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Einrichtung für die Steuerung und Überwachung der Geschwindigkeit
von Fördermaschinen in Leonardschaltung Zur Steuerung von Fördermaschinen mit Antrieb
durch Gleichstrommotor in Leonardschaltung wird im allgemeinen ein Steuerhebel benutzt,
der ein Potentiometer verstellt und die Erregung des Generators ändert. Dieser Steuerhebel
steht in mechanischer Verbindung mit Kurven, welche durch -einen von der Fördermaschine
angetriebenen Teufenzeiger bewegt werden. Bei Beginn des Zuges wird die Steuerhebelauslage
durch eine Anfahrkurve wegabhängig begrenzt, um die Beschleunigung und damit den
Anfahrstrom in zulässigen Grenzen zu halten. Gegen Ende des Zuges wird der Steuerhebel
durch eine Verzögerungskurve in die Mittellage zurückgebracht. Im Verbindungsgestänge
zwischen Steuerhebel und Kurvenapparat ist eine Zwischenfeder eingeschaltet, um
gegen die Wirkung des Rückstellgestänges noch eine Steuerhebelbe«-egung ausführen
zu können, welche zum zielgenauen Anhalten der Förderkörbe erforderlich ist. Abgesehen
davon, daß durch Zusammendrücken der Feder beim Anfahren mit Maximallast das Entstehen
eines unzulässigen Anfahrstromes möglich ist, erfordert eine solche Steuerung große
Aufmerksamkeit und Geschicklichkeit von Seiten des Maschinenführers, um ein maximales
Förderprogramm einzuhalten.
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Ein Zweck der Erfindung ist daher, die vom Maschinenführer auszuführenden
Steuerhebelbewegungen so einfach wie möglich zu gestalten, um bei geringster geistiger
und körperlicher Beanspruchung ein maximales Förderprogramm in Verbindung mit einer
Genauigkeitsschaltung zu erhalten. Bei vollautomatisch gesteuerten Maschinen soll
außerdem durch Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung ein zielgenaues. Anhalten
der Fördergefäße oder Förderkörbe erreicht werden, ohne daß die Förderung durch
Zeitverluste beeinträchtigt wird.
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Bei der Anwendung einer sehr rasch und genau wirkenden Steuerung,
insbesondere in Verbindung mit einer lastabhängigen elektrischen Retardierung, die
sehr rasche Verzögerungen ermöglicht, erfordert das Aufrechterhalten der vollen
Betriebssicherheit einer Fördermaschine, daß .der Verlauf der Geschwindigkeit während
der ganzen Verzögerungsperiode auf dem Einfahrweg der Förderkörbe bzw. Fördergefäße
durch ein geeignetes Gerät überwacht wird. Es ist daher ein weiterer Zweck der Erfindung,
die gleichen Mittel, die für die Steuerung der Geschwindigkeit der Fördermaschinen
Anwendung finden, auch im Zusammenhang mit einer Überwachungseinrichtung anwenden
zu können, wodurch sich sehr wesentliche betriebliche und fabrikatorische Vorteile
ergeben.
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Gegenstand der Erfindung ist somit eine Einrichtung für die Steuerung
und Überwachung der Geschwindigkeit von Fördermaschinen in Leonardschaltung unter
Verwendung von Kontaktapparaten mit einer Bürste, die über einen zwischen den Polen
eines Hilfsnetzes liegenden Regulierwiderstand bewegt wird und mit einem von einem
Kontaktapparat beeinflußten Organ (Steuerpotentiometer bzw. Überwachungsgerät) in
elektrischer Verbindung steht. Gemäß der Erfindung wird nunmehr der erwähnte Zweck
dadurch erreicht, daß für die Steuerung und Überwachung der Geschwindigkeit zwei
Kontaktapparate vorgesehen sind, deren Bürsten vom Teufenzeiger aus über eine Kurvenscheibe
kraftschlüssig und wegabhängig derart angetrieben werden, daß bei konstanter Beschleunigung
oder Verzögerung der Fördermaschine die Bürsten sich mit konstanter Geschwindigkeit
auf den Kontaktapparaten bewegen.
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An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel die Anwendung der
erfindungsgemäßen Einrichtung für die Drehzahlsteuerung einer Gleichstromfördermaschine.
Der Fördermotor 1 wird in Leonardschaltung durch den Steuergenerator 2 gespeist,
der durch den separaten Generator 3 erregt. wird. Die Erregerwicklung dieses Generators
3 liegt an den Klemmen des Steuerpotentiometers 4, das mittels des Steuerhebels
5 betätigt wird. 6 isst ein Einstellwiderstand und 7 ein zusätzlicher Widerstand
zur Begrenzung der Geschwindigkeit bei maximaler Steuerhebelauslage, z. B. für Seilfahrt,
durch Öffnen des Seilfahrtschalters
B. Abweichend von den üblichen
Anordnungen, bei welchen das Steuerpotentiometer 4 mit dem Zusatzwiderstand 7 direkt
am Hilfsnetz 9 liegt, ist das eine Ende des Steuerpotentiometers 4 an die Schiene
10 eines Kontaktapparates angeschlossen, dessen Regulierwiderstand 11 in Reihenschaltung
mit einem Vorschaltwiderstand 13 zwischen den Polen des Hilfsnetzes 9 liegt. Die
auf der Schiene 10 des Kontaktapparates gleitende Bürste 12 wird in kraftschlüssiger
Verbindung vom nicht dargestellten Teufenzeiger aus betätigt. Dadurch wird das Steuerpotentiometer
4 mit einer von der Bürstenstellung abhängigen veränderlichen Spannung gespeist.
Bei vollausgelegtem Steuerhebel s bestimmt daher die Bürstensteuerung die Fördermotordrehzahl.
Die Bürste 12 wird vermittels eines Getriebes und einer besonderen Kurvenscheibe
von einer Stange des Teufenzeigers aus angetrieben. Diese Kurvenscheibe ist so ausgebildet,
daß sich die Bürste bei konstanter Beschleunigung oder Verzögerung der Fördermaschine
mit gleichbleibender Geschwindigkeit über die Kontakte des Regulierwiderstandes
11 bewegt. Infolge der vollständig kraftschlüssigen und wegabhängigen Verbindung
schreibt daher bei gleichbleibender Steuerhebelstel-lung der Lauf der Bürste 12
der Fördermaschine eine konstante Verzögerung oder Beschleunigung vor. Infolgedessen
ergibt sich zwangläufig bei diesem Kurvenantrieb eine lineare Stufung des Widerstandes
11, bezogen auf die Geschwindigkeit. Der Widerstand kann daher unabhängig von den
Charakteristiken der jeweiligen Maschinen immer genau gleich ausgeführt werden,
was aus fabrikatorischen und betrieblichen Gründen sehr wichtig ist. Falls erwünscht,
kann die Bürste 12 auch vom Teufenzeigerantrieb aus betätigt werden.
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Vor Beginn der Anfahrt befindet sich die Bürste 12 in der Stellung
A. Das Steuerpotentiometer 4 erhält eine Spannung, welche dem Verhältnis der Widerstands-,verte
Vorschaltwiderstand 13 zu Vorschalt-und Regelwiderstand 13-I-11 entspricht. Da diese
Spannung klein ist, kann der Steuerhebel 5 sofort voll ausgelegt werden, ohne daß
eine zu große Beschleunigung beim Anfahren mit Hängelast erfolgt. Die Fördermaschine
kommt frühestens auf volle Geschwindigkeit, wenn die Bürste 12 in die andere Endstellung
D gelangt. Die Verzögerung der Maschine setzt sofort ein, sobald die Bürste 12 durch
den Teufenzeiger aus der Endstellung D gegen A zurückbewegt wird.
Diese sogenannte elektrische Retardierung bei in voller Auslage gelassenem Steuerhebel
soll möglichst lange andauern, da der Bürstenlauf eine lineare Abnahme der Geschwindigkeit,
bezogen auf die Zeit, gewährleistet. Erst bei kleiner Geschwindigkeit wird der Steuerhebel
(mechanische Retardierung) zurückgenommen. Bei Gefäßfördermaschinen mit stets gleichbleibenden
Lasten kann bis auf die Einfahrgeschwindigkeit, d. h. entsprechend der Endstellung
A der Bürste 12, elektrisch retardiert werden. In Verbindung mit einer Strombegrenzungseinrichtung
werden daher die Steuerhebelbewegungen am Anfang und Ende eines Zuges äußerst einfach,
die Steuerung besitzt -den Charakter einer halbautomatischen Steuerung.
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Die Größe des Vorschaltwiderstandes 13 im Verhältnis zum Regulierwiderstand
11 bestimmt die minimale Geschwindigkeit, welche durch die elektrische Retardierung
allein erreicht wird. Bei vollautomatischen Anlagen wird 13 sehr klein gewählt,
um die sehr geringe Einfahrgeschwindigkeit zu erhalten, welche zum selbsttätigen
und genauen Anhalten der Fördergefäße oder Förderkörbe nötig ist. Da die Fördermaschine
infolge der wegabhängigen und kraftschlüssigen Bürstenbetätigung immer im gleichen
Wegpunkt auf die Einfahrgeschwindigkeit kommt, kann der Fahrweg mit dieser Geschwindigkeit
unabhängig von Größe und Richtung der Last sehr kurz gehalten werden" was eine sehr
wesentliche Zeitersparnis bedeutet. Voraussetzung hierfür ist lediglich die Verbindung
mit einer sehr rasch und genau wirkenden Steuerung. Bei der vollautomatischen Steuerung
handelt es sich um eine rein elektrische Verzögerung von der vollen Geschwindigkeit
auf eine sehr kleine Einfahrgeschwindigkeit, worauf das Anhalten durch Auflegen
der mechanischen Bremse erfolgt. Soll mit einer größeren Spannung angefahren werden,
als der Einfahrgeschwindigkeit entspricht, so wird leim Anfahren die teilweise Überbrückung
des Vorschaltwiderstandes 13, welche durch das Schütz 14 während der Verzögerungsperiode
bewirkt wird, selbsttätig aufgehoben.
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Wird die Maschine im normalen Förderbetrieb sehr rasch verzögert,
um eine maximale Förderleistung zu erzielen, so ergäbe sich bei Einhängelast ein
unzulässig hoher Bremsstrom, wenn die Maschine aus derselben maximalen Geschwindigkeit
heraus gleich schnell verzögert werden würde. Um den Bremsstrom auf einen zulässigen
Wert herabzusetzen, muß entweder die maximale Geschwindigkeit beim Einhängen entsprechend
verringert oder der Verzögerungsweg nach gleicher maximaler Geschwindigkeit entsprechend
vergrößert werden. Beim Beschreiten des letzteren Weges ist man nicht auf die Aufmerksamkeit
des Bedienungspersonals angewiesen. Die lastabhängige Veränderung des Verzögerungsweges
kann bei der vorgesehenen Schaltung auf sehr einfache Weise verwirklicht werden.
Zu diesem Zweck wird der Teil B-D des Regulierwiderstandes 11 unter den Einfluß
eines Einstellorgans 15 gebracht, dessen Erregerspule 16 von einem Shunt 17 im Leonardkreis
oder von einer Hilfspolwicklung des Fördermotors 1 gespeist wird. Je nach Größe
und Richtung des Leonardstromes verändert sich die Stellung C des Einstellorgans
15 und es wird dadurch ein verschieden großer Teil C-D des Regulierwiderstandes
11 überbrückt. Beim Lauf der Bürste 12 von D nach A setzt die Verzögerung
erst ein, wenn die Bürste auf jener Stellung C angelangt ist, die durch den Wälzsektor
des Einstellorgans 15 bestimmt wird. Da die einzelnen Widerstandsstufen zwischen
C und D nicht kurzgeschlossen sind, würde auf diesem Bürstenweg ein vorübergehender
Geschwindigkeitsabfall auftreten. Dies wird durch die beiden Vorschaltwiderstände
18 und 19 vermieden, deren Größen in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen
müssen. Trotz der verschiedenen Retardierwege bleibt die jeweils eintretende Verzögerung
konstant wegen des besonderen Antriebes der Bürste 12.
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Durch ein weiteres Schütz 20, das während der Anfahrperiode betätigt
wird, kann ein Teil des Regulierwiderstandes 11 überbrückt werden, wodurch der im
Normalbetrieb minimal mögliche Anfahrweg gegenüber dem Verzögerungsweg herabgesetzt
und somit die Zugdauer verringert werden kann.
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Die beschriebene Einrichtung hat für die lastabhängige Einstellung
des Retardierweges noch folgenden Vorteil. Bei konstanter Verzögerung ist der von
den Förderkörben zurückgelegte Weg eine quadratische Funktion der Zeit gegenüber
der linearen Funktion des Bürstenweges. Beträgt z. B. CA = 0,7 DA, so verhalten
sich die Verzögerungswege der Förderkörbe wie 12:0,72, also etwa wie 2 : 1. Somit
bleibt trotz
des großen Bremswegunterschiedes zwischen Hänge-und
Förderlast die Abstufung auch beim normalen Betrieb, d. h. mit Förderlast, noch
sehr fein. Ferner ist es möglich, durch Begrenzen der maximalen Ausschläge des Einstellorgans
15 den Verzögerungsbeginn für maximale Hänge- und Förderlast den Betriebsverhältnissen
entsprechend anzupassen. In bestimmten Fällen wird ein Einstellorgan mit wenig Stufen,
z. B. eine bis drei, genügen, wofür dann Schütze verwendbar sind.
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Bei Anwendung einer sehr rasch und genau wirkenden Steuerung, insbesondere
in Verbindung mit der lastabhängigen elektrischen Retardierung, sind, wie bereits
erläutert, sehr rasche Verzögerungen möglich. Hierbei erfolgt zweckmäßigerweise
der erste Teil der Verzögerung durch die elektrische Retardierung allein und erst
von kleiner Geschwindigkeit ab zusätzlich durch Zurücknahme des Steuerhebels von
der Auslage in die Mittellage. Damit im Falle einer Störung an der elektrischen
Retardierung die Fördermaschine in allen Fällen durch die Sicherheitsbremse rechtzeitig
zum Stillstand kommt, z. B. bei kleinem zulässigem übertreibweg, muß eine Einrichtung
vorhanden sein, welche den Geschwindigkeitsverlauf während der Verzögerungsperiode
überwacht. Es sind bereits Überwachungseinrichtungen bekannt, bei welchen die Sollgeschwindigkeit
mit der Istgeschwindigkeit der Fördermaschine während der Verzögerungsperiode verglichen
wird, und die Sicherheitsbremse auslöst, sobald die Istgeschwindigk eit überwiegt.
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In der Fig.2 ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung für
die Bestimmung des Sollwertes bei einer solchen I'berwachungsvorrichtung >schematisch
gezeigt. Das eigentliche Überwachungsorgan besteht beispielsweise aus einem Differentialrelais
23 mit den zwei .Magnetspulen 24, 25. Die Magnetspule 24 wird mit einer Spannung
gespeist. die der Istgeschwindigkeit der Fördermaschine proportional ist und von
einer mit dem Fördermotor 1 mechanisch gekuppelten Tachodynamomaschine 22 geliefert
wird. Die andere Magnetspule 25 dagegen wird mit einer der Sollgeschwindigkeit der
Fördermaschine proportionalen Spannung erregt, die durch einen Kontaktapparat 26
mit einer Bürste 27 geliefert wird. Die durch die beiden Spannungen gebildeten Ströme
durchfließen in entgegengesetzter Richtung die 'Magn,°tsl>ulen 24 und 25 des Differentialrelais
23. Der Kontaktapparat 26 entspricht demjenigen der Geschwindigkeitssteuerung gemäß
Fig. 1, und der Kurvenantrieb für die Betätigung der Bürste 27 gleicht genau dem
der Bürste 12. Für die Darstellung der Sollspannung dient der Regulierwiderstand
28, der zwischen den beiden Polen des Hilfsnetzes 9 liegt. Gleitet die vom Teufenzeiger
aus angetriebene Bürste 27 während der Verzögerungsperiodc von der Stellung B' nach
A', so nimmt die durch die Bürste 12 in Fig. 1 bestimmte Geschwindigkeit linear
ab. Da die zu überwachende Geschwindigkeitskurve parallel zur Sollgeschwindigkeitskurve
verlaufen soll, nur etwas höher eingestellt, so ergibt sich für den Widerstand 28
ebenfalls eine lineare Stufung. Ein derartig ausgebildeter Widerstand ist daher
für jede Fördermaschine, unabhängig von der jeweiligen maximalen Geschwindigkeit,
verwendbar. Die kleinste zu kontrollierende Geschwindigkeit wird durch die Größe
des Vorschaltwiderstandes 30 bestimmt.
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Wird in Verbindung mit der lastabhängigen Verzögerungseinrichtung
auch eine lastabhängige Geschwindigkeitsüberwachung benötigt, z. B. für das Einhängen
von großen Lasten mit voller Geschwindigkeit, so kann dies, wie bereits bekannt
ist, durch ein Einstellorgan 35 geschehen, welches einen zwischen Kontaktschiene
26 und Magnetspule 25 liegenden Regulierwiderstand 31 unter Einwirkung der vom Shunt
40 im Leonardkreis gespeisten Wicklung 41 lastabhängig einstellt. Infolge des Kurvenantriebes
ist die Abstufung des Regulierwiderstandes 31 ebenfalls linear. Außerdem ergibt
sich ein Verhältnis von nur 1 : 0,7 zwischen Summenwiderstand 31-I-28 zu Widerstand
28 bei einem Verhältnis der Retardierwege von 2 : 1 zwischen Hängen und Fördern,
was die Ausbildung des Einstellorgans erleichtert. In Verbindung mit letzterem wird
zweckmäßigerweise ein zweiteiliger Widerstand verwendet, mit dem Widerstandsteil
33 in Reihe und dem Widerstandsteil 34 parallel zum Regulierwiderstand 31. Durch
die Größe von 33 wird der Beginn der Überwachung bei der normalen Förderlast, durch
34 jener beim Einhängen der maximalen Last festgelegt. Mit der beschriebenen Schaltung
können daher alle vorkommenden Betriebsverhältnisse bei der Überwachung berücksichtigt
werden.
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Für die Steuerung der Geschwindigkeit der Fördermaschine und für die
Geschwindigkeitsüberwachung können somit zwei gleiche Kontaktapparate verwendet
werden, wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, wodurch sich ein wesentlicher
fabrikatorischer Vorteil ergibt. Diese beiden Kontaktapparate können entweder durch
einen gemeinsamen Antrieb oder, falls es erwünscht ist, auch durch getrennte Antriebe
betätigt werden. Es ist auch ohne weiteres möglich, bei bereits bestehenden Förderantrieben
eine Überwachungseinrichtung der beschriebenen Art nachträglich einzubauen.
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Schließlich ist noch in Fig. 3 die Wirkung der besondren Kurvenscheibe
für die Betätigung des Kontaktapparates für die Steuerung bzw. Lberwachung der Fördermaschinengeschwindigkeit
graphisch dargestellt. Die Kurve I zeigt bei konstanter Verzögerung den Verlauf
der Geschwindigkeit v in Abhängigkeit vom Weg s im Schacht, wie dies beim bisherigen
linearen Antrieb üblich war. Würde die Bürste des Kontaktapparates auf diese Weise
vom Teufenzeiger angetrieben, so würfen zwischen den einzelnen Kontakten die Geschwindigkeitsstufen
x auftreten, d. h. kleine Stufen am Beginn der Verzögerung und sehr große am Ende
der Verzögerung, was nur durch eine entsprechende Abstufung des Regulierwiderstandes
des Kontaktapparates ausgeglichen werden könnte. Die Kurvenscheibe für den Antrieb
der Bürste ist aber gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß der Geschwindigkeitsverlauf
gemäß Kurve II linear ist, so daß sich über dem ganzen Geschwindigkeitsbereich die
gleichen Geschwindigkeitsstufen y ergeben. Dadurch wird die Einstellung der Steuerung
bzw. Überwachung ganz wesentlich erleichtert.
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Obwohl die Einrichtung nach der Erfindung nur in Zusammenhang mit
Gleichstromfördermaschinen beschrieben worden ist, kann sie auch sinngemäß für die
Steuerung und Überwachung der Geschwindigkeit bei Drehstromfördermaschinen zur Anwendung
kommen.