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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kettenkupplung für einen Kettenantrieb im Untertagebau nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (vgl.
GB 938,268 ).
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Kettenantriebe sind im Untertagebau grundsätzlich bekannt und dienen beispielsweise dazu, Abbaugeräte wie Hobel oder Walzen, oder auch Förderer, Untertage anzutreiben. Als Antriebsanlagen für beispielsweise Hobel werden Antriebe mit frequenzgeregeltem Motor und hoher Leistung eingesetzt, wobei ein Lastausgleich und ein sanfter Anlauf durch den Motor übernommen werden kann. Allerdings muss die Kette, mit der das Abbaugerät hin- und her bewegt wird, vor dynamischer Überlast geschützt werden. Diese Überlast entsteht durch die in Motor, Getriebe, Kupplung, Kettenstern und Kette gespeicherte kinetische Energie.
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Eine in der Praxis verwendete Kette kann dynamische Kräfte von mehr als 1000 kN standhalten, wobei der Antriebsmotor jedoch dauerhaft keine 250 kN an die Kette übertragen kann. Im Überlastfall wird eine Kraft von maximal etwa 500 kN übertragen. Dennoch kommt es in der Praxis vor, dass die Kette im Überlastfall reißt, was an der in Kette, Getriebe und Motor gespeicherten kinetischen Energie liegt. Wird das Abbaugerät durch eine unerwartete Überlast angehalten, so erhöht sich die Kraft in der Kette durch die träge Masse, bis die Kette unter Umständen bricht.
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Zur Lösung dieses Problems ist es im Stand der Technik bekannt, zwischen Getriebe und Kettenstern eine Kupplung anzuordnen. Diese Kupplung ist aber normalerweise fest eingestellt, d. h. sie kann während der Fahrt des Abbaugeräts nicht verändert werden oder aber die Kupplung ist so ausgelegt, dass sie kontinuierlich mit Schlupf betrieben und mit hoher Geschwindigkeit kontinuierlich geregelt wird. Ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt sind Stoßdämpfer oder kraftbegrenzende Kettenglieder am Abbaugerät. Derartige Elemente bieten einen nicht ausreichenden Schutz, da derartige Elemente eine Kraft ausüben müssen, die durch die Kette übertragen wird. Der Hub eines Stoßdämpfers ist oft nicht ausreichend. Kraftbegrenzende Kettenglieder müssen im Überlastfall häufig repariert werden.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Kettenkupplung für einen Kettenantrieb im Untertagebau zu schaffen, mit der auf kostengünstige, einfache und zuverlässige Art und Weise einem Kettenriss im Überlastfall entgegengewirkt werden kann.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Kettenkupplung für einen Kettenantrieb im Untertagebau mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Eine solche Kettenkupplung kann mit ihrem Kupplungsgehäuse an dem Abbaugerät, beispielsweise einem Hobel, befestigt werden, wobei die Antriebskette durch den Kettentunnel hindurchgeführt werden kann. Mit Hilfe der in den Kettentunnel hydraulisch einfahrbaren Riegel kann dann eine reibschlüssige und/oder formschlüssige Kopplung zwischen dem Abbaugerät und der Kette vorgenommen werden, so dass das Abbaugerät mit der angetriebenen Kette fest gekoppelt ist. Da die Riegel jedoch in den Kettentunnel hydraulisch einfahrbar sind, lässt sich der Druck auf die Riegel so wählen bzw. einstellen, dass diese bei zu hohen Relativkräften zwischen Abbaugerät und angetriebener Kette gegen den anstehenden Hydraulikdruck aus dem Kettentunnel zurückgedrückt werden. Mit anderen Worten sind die Riegel reversibel in den Kettentunnel einfahrbar und ausfahrbar, wobei das Einfahren der Riegel in den Kettentunnel durch einen Hydraulikdruck bewerkstelligt wird und das Ausfahren der Riegel aus dem Kettentunnel selbsttätig bei Erreichen einer vorbestimmten Kraft zwischen Kette und Abbaugerät erfolgt.
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Da die Riegel über jeweils ein einstellbares Druckhalteventil mit Druck beaufschlagbar sind, kann die Haltekraft jedes Riegels dadurch einzeln und so eingestellt werden, dass die gewünschte Haltekraft erreicht wird.
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Ein Hydrauliksystem zum Einfahren der Riegel in den Kettentunnel kann sehr einfach gestaltet werden, wobei sämtliche Bauteile des Hydrauliksystems an, im oder im Bereich des Kupplungsgehäuses angeordnet werden können und somit zusammen mit dem Abbaugerät verfahren werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.
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Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform kann zum Antrieb der Riegel ein Hydraulikspeicher vorgesehen sein, der mit den Riegeln über ein Leitungssystem in Verbindung steht, das insbesondere ein geschlossenes System bildet. Hierdurch ist mit sehr einfachen Mitteln ein Hydraulikantrieb für die einzelnen Riegel geschaffen, der zusammen mit dem Abbaugerät verfahren werden kann.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann in oder an dem Kupplungsgehäuse ein Anschlag vorgesehen sein, der das Einfahren jedes Riegels in den Kettentunnel begrenzt. Hierdurch ist auf einfache Weise sichergestellt, dass jeder Riegel nur einen vorbestimmten Maximalhub durchführt und nicht so weit in den Kettentunnel eingefahren wird, dass ein störungsfreies Zurückfahren des Riegels nicht mehr möglich ist.
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Um ein Hinausbewegen der einzelnen Riegel bei Erreichen der maximalen Haltekraft zu begünstigen, kann jeder Riegel einen Riegelkopf aufweisen, der zumindest teilweise angeschrägt oder konisch ausgebildet ist. Bei einer solchen Ausführungsform drücken die einzelnen Kettenglieder jeden Riegel gegen den anstehenden Hydraulikdruck zurück in die zugehörige Riegelführung, wenn die Kraft zwischen Kette und Riegel so groß geworden ist, dass die durch die Hydraulik auf den Riegel ausgeübte Kraft überschritten wird.
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Wenn der Kettentunnel im Querschnitt an die Querschnittskontur einer Kette angepasst ist, d. h. im Querschnitt eine grundsätzlich kreuzförmige Kontur aufweist, kann eine gut definierte Führung der Kette in dem Kettentunnel erzielt werden, so dass die einzelnen Riegel definiert in die Kette eingreifen können.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Kettenkupplung so ausgebildet sein, dass an zumindest ein Kettenglied mehrere Riegel anstellbar sind. Auf diese Weise können die Kräfte reduziert werden, die von einem einzelnen Riegel auf die Kette und von der Kette auf die Riegel ausgeübt werden.
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Ebenfalls offenbart ist ein Verfahren zum Betrieb eines Kettenantriebs im Untertagebau, wobei zwischen einem Antriebsmotor und einer von dem Antriebsmotor angetriebenen Kette eine betätigbare Kupplung vorgesehen ist, um ein gewünschtes Drehmoment von dem Antriebsmotor auf ein Kettenrad zu übertragen. Hierbei wird für ein durch die Kupplung übertragbares Drehmoment bei Start des Antriebsmotors ein Maximalwert gewählt und erst ab Erreichen einer vorbestimmten Motordrehzahl wird das von der Kupplung übertragene Drehmoment verringert.
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Das Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass in der Praxis eingesetzte Antriebsmotoren einen charakteristischen Drehmomentverlauf besitzen. Üblicherweise erzeugen derartige Antriebsmotoren bei Start des Motors bis zu einer vorbestimmten Drehzahl ein konstantes Drehmoment, das dann bei Erreichen der vorbestimmten Drehzahl abnimmt. Das Verfahren macht sich dies zunutze und stellt das von der Kupplung übertragbare Drehmoment hoch ein, solange der Motor (und die von diesem angetriebenen mechanischen Elemente) noch keine hohe kinetische Energie besitzt. Sobald der Motor jedoch die vorbestimmte Drehzahl erreicht hat und dessen erzeugtes Drehmoment abfällt, kann das von der Kupplung übertragbare Drehmoment abgesenkt werden, damit im Überlastfall keine Beschädigung des Gesamtsystems auftritt. Als vorbestimmte Motordrehzahl wird vorzugsweise eine solche gewählt, bei der sich das von dem Antriebsmotor erzeugte Drehmoment bauartbedingt verringert.
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Ebenfalls offenbart ist eine Vorrichtung, die einen Antrieb mit einer über einen Kolben hydraulisch betätigbaren Kupplung umfasst. Ferner sind ein Druckanschluss, zumindest ein Hydrospeicher und ein entsperrbares Rückschlagventil zwischen dem Druckanschluss und dem Kolben vorgesehen, wobei eine Steuerelektronik mit zumindest einem Magnetventil in Verbindung steht, um eine Druckbeaufschlagung des Kolbens zu steuern. Eine solche Steuervorrichtung kann mit einfachen Standardelementen realisiert werden, die im Untertagebau eingesetzt werden. Es sind hierfür keine schnellen Ventile oder proportional wirkenden Ventile erforderlich, was gleichzeitig die Herstellungskosten senkt.
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Nach einer Ausführungsform der Vorrichtung kann zwischen dem Druckanschluss und dem Kolben eine Drossel sowie eine Kombination aus Drossel und Rückschlagventil hintereinander geschaltet sein, um einen Druckanstieg und einen Druckabfall des Kolbens getrennt einstellen zu können.
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Nach einer weiteren Ausführungsform können zwei Hydrospeicher vorgesehen sein, nämlich ein Hydrospeicher im Bereich des Druckanschlusses, der einen Betrieb auch bei abgefallenem Versorgungsdruck aufrechterhält, sowie ein Hydrospeicher im Bereich des Kolbens, mit dem der Steuerdruck stabilisiert wird.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kettenantriebs im Untertagebau;
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2 einen Querschnitt durch eine Kettenkupplung;
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3 einen Längsschnitt durch die Kettenkupplung von 2; und
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4 eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kettenantriebs.
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1 zeigt eine Anordnung eines Kettenantriebs, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das angetriebene Bauteil ein Hobel 10 ist. Der dargestellte Kettenantrieb ist symmetrisch aufgebaut, wobei ein zweiter Antrieb, der in gleicher Weise wie in 1 dargestellt aufgebaut ist, in der Figur nicht dargestellt ist. Der in 1 dargestellte Kettenantrieb umfasst einen Antriebsmotor 12, der über ein Getriebe 14 ein Kettenrad 16 antreibt, wobei zwischen Getriebe 14 und Kettenrad 16 eine Kupplung 18 vorgesehen ist. Eine weitere Kupplung 20 ist im Bereich des Hobels 10 angeordnet. Diese Kupplung wird im Zusammenhang mit den 2 und 3 näher beschrieben und ist im Gegensatz zur Kupplung 18 fest eingestellt bzw. nicht steuerbar.
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Die in den 2 und 3 dargestellte Kettenkupplung umfasst ein Kupplungsgehäuse 22, das ein Basisteil 24 sowie ein Führungsteil 26 aufweist, die miteinander verbunden sind, und die beide an dem Hobel 10 befestigt werden. Hierbei weist das Führungsteil 26 einen Kettentunnel 28 auf, der einen grundsätzlich kreuzförmigen Querschnitt besitzt und durch den die Kette 15 mit ihren Kettengliedern 15a und 15b hindurchgeführt ist.
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In dem Basisteil 24 des Kupplungsgehäuses 22 sind mehrere Riegel 30 jeweils in einer Bohrung 32 verschiebbar angeordnet, wobei die Bohrung über einen Anschluss 34 mit Hydraulikfluid beaufschlagbar ist. Bei Beaufschlagung mit Hydraulikdruck wird somit jeder Riegel 30 in seiner Bohrung in Richtung des Kettentunnels 28 bewegt, bis der Riegel 30 mit seinem umlaufenden Bund 36 an einem Anschlag 38 anschlägt, der im Bereich des Führungsteils 26 angeordnet ist, und der ein weiteres Einfahren des Riegels 30 in den Kettentunnel 28 verhindert.
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Wie 3 verdeutlicht, sind in dem Kupplungsgehäuse 22 bzw. in dem Basisteil 24 mehrere Riegel, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise siebzehn Riegel nebeneinander angeordnet, wobei jeder Anschluss 34 mit einem Leitungssystem 40 in Verbindung steht, das als geschlossenes System ausgebildet ist.
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Das Leitungssystem 40 umfasst eine Versorgungsleitung 42, an die ein Hydraulikspeicher 44 angeschlossen ist, wobei zwischen der Versorgungsleitung 42 und jedem Anschluss 34 ein Rückschlagventil 46 und ein einstellbares Druckhalteventil 48 parallel geschaltet sind.
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Die Anzahl und das Raster der Riegel 30 sind so gewählt, dass immer mehrere Riegel 30 an ein Kettenglied 15a bzw. 15b angestellt werden. Mit Hilfe des Hydraulikspeichers 44 wird für einen minimalen Druck, beispielsweise etwa 10 bar, gesorgt, so dass alle Riegel 30 entweder bis zum Anschlag 38 ausfahren oder aber in den Kettentunnel gedrückt werden, bis sie an einem Kettenglied 15a oder 15b anstoßen. Mit Hilfe der Rückschlagventile 46 wird ein Rückfluss über den gleichen Weg verhindert. Wenn jedoch ein Riegel 30 durch die Kette 12 in seine Bohrung 32 zurückgedrückt wird, wenn sich die Kette 15 in Pfeilrichtung (3) weiterbewegen will, obwohl das Abbaugerät am Untergrund festhängt, wird jeder Kolben in seine Bohrung zurückgedrückt. Die Druckhalteventile 48 sind jedoch auf einen hohen gewünschten Druck, z. B. jeweils etwa 100 bar, eingestellt, so dass diejenige Kraft definiert ist, welche die Kette aufbringen muss, um sich relativ zu dem Kupplungsgehäuse zu verschieben.
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Um ein Zurückdrücken der Riegel 30 durch die einzelnen Kettenglieder zu begünstigen, weist jeder Riegel einen Riegelkopf 31 auf, der konisch ausgebildet ist und eine abgerundete Spitze besitzt. Hierdurch können die einzelnen Riegel bei Erreichen der vorgewählten Kraft störungsfrei von den Kettengliedern in das Kupplungsgehäuse zurückgedrückt werden, woraufhin dann die Kettenkupplung geöffnet ist, d. h. die Kette durch den Kettentunnel 28 durchrutscht.
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4 zeigt eine Vorrichtung, die einen Anschluss 50 zur Druckversorgung durch eine Strebhydraulik (DN10) aufweist, der in einem Montageflansch eines Gehäuses des Getriebes integriert sein kann. Nach einem Filter 52 ist ein Rückschlagventil 54 angeordnet, das einen Rückfluss des Druckmediums verhindert. Im Anschluss an das Rückschlagventil 54 ist ein Hydraulikspeicher 56 angekoppelt, der eine Steuerung auch dann ermöglicht, wenn der Druck im Streb abgefallen sein sollte.
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Nach dem Hydraulikspeicher 56 befindet sich ein Sensor 58, der den Eingangsdruck an eine elektrohydraulische Steuerung 60 weitergibt. Mit einem im Anschluss vorgesehenen Manometer 62, kann das übertragene Moment abgeschätzt werden.
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Anschließend sind zwei parallel geschaltete Magnetventile 64 und 66 vorgesehen, die von der Steuerung 60 angesteuert werden, wobei das Magnetventil 64 den auf die Kupplung 18 ausgeübten Druck erhöht und das Magnetventil 66 die Kupplung 18 löst, indem der auf einen Kupplungskolben 68 ausgeübte Druck reduziert wird.
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Die beiden Magnetventile 64 und 66 sind mit einem entsperrbaren Rückschlagventil 70 verschaltet, mit dessen Hilfe der auf den Kupplungskolben 68 ausgeübte Druck entweder gehalten oder aber reduziert wird. Hierbei wird der Schlupf der Kupplung durch zwei Sensoren 74a und 74b überwacht, die so angeordnet sind, dass ihr Signal ein Gray-Code ergibt. Durch weitere Sensoren 72a und 72b wird die Drehung einer zugehörigen Ausgangswelle überwacht.
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Ein Drucksensor 76 ist im Anschluss an das entsperrbare Rückschlagventil 78 angeordnet, wobei zwischen dem Drucksensor 76 und dem Kupplungskolben 68 ein weiterer Hydraulikspeicher 78 vorgesehen ist, der den Steuerdruck stabilisiert, der durch ein Druckbegrenzungsventil 80 begrenzt wird.
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Mit der vorbeschriebenen Vorrichtung ist ein System geschaffen, bei dem die Kupplung nicht schnell geregelt werden muss. Die Kraft mit der die Kupplungsscheiben der Kupplung 18 zusammengedrückt werden, definiert das übertragbare Moment, das erfindungsgemäß im Betrieb ständig angepasst wird und das zum Start hoch und bei schneller drehendem Antriebsmotor geringer eingestellt wird. Die Kupplung 18 rutscht im Betrieb nicht kontinuierlich sondern nur bei unerwarteter Überlast durch. Diese Lastgrenze ist im Betrieb einfach veränderbar.
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Um sowohl den Druckanstieg wie auch den Druckabfall der Kupplung getrennt einstellen zu können, ist zwischen dem Magnetventil 64 und dem entsperrbaren Rückschlagventil 70 eine Hintereinanderschaltung von einer Drossel 82 und einer Parallelschaltung aus einer Drossel 84 und einem Rückschlagventil 86 vorgesehen. Somit kann der Druckanstieg durch die Drossel 82 und der Druckabfall durch die Drossel 84 getrennt eingestellt werden.
