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Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Fördermenge einer elektromotorisch
angetriebenen Förderanlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung
zur Bestimmung der Fördermenge einer elektromotorisch angetriebenen Förderanlage,
vorzugsweise eines Förderbandes, durch Messung des Motorstromes.
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In vielen Industriezweigen müssen Materialmengen über weite Strecken
transportiert werden, was heute am wirtschaftlichsten über kontinuierlich laufende
Förderanlagen, wie Bandstraßen od. dgl., geschieht.
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Derartige Förderanlagen werden insbesondere im Braunkohlentagebau
zum Abtransport von Abraum und Kohle verwendet und sind häufig mehrere Kilometer
lang. Eine gute Ausnutzung von Bandstraßen und Bandsammelstraßen, auf die z. B.
von mehreren Baggern zugleich gefördert wird, kann aber nur dann erzielt werden,
wenn die Leistung der Abbaugeräte kontrolliert und gesteuert werden kann. Aus diesem
Grunde ist es wichtig, zu wissen, eine wie große Materialmenge eine Bandstraße in
einem bestimmten Augenblick und/oder pro Zeiteinheit fördert.
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Zu diesem Zweck sind bereits elektrisch oder mechanisch arbeitende
Bandwaagen bekannt, die aber sehr teuer sind und zum Teil die mechanische Festigkeit
des Bandstoßes, in der die Waage eingebaut ist, beeinträchtigen.
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Es wurden deshalb Versuche durchgeführt, eine einfache und billige
Anzeige der Förderleistung einer elektromotorisch angetriebenen Fördereinrichtung
aus der unmittelbaren Messung und Ablesung des Stromes des Antriebsmotors zu erhalten.
Da jedoch die Stromdifferenz zwischen Leerlauf und Teillast bei großen Anlagen zu
klein ist, lassen sich hiermit brauchbare Anhaltswerte der Förderung nicht erzielen.
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Die Erfindung beseitigt diese Nachteile bei einer Anordnung bzw.
einem Verfahren eingangs erwähnter Art dadurch, daß der Motorstrom in eine proportionale
Meßgleichspannung umgewandelt wird, deren Leerlaufanteil kompensiert wird. Die Erfindung
geht also ebenfalls von der Strommessung des Antriebsmotors aus, jedoch wird dieser
Strom nicht unmittelbar abgelesen, sondern in eine Meßgleichspannung umgewandelt.
Außerdem, wird der Leerlaufanteil dieser Meßgleichspannung zu Null kompensiert,
so daß die gesamte Skala eines Meßgerätes zur Anzeigung der momentanen Fördermenge
zur Verfügung steht.
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Zweckmäßig erfolgt die Kompensation des Leerlaufanteiles mittels
zweier Trioden, vorzugsweise einer Doppeltriode, wobei die Meßgleichspannung dem
Gitter der ersten Triode zugeführt wird und durch Regelung der Gittervorspannung
der zweiten
Triode die Anodenströme beider Trioden so eingestellt werden, daß die
miteinander zu vergleichenden Spannungsabfälle an den im Anodenkreis der beiden
Trioden liegenden Widerständen bei Leerlauf des Antriebsmotors gleich groß sind.
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Um die Anzeige zu stabilisieren, wird gemäß einer Weiterbildung der
Erfindung die Meßgleichspannung über ein RC-Glied mit großer Zeitkonstante geführt.
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Wird als Antriebsmotor ein Asynchronmotor verwendet, so kann ein
Teil des Blindanteiles des zu messenden Motorstromes dadurch unterdrückt und somit
die Meßskala linearisiert werden, daß der zu messende Motorwechselstrom mit einer
aus der Wechselspannungsquelle des Motors abgeleiteten Wechselspannung überlagert
wird, die vorzugsweise in der Größenordnung von etwa 106/e der Meßwechselspannung
liegt.
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Vorzugsweise sind die Mittel zur Erzeugung der Meßgleichspannung
am Antriebsmotor angeordnet, während die Mittel zur Leerlaufkompensation und Gleichspannungsanzeige
zu einer vom Antriebsmotor entfernt angebrachten Einheit zusammengefaßt sind.
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Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
einer Schaltanordnung zur Bestimmung der Fördermenge einer Förderanlage näher erläutert.
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Mit 1 ist der elektrische Antriebsmotor einer nicht dargestellten
Förderanlage, z. B. eines Förderbandes, bezeichnet. Die Ständerwicklung des als
Asynchronmotor ausgebildeten Antriebsmotors 1 ist über einen Stromwandler 2 an eine
Wechselspannungsquelle 3
angeschlossen. Der Motorstrom ist abhängig
von der Belastung des Förderbandes und steigt mit der zu leistenden Arbeit. Deshalb
kann man aus der Zunahme des Motorstromes auf die Fördermenge des Bandes schließen.
Über den Stromwandler 2 wird der Motorstrom auf Milliampere herabtransformiert.
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An die Sekundärwicklung des Stromwandlers 2 ist ein Spannungsteiler,
bestehend aus dem regelbaren Widerstand 4 und dem festen Widerstand 5, angeschlossen,
der in Reihe mit einem Widerstand 6 liegt. Dieser Widerstand 6 bildet zusammen mit
einem Widerstand 7 einen Spannungsteiler, der an einem Spannungswandler 8 angeschlossen
ist, dessen Primärwicklung an der Wechselspannungsquelle 3 liegt. Die Sekundärwicklung
des Spannungswandlers 8 erhält eine Spannung von etwa 6 Volt. Bei einer praktischen
Ausführungsform der Erfindung haben die Widerstände folgende Werte: R4 = 15KOhm,
= = KOhm, R6 = 150 Ohm, R7 = 400 Ohm.
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Am Widerstand 6 tritt also eine Spannung von etwa 1,5 Volt auf, die
sich je nach Phasenlage des Motorstromes zu der Spannung im Stromkreis der Widerstünde
4 und 5 addiert bzw. subtrahiert. Bei einem Strom in der Sekundärwicklung des Stromwandlers
2 von z. B. 0,5 Milliampere tritt somit je nach Phasenverschiebung, die wiederum
von der Motorbelastung abhängig ist, am Widerstand 5 eine Spannung von etwa 6+0,6Volt
auf. Dies ist ein Mittelwert, der sich aus dem Motorstrom 1, der konstanten Spannung
U am Widerstand 6 und der Phasenverschiebung zwischen 1 und U ergibt. Durch diese
Überlagerung des zu messenden Motorstromes mit einer von der Motorspannungsquelle
3 abgeleiteten konstanten Wechselspannung, die am Widerstand 6 abfällt, wird ein
Teil des Blindanteiles des Meßstromes unterdrückt, wodurch die Meßskala linearisiert
wird. Die Abweichung vom linearen Minimal- und Maximalwert betrug in der Praxis
etwa 2 0/o.
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Die am Widerstand 5 auftretende Spannung, die vom Strom des Antriebsmotors
1 abhängig ist, wird nun zur Messung der Förderleistung des vom Motor 1 angetriebenen
Bandes benutzt. Hierfür wird die Spannung am Widerstand 5 mittels einer Doppelgleichrichterschaltung
9 gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Spannung läuft über eine aus den Kondensatoren
10 und 11 und dem Widerstand 12 bestehende Siebkette, an die sich eine Fernleitung
13 anschließt, die von einem Potentiometer 14 abgeschlossen wird.
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Ein Kondensator 15 dient als Hochfrequenzsperre, und ein aus einem
Widerstand 16 von z. B. 5 MOhn' und einem Kondensator 17 von z. B. 2 F bestehendes
RC-Glied mit großer Zeitkonstante dient zur Stabilisierung der je nach Motorbelastung
schwankenden Meßgleichspannung.
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Die Meßspannung wird nun dem Gitter des ersten Systems einer Doppeltriode
18 zugeführt. Die Kathoden der Doppeltriode 18 haben Nullpotential. Zwischen dem
Nulleiter und der Zuführung einer negativen Gittervorspannung - Ug befinden sich
zwei Potentiometer 19 und 20. Der Schleifer des Potentiometers 20 ist mit dem Gitter
des zweiten Triodensystems verbunden. In die Anodenleitungen der beiden Triolen,
die zu dem positiven Pol einer Anodenspannungsquelle Ua führen, sind je ein Widerstand
21 und 22 von je 15 kOhm eingefügt. Die Spannungsdifferenz zwischen den an den Widerständen
21 und 22 auftretenden Spannungen wird über die Meßwiderstände 23 bzw. 24, je nach
Stellung des Schal-
ters 25, einem Gleichspannungsmessers 26 zugeführt.
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27 ist ein Shunt parallel zum Meßinstrument 26.
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Zur Kompensation der Leerlaufmeßspannung wird bei unbelastetem Förderband
das Potentiometer20 (gegebenenfalls auch die Potentiometer 14 und 19) so lange verstellt,
bis auf dem Meßinstrument 26 keine Spannung mehr angezeigt wird; d. h., daß beide
Gitter der Doppeltriode 18 eine gleich große negative Vorspannung aufweisen, die
Anodenströme und damit auch die Spannungsabfälle an den Widerständen 21 und 22 gleich
sind, wodurch die Differenz zwischen diesen beiden Spannungen Null geworden ist.
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Wird nun das Förderband belastet, so steigt der Motorstrom und damit
die Meßspannung, die sich nun über die gesamte Skala des Meßinstrumentes 26 ablesen
läßt. Die Skala kann in einfacher Weise durch einige Versuche in Kilogramm oder
Tonnen od. dgl. geeicht werden, so daß sich die jeweilige Belastung des Förderbandes
sofort in Gewichtseinheiten ablesen läßt. Über einen Gleichstromzähler und Impulsübertragung
kann außer der Anzeige, in z. B.
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Tonnen je Stunde, darüber hinaus auch die geförderte Menge, z. B.
in Tonnen, gezählt werden. Bei Bandstillstand wird ein Zeigerausschlag am Meßinstrument
26 in falscher Richtung durch einen Gleichrichter 28 unterbunden.
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Das Meßförderband soll möglichst etwas steigend angeordnet sein,
da sich der mit der Belastung ändernde Reibungswert bei einem steigenden Band auch
die Netzgenauigkeit weniger störend bemerkbar macht als bei einem horizontal laufenden
Band. Die verbleibende Reibungsleistung kann mit der Leerlaufleistung kompensiert
werden.
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Eine oben beschriebene Anordnung hat sich in der Praxis gut bewährt
und arbeitet mit einer Ungenauigkeit von etwa 20/0, was für die Betriebsüberwachung
völlig ausreicht.
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Die beschriebene Anordnung kann entweder zu einer baulichen Einheit
in der Nähe des Antriebsmotors zusammengefaßt werden oder, falls die Ablesung an
einem entfernten Ort stattfinden soll, eine Fernleitung 13 eingefügt werden, wobei
zweckmäßig die Mittel zur Erzeugung der Meßgleichspannung am Antriebsmotor angeordnet
werden, während die Mittel zur Leerlaufkompensation und Gleichspannungsanzeige zu
einer an einem entfernten Ort angebrachten Einheit zusammengefaßt werden.