten hydrodynamischen Kupplung zu vergrößern, wohingegen im Schubbetrieb, das heißt in Betriebszuständen, bei welchen das Turbinenrad schneller als das Pumpenrad umläuft, ein unerwünschtes Abbremsen des Turbinenrades durch Übertragung von Drehleistung beziehungsweise Drehmoment vom Turbinenrad auf das Pumpenrad vermindert wird. Die hydrodynamische Kupplung wird daher derart ausgelegt, dass die Schaufeln in dem erstgenannten Betriebszustand „Lastbetrieb" spießend zueinander angeordnet sind, wohingegen sie im zweitgenannten Betriebszustand „Schubbetrieb" fliehend zueinander angeordnet sind.

Der Einsatz einer auf anderen Gebieten der Technik bekannten schräg beschaufelten hydrodynamischen Kupplung bei den oben beschriebenen Förderanlagen würde somit dazu führen, dass zwar im motorischen Betriebszustand ein besonders hohes Drehmoment vom Antrieb auf das Fördermittel übertragen werden kann, ohne jedoch das oben beschriebene Problem im generatorischen Betriebszustand zu lösen.

Zum druckschriftlichen Stand der Technik wird auf die folgenden Dokumente verwiesen:

Allen Druckschriften ist gemein, dass sie eine Schrägstellung der Beschaufelung des Pumpenrads einer hydrodynamischen Kupplung in die Antriebsdrehrichtung zeigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine abwärtsfördernde Förderanlage anzugeben, bei welcher im oben beschriebenen generatorischen Betriebszustand ein unerwünschtes vom Antrieb auf das Fördermittel übertragenes Beschleunigungsmoment möglichst gering ist.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Förderanlage mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.

Gemäß der erfindungsgemäßen abwärtsfördernden Förderanlage, welche insbesondere als Gurtförderanlage mit einem umlaufenden Gurt oder Förderband ausgeführt ist, ist in dem Antriebsstrang zwischen dem motorischen Antrieb und dem Fördermittel, das mit dem Fördergut beladen wird, eine schrägbeschaufelte hydrodynamische Kupplung vorgesehen. Somit wird ein wenigstens nahezu verschleißfreier Antrieb beziehungsweise ein verschleißfreies Anfahren der Förderanlage ermöglicht. Die hydrodynamische Kupplung umfasst, wie bekannt, ein Pumpenrad und ein Turbinenrad, welche miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum ausbilden, der zur Drehmoment- beziehungsweise Drehleistungsübertragung mit einem Arbeitsmedium befüllt beziehungsweise befüllbar ist. Insbesondere kommt eine ständig mit Arbeitsmedium befüllte hydrodynamische Kupplung in Betracht (eine sogenannte Konstantkupplung), vorteilhaft eine solche, bei der sich ständig eine vorbestimmte maximale Menge von Arbeitsmedium im Arbeitsraum befindet. Es kann jedoch auch eine hydrodynamische Kupplung vorgesehen sein, welche neben dem Arbeitsraum einen zusätzlichen Vorratsraum zur Aufnahme von Arbeitsmedium umfasst, so dass der Füllungsgrad des Arbeitsraums durch Leiten von Arbeitsmedium aus dem Vorratsraum in den Arbeitsraum oder aus dem Arbeitsraum in Vorratsraum variiert werden kann. Schließlich kommen hydrodynamische Kupplungen mit einem externen Arbeitsmediumkreislauf zum Befüllen und Entleeren des Arbeitsraums in Betracht.

Das Pumpenrad der hydrodynamischen Kupplung steht in einer Triebverbindung (Antriebsverbindung) mit dem motorischen Antrieb, und das Turbinenrad der hydrodynamischen Kupplung steht in einer Triebverbindung (Abtriebsverbindung) mit dem Fördermittel.

Im Unterschied zu den oben beschriebenen schrägbeschaufelten hydrodynamischen Kupplungen ist die Schrägstellung erfindungsgemäß derart ausgeführt, dass in dem Betriebszustand, in welchem das Pumpenrad schneller als das Turbinenrad umläuft, die Schaufeln von Pumpenrad und Turbinenrad fliehend zueinander angeordnet sind, wohingegen in dem Betriebszustand, in welchem das Turbinenrad schneller als das Pumpenrad umläuft, die Schaufeln von Pumpenrad und Turbinenrad spießend zueinander angeordnet sind. Dies hat zwar zur Folge, dass das maximal vom motorischen Antrieb auf das Fördermittel übertragbare Drehmoment gegenüber einer geradebeschaufelten hydrodynamischen Kupplung, wie sie bisher in abwärtsfördernden Förderanlagen zum Einsatz kam, und erst recht gegenüber einer entgegengesetzt schrägbeschaufelten hydrodynamischen Kupplung vermindert ist. Gleichzeitig ermöglicht diese „verkehrtherum" ausgeführte schräggestellte Beschaufelung jedoch die Übertragung eines höheren Bremsmomentes vom Turbinenrad auf das Pumpenrad im sogenannten generatorischen Betriebszustand, das heißt in jenem Betriebszustand, in welchem das Turbinenrad aufgrund des Beladungszustandes des Fördermittels schneller als das Pumpenrad umläuft, und vermeidet zudem die Übertragung eines unerwünscht großen Drehmomentes im generatorischen Betriebszustand vom Pumpenrad auf das Turbinenrad. Man könnte auch davon sprechen, dass in dem Moment, in welchem die Förderanlage vom motorischen in den generatorischen Betriebszustand wechselt und das Turbinenrad das Pumpenrad überholt, die Kupplungscharakteristik „scharf" wird.

Auch wenn im motorischen Betriebszustand das Übertragungsverhalten der hydrodynamischen Kupplung hinsichtlich ihres Wirkungsgrades ungünstig ist, so ist durch die gewählte, vorteilhaft nur leichte Schrägstellung der Schaufeln beispielsweise im Bereich von 1°–10° gegenüber der Drehachse der hydrodynamischen Kupplung, vorzugsweise im Bereich von 1°–5° oder von 1°–3°, die Beschleunigungsunterstützung des Fördermittels durch den motorischen Antrieb ausreichend, um das leere beziehungsweise weitgehend leere oder teilgefüllte Fördermittel zu beschleunigen. Es sind auch andere Schrägstellungswinkel möglich, beispielsweise von bis zu 30°, 35° oder 40° beziehungsweise 45°.

In dem Moment, in welchem das Fördermittel, insbesondere der Fördergurt oder das Förderband, den Antrieb „überholt", das heißt das Turbinenrad schneller als das Pumpenrad umläuft, fängt die hydrodynamische Kupplung diese unerwünschte Beschleunigung durch ihre Drehmomentüberhöhung ab.

Insbesondere wenn der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung durch Einleiten und Ablassen von Arbeitsmedium mehr oder minder gefüllt werden kann, wird durch die beschriebene Schrägstellung erreicht, dass zumindest mit einer relativ hohen Füllung, insbesondere Vollfüllung, des Arbeitsraums das vom Pumpenrad auf das Turbinenrad übertragene Drehmoment ausreichend ist, um das Fördermittel mittels des motorischen Antriebs anzufahren. Im generatorischen Betriebszustand hingegen wirkt die hydrodynamische Kupplung äußerst „steif" und schützt auch schon bei einer geringen Füllung des Arbeitsraums das Fördermittel vor einer Übergeschwindigkeit.

Unter abwärtsfördernder Förderanlage im Sinne der vorliegenden Erfindung werden nicht nur Förderanlagen verstanden, die über ihrem gesamten Förderweg stets, insbesondere stetig im mathematischen Sinne, abwärts fördern, sondern auch solche, die Teilstrecken aufweisen, in welchen sie aufwärts fördern. Der Endpunkt der Förderanlage liegt jedoch auf einem geodätisch niedrigeren Ort als der Startpunkt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und den Figuren exemplarisch erläutert werden.
Es zeigen:
1 ein Beispiel für eine Kupplungscharakteristik einer erfindungsgemäß ausgeführten hydrodynamischen Kupplung in einer Förderanlage im Vergleich zu der Kupplungscharakteristik einer geradebeschaufelten hydrodynamischen Kupplung in einer solchen Förderanlage;
2 eine schematische Darstellung der Schrägstellung der Schaufeln von Pumpenrad und Turbinenrad.
In der 1 erkennt man in einer ausgezogenen Linie die asymmetrische Kennlinie der hydrodynamischen Kupplung in der erfindungsgemäß ausgeführten Förderanlage und zum Vergleich hierzu in einer gestrichelten Linie den linken Teil einer symmetrischen Kupplungskennlinie bei einer geradebeschaufelten hydrodynamischen Kupplung. Die Kennlinie der erfindungsgemäß in der Förderanlage vorgesehenen schrägbeschaufelten hydrodynamischen Kupplung ist im Bereich von +100 % Schlupf, das heißt einem Zustand, in welchem das Pumpenrad mit maximaler Geschwindigkeit umläuft und das Turbinenrad steht, bis –100 % Schlupf, das heißt einem Zustand, in welchem das Pumpenrad steht und das Turbinenrad mit maximaler Geschwindigkeit umläuft, dargestellt.
Die waagerechten Linien M und G bezeichnen das vom motorischen Antrieb aufzubringende Drehmoment, um das leere Fördermittel anzufahren (Linie M) und das maximale durch das maximal mit Fördergut beladene Fördermittel aufgebrachte Beschleunigungsmoment im generatorischen Betriebszustand (Linie G).
Die Schraffur kennzeichnet das kombinierte maximale Beschleunigungsmoment, das sich durch das Beschleunigungsmoment des sich selbst antreibenden, maximal beladenen Fördermittels zusammen mit dem zusätzlichen von der hydrodynamischen Kupplung vom motorischen Antrieb übertragenen Beschleunigungsmoment ergibt. Wie man durch Vergleich der gestrichelten mit der ausgezogenen Schraffur erkennt, ist das maximale Beschleunigungsmoment, mit welchem das Fördermittel aufgrund der Gewichtskraft und durch den Antrieb über die hydrodynamische Kupplung angetrieben wird, bei einer geradebeschaufelten hydrodynamischen Kupplung wesentlich größer als bei der erfindungsgemäß vorgesehenen schrägbeschaufelten hydrodynamischen Kupplung.
In der 2 erkennt man schematisch den motorischen Antrieb 2, der in einer Triebverbindung mit dem Pumpenrad 3.1 einer hydrodynamischen Kupplung steht. Das Turbinenrad 3.2 steht in einer Triebverbindung mit dem Fördermittel 1, beispielsweise einem Antriebsrad eines Fördergurtes beziehungsweise Förderbandes.
Das Pumpenrad 3.1 und das Turbinenrad 3.2 weisen jeweils eine Vielzahl von Schaufeln 4 auf, welche in der 2 in einem abgewickelten Schnitt in Umfangsrichtung durch den Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung dargestellt sind. Wie man sieht, sind die Schaufeln 4 gegenüber einer Senkrechten auf dem Laufradboden 3.3 beziehungsweise der Drehachse der hydrodynamischen Kupplung geneigt. Die Neigung ist derart ausgeführt, dass die Schaufeln von Pumpenrad 3.1 und Turbinenrad 3.2 im motorischen Betriebszustand, das heißt in dem Betriebszustand, in welchem das Pumpenrad 3.1 schneller als das Turbinenrad 3.2 umläuft, fliehend ist, wohingegen die Schaufeln 4 von Pumpenrad 3.1 und Turbinenrad 3.2 spießend zueinander angeordnet sind, wenn sich das Turbinenrad 3.2 schneller dreht als das Pumpenrad 3.1, das heißt in einem generatorischen Betriebszustand. Dementsprechend sind die Schaufeln des Pumpenrades 3.1 in dem gezeigten Schnitt in Richtung vom Laufradboden 3.3 zur Schaufelspitze 3.4 entgegen der Antriebsdrehrichtung des Pumpenrades 3.1 (siehe den Pfeil rechts neben dem Pumpenrad) geneigt, und die Schaufeln des Turbinenrades 3.2 sind vom Laufradboden 3.3 zur Schaufelspitze 3.4 in Antriebsdrehrichtung des Turbinenrades 3.2 (siehe den Pfeil links neben dem Turbinenrad 3.2) geneigt.

Claims

Abwärtsfördernde Förderanlage, insbesondere Gurtförderanlage, 1.1 mit einem umlaufenden bahnförmigen, kettenförmigen oder kreisförmigen Fördermittel (1) zur Aufnahme von Fördergut und Transport des Förderguts entlang eines Förderweges von einem geodätisch höheren zu einem geodätisch niedrigeren Ort; 1.2 mit einem motorischen Antrieb (2), der das Fördermittel (1) in Umlauf versetzt; 1.3 mit einer hydrodynamischen Kupplung (3), umfassend ein antriebsseitiges Pumpenrad (3.1) und ein abtriebsseitiges Turbinenrad (3.2), welche miteinander einen mit Arbeitsmedium befüllten oder befüllbaren torusförmigen Arbeitsraum (3) ausbilden; 1.4 das Pumpenrad (3.1) und das Turbinenrad (3.2) weisen jeweils eine Beschaufelung mit einer Vielzahl von Schaufeln (4) auf, die derart gegenüberstehend zueinander angeordnet sind, dass die Schaufeln (4) des Pumpenrades (3.1) mit den Schaufeln (4) des Turbinenrades (3.2) fluchten; dadurch gekennzeichnet, dass 1.5 die Schaufeln (4) des Pumpenrades (3.1) in einem Schnitt in Umfangsrichtung durch den Arbeitsraum gesehen, in Richtung vom Laufradboden (3.3) zur Schaufelspitze (3.4) entgegen der Antriebsdrehrichtung des Pumpenrades (3.1) schräg gestellt sind, und die Schaufeln (4) des Turbinenrades (3.2) in Richtung vom Laufradboden (3.3) zur Schaufelspitze (3.4) in der Antriebsdrehrichtung des Turbinenrades (3.2) schräg gestellt sind.
Förderanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderanlage einen ersten generatorischen Betriebszustand mit einem durch Fördergut beladenen Fördermittel (1) aufweist, in welchem das Turbinenrad (3.2) durch einen gewichtskraftbedingten Selbstantrieb des Fördermittels (1) aufgrund seiner Masse und der Masse des darauf geladenen Förderguts schneller umläuft als das Pumpenrad (3.1), und einen zweiten motorischen Betriebszustand mit von Fördergut entladenem oder weitgehend entladenem Fördermittel (1), in welchem das Pumpenrad (3.1) aufgrund des Antriebs durch den motorischen Antrieb (2) schneller umläuft als das Turbinenrad (3.2).
Förderanlage gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderanlage eine Gurtförderanlage ist, und das Fördermittel (1) ein umlaufender Gurt beziehungsweise ein Förderband ist.
Förderanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schnitt in Umfangsrichtung durch den Arbeitsraum gesehen, die Schrägstellung der Schaufeln (4) gegenüber der Drehachse der hydrodynamischen Kupplung (3) im Bereich von 1–45°, 1–30° oder 1–10° liegt, insbesondere im Bereich von 1–5° oder 1–3°.