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Verfahren und Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Vorschub-
und Schnittgeschwindigkeit von Gewinnungsmaschinen oder Vortriebsmaschinen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung zum Betreiben von Gewinnungsmaschinen
oder Vortriebsmaschinen, deren Vorschubwinde und deren Schrämwerkzeug hydraulisch
angetrieben werden.
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Es sind bereits Schrämmaschinen mit einem hy-
draulischen Zwischengetriebe
für den Antrieb der Winde und der Schrämarmschwenkvorrichtung bekannt (deutsches
Patent 833 342), bei der die den Windenkreislauf mit Druckflüssigkeit beliefernde
Flüssigkeitspumpe durch den Flüssigkeitsdruck des Windenkreislaufs gesteuert und
so vor überlastung geschützt wird.
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Ferner sind bereits Schrämmaschinen bekannt (deutsches Patent
930 506), bei denen der Belastungsstrom des Antriebsmotors über eine elektromechanische
Servoeinrichtung auf das die Vorschubwinde antreibende Flüssigkeitsgetriebe, steuernd
einwirkt.
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Außerdem kennt man bereits Schrämwerkzeuge, die über Reduziergetriebe
mit verschiedenen Geschwindigkeiten betrieben werden können (T e r p igorew,
»Bergbaumaschinen«, 1953, S. 161 ff.). Weiterhin gehört es zum Stand der
Technik, den Leistungsfluß eines Antriebsmotors über zwei zueinander parallele Getriebezweige
laufen zu lassen und einen dieser beiden Getriebezweige stufenlos verstellbar auszubilden
und mittels eines Differentialgetriebes die Drehzahlen dieser beiden Getriebezweige
wieder zu vereinigen (F. W. S i m o n i s, »Stufenlos verstellbare Getriebe«,
1959, S. 164, Abb. 222).
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Schließlich ist es bei Schrämmaschinen bereits bekannt (deutsches
Patent 511573), die Schrämwerkzeuggeschwindigkeit mittels einer auf Federwirkung
beruhenden Vorrichtung selbsttätig der jeweiligen Schrämmaschinenbelastung anzupassen.
Dabei treibt der einzige Antriebsmotor der Schrämmaschine sowohl die Pumpe für den
Windenkreislauf als auch die Pumpe für den Schrämwerkzeugkreislauf an.
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Bei allen vorgenannten Regelungsarten bzw. Schränunaschinen ist die
Vorschubgeschwindigkeit der Schrämmaschine aber unabhängig von der Schnittgeschwindigkeit
ihrer Schrämwerkzeuge. Die Dicke des von den Schrämwerkzeugen gelösten Spanes ist
daher nicht konstant. Die Erkenntnis, daß mit zunehmender Spandicke die spezifische,
Schnittkraft sinkt, läßt es allerdings zweckmäßig erscheinen, die Spandicke unabhängig
von der Vorschubgeschwindigkeit der Gewinnungsmaschine auf einen konstanten, dem
Mineral angepaßten Wert zu halten.
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Ziel der Erfindung ist es, eine Gewinnungsmaschine so zu betreiben,
daß sich die Schnittgeschwindigkeit ihrer Schrämwerkzeuge selbsttätig ihrer Vorschubgeschwindigkeit
anpaßt. Die Spandicke wird dadurch unabhängig von der Vorschubgeschwindigkeit und
damit auch bei sehr leistungsfähigen, normalerweise mit hohen Vorschubgeschwindigkeiten
arbeitenden Gewinnungsmaschinen eine gleichbleibende Körnung der gelösten Kohle
auch im Bereich niedriger Vorschubgeschwindigkeiten erzielt. Außerdem soll sich
die Spandicke aber auch entsprechend dem abzubauenden Mineral von Hand einstellen
lassen.
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Um dieses Ziel zu erreichen, geht die Erfindung von hydraulichen Gewinnungsmaschinen
oder Vortriebsmaschinen aus, deren Vorschubwinden durch Handbetätigung oder in Abhängigkeit
von der Windenbelastung oder der Belastung des Antriebsmotors hydraulisch gesteuert
werden und schlägt vor, die Schnittgeschwindigkeit der Schrämwerkzeuge selbsttätig
in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit zu steuern. Dabei steht zweckmäßigerweise
die Schnittgeschwindigkeit der Schrärnwerkzeuge immer im gleichen Verhältnis zur
Vorschubgeschwindigkeit der Gewinnungsmaschine. Es werden also die Vorschubgeschwindigkeit
der Gewinnungsmaschine und die Schnittgeschwindigkeit der Schrämwerkzeuge dieser
Gewinnungsmaschine derart miteinander gekoppelt, daß eine Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit
immer eine Verringerung der Schnittgeschwindigkeit mit sich bringt und umgekehrt.
Verläuft die Förderinengenänderung beider Flüssigkeitspumpen bei einer Änderung
der Vorschubgeschwindigkeit linear, hat sie also ein konstantes Verhältnis, so wird
dadurch auch eine konstante Spandicke unabhängig von der augenblicklich herrschenden
Vorschubgeschwindigkeit der Gewinnungsmaschine erzielt.
Bei Gewinnungsmaschinen
zur Ausübung des vorgenannten Verfahrens ist nach einem weiteren Erfindungsmerkmal
ein hydraulischer Steuerkreislauf vorgesehen, der über ein Verstellorgan die Flüssigkeitspumpe
für den Windenkreislauf und über einen Kolben die Flüssigkeitspumpe für den Schrämwerkzeugkreislauf
steuert. Außerdem ist der Steuerkreislauf mit dem zwischen der Flüssigkeitspumpe
und dem Flüssigkeitsmotor des Schrärawerkzeugkreislaufes liegenden Steuerblock verbunden
und der Flüssigkeitsmotor auf das Gehäuse des die Schrämwerkzeuge betreibenden und
die vom Antriebsmotor herrührende Drehzahl mit der Drehzahl des Flüssigkeitsmotors
vereinigenden Differentialgetriebes geschaltet. Der auf die Flüssigkeitspumpe des
Windenkreislaufes und gleichzeitig auf die Flüssigkeitspumpe des Schrämwerkzeugkreislaufes
einwirkende und den in dem Steuerblock befindlichen Schieber in seine Betriebsstellung
bringende Steuerkreislauf beeinflußt somit beide Flüssigkeitspumpen im gleichen
Sinne und bestimmt durch seinen Druck allein die Vorschubgeschwindigkeit der Gewinnungsmaschine
und die Schnittgeschwindigkeit ihrer Schrämwerkzeuge. Änderungen des Steuerdruckes
wirken sich daher auf die Vorschubgeschwindigkeit und die Schnittgeschwindigkeit
in gleicher Weise aus, so daß die Spandicke unabhängig bleibt von der jeweiligen
Vorschubgeschwindigkeit.
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Damit sich die Gewinnungsmaschine mit ihrer Vorschubgeschwindigkeit
und ihrer Schnittgeschwindigkeit selbsttätig den örtlich verschiedenen, durch besonders
harte bzw. zähe Kohle oder durch harte Flözeinlagerungen gekennzeichneten untertägigen
Verhältnissen anpassen kann, ist das Druckniveau des Steuerkreislaufes, welcher
die Flüssigkeitspumpe für den Windenkreislauf die Flüssigkeitspumpe für den Schrämwerkzeugkreislauf
steuert, neben der Handverstellung durch das vom Druck des Windenkreislaufes gesteuerte
Stellorgan und durch das vom Belastungsstrom des Antriebsmotors gesteuerte Stellorgan
beeinflußbar.
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Um weiterhin auch die Spandicke der Gewinnungsmaschine den verschiedenen
abzubauenden Mineralien bzw. den unterschiedlichen örtlichen Gegebenheiten unter
Tage anpassen zu können, ist in weiterer Ausbildung der Erfindung der der Flüssigkeitspumpe
des Schrärnwerkzeuggetriebes zugeordnete Steuerkolben entgegen einer durch einen
Keil verstellbaren Feder wirkend mit dem Schalthebel der Flüssigkeitspumpe verbunden.
Der Druck des Steuerkreises bringt infolge dieser Ausbildung die Flüssigkeitspumpe
je
nach Wahl der Federvorspannung mehr oder weniger weit in die Betriebsstellung.
Mit zunehmender Federvorspannung sinkt die Fördermenge der Flüssigkeitspumpe. Das
Schnittgeschwindigkeitsniveau der Schrämwerkzeuge nimmt somit ab, und damit steigt
das Verhältnis Vorschubgeschwindigkeit zu Schnittgeschwindigkeit, welches die Spandicke
bestimmt, an. Durch diese einzige Einstellung liegt infolge der Ab-
hängigkeit
von Vorschubgeschwindigkeit und Schnittgeschwindigkeit die Spandicke fest. Die günstigste
Spandicke läßt sich daher leicht für jedes abzubauende Mineral bzw. für alle örtlichen
Verhältnisse einstellen.
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An Hand eines Schaltschemas sei im folgenden die Wirkungsweise der
Erfindung näher erläutert.
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Die Gewinnungsmaschine 1 besteht aus dem Schrämkopf 2, dem
Motorteil 3 und der Winde 4. An dem Schrämkopf 2 ist das Schrämwerkzeug
5, hier beispielsweise eine Scheämwalze, gelagert. Die Gewinnungsmaschine
1 besitzt zwei von je einer eigenen Flüssigkeitspumpe 6, 7
belieferte Flüssigkeitskreisi läufe, von denen einer der Winde 4, der andere
je-
doch dem Schrämwerkzeug 5 zugeordnet ist. Beide Flüssigkeitspumpen
6, 7 sind mit dem in dem Motorteil 3 befindlichen Elektromotor getrieblich
verbunden. Außerdem erhalten auch die zur Belieferung der Steuerkreisläufe dienenden
Flüssigkeitspumpen 8,9 von dem in dem Motorteil 3 befindlichen Antriebsmotor
ihre Drehbewegung.
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Mit dem Einschalten des Antriebsmotors der Gewinnungsmaschine
1 werden auch die Flüssigkeitspumpen 6, 7, 8, 9 in Drehung versetzt.
Dabei wird die den stark ausgezogenen Windenkreislauf beliefernde Flüssigkeitspumpe
6 beispielsweise durch eine Feder od. dgl. in ihrer Leerlaufstellung gehalten,
während die den Schrämwerkzeugkreislauf beliefernde Flüssigkeitspumpe
7 ihre Flüssigkeit über den in dem Steuerblock 10 befindlichen Schieber
drucklos umwälzt. Unter der Wirkung des von der Flüssigkeitspumpe 8 gespeisten
Steuerkreises wird der in dem Schiebergehäuse 11 der Winde 4 befindliche
Steuerschieber für die Handeinstellung freigegeben. Der Schieber wird jetzt von
Hand in eine Stellung gebracht, die den die Winde 4 antreibenden Flüssigkeitsmotor
12 über den stark ausgezogenen Flüssigkeitskreislauf mit der Flüssigkeitspumpe
6 verbindet. Der von der Flüssigkeitspumpe 9 gespeiste Steuerkreislauf
ist gleichfalls drucklos. Die Schrämwalze 5
läuft, da bei diesem Ausführungsbeispiel
in dem Schrämkopf 2 ein Getriebe mit Leistungsverzweigung vorgesehen ist, mit der
sich aus der Räderübersetzung des mechanischen Zweiges ergebenden Drehzahl um. In
dem Steuerblock 10, der sich zwischen der Flüssigkeitspumpe 7 und
dem Flüssigkeitsmotor 13 des Schrämwerkzeugkreislaufs befindet, sind die
für diesen Kreislauf erforderlichen Sicherheits- und Abschaltventile sowie der von
dem Druck des Steuerkreislaufes gegen eine Feder beaufschlagbare Steuerschieber
untergebracht. Letzterer wird in unbeaufschlagten Zustand von der Feder in der Leerlaufstellung
gehalten und infolgedessen die Flüssigkeit in diesem Kreislauf drucklos umgewälzt.
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Wird jetzt das Druckniveau des bis dahin praktisch drucklosen von
der Flüssigkeitspumpe 9 belieferten Steuerkreislaufes durch Betätigen der
in der Winde 4 angeordneten Handverstellung 14 angehoben, so leitet diese Drucksteigerung
über das Verstellorgan 15 der Winde 4 die Förderung der den Windenkreislauf
beliefernden Flüssigkeitspumpe 6 ein. Gleichzeitig wird durch den Steuerdruck
auch der in dem Steuerblock 10 befindliche federbelastete Steuerschieber
über die Leitung 16 beaufschlagt und gegen die Federkraft in eine den Flüssigkeitsmotor
13 mit der Flüssigkeitspumpe 7 verbindende Stellung gebracht. Außerdem
wird auch durch den vom Steuerblock beaufschlagten Kolben 17 und den Schalthebel
18 die Liefermenge der Flüssigkeitspumpe 7 und damit die Drehzahl
des Flüssigkeitsmotors 13 in Abhängigkeit von der Voirspannung der Feder
19 mehr oder weniger reduziert.
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Während sich die Gewinnungsmaschine 1 jetzt mit der durch die
Handeinstellung 14 vorgegebenen Vorschubgeschwindigkeit bewegt, überlagert der von
der Flüssigkeitspumpe 7 beaufschlagte Flüssigkeitsmotor 13 über das
Stirnrad 20, die Verzahnung des Gehäuses 21 und die Planetenräder 22 den außerdem
von
dem Antriebsmotor angetriebenen Planetenradträger 23 mit einer zusätzlichen
Drehbewegung. Infolge der stufenlos einstellbaren überlagerungsdrehzahl des hydraulischen
Getriebezweiges ist auch die je nach Drehrichtung des Flüssigkeitsmotors
13 sich aus der Summe oder der Differenz der beiden Drehzahlen ergebeilde
Schrämwalzendrehzahl in dem als Schnittgeschwindigkeit in Frage kommenden Geschwindigkeitsbereich
stufenlos einstellbar.
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Da der auf den Kolben 17 wirkende Steuerdruck das Bestreben
hat, die Flüssigkeitspumpe 7 von einer maximalen Drehzahl mit negativem Fördersinn
über Null auf die maximale Drehzahl mit positivem Fördersinn zu bringen, nimmt die
Schnittgeschwindigkeit der Schrämwalze 5, wenn man die Drehrichtung des mechanischen
Getriebezweiges als positiv ansieht, mit steigendem Steuerdruck trotz abnehmender
Drehzahl der Flüssigkeitspumpe 7 und damit auch des Flüssigkeitsmotors
13 zu. Dieses Verhalten ist auf das Differentialgetriebe zuiückzuführen,
welches die größere Drehzahl des mechanischen Getriebezweiges mit der kleineren
gegensinnigen Drehzahl des Flüssigkeitsmotors 13 vereinigt. Mit abnehmender
negativer Überlagerungsdrehzahl muß daher auch die positive resultierende Drehzahl
des Schrärnwerkzeuges 5 zunehmen. Der gesamte stufenlos steuerbare Geschwindigkeitsbereich
des Schrämwerkzeuges 5 liegt daher durch den positiven und negativen Drehzahlbereich
des Flüssigkeitsmotors 13 fest. Seine Größe wird durch die vorgeschlagene
Steuerung der Flüssigkeitspumpe 7 über Null hinaus wesentlich erweitert.
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Mittels des Stellorganes 24 läßt sich die Vorspannung der Feder
19 in ihrer Größe und damit die Wirksamkeit des Steuerdruckes auf die Flüssigkeitspumpe
7 ändern, weil mit steigender Federvorspannung die durch den Steuerdruck
hervorgerufenen Ausschläge des Kolbens 17 kleiner werden. Das durch die Kopplung
der beiden Arbeitskreise konstante Verhältnis Vorschubgeschwindigkeit zu Schnittgeschwindigkeit
läßt sich auf diese Weise ändern und damit die gewünschte Spandicke leicht einstellen.
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Da die Vorschubgeschwindigkeit und die Schrämwalzendrehzahl der Gewinnungsmaschine
1 durch den von der Flüssigkeitspumpe 9 beaufschlagten Steuerkreis
miteinander gekoppelt sind, wird die Maschine bei der Schrämfahrt lediglich mit
der Handverstellung 14 gefahren. Ein von beiden Seiten des Windenkreislaufes beaufschlagtes
Rückschlagventil 25 läßt die jeweilige Druckseite des Windenkreislaufes auf
ein in dem von der Pumpe 9 gespeisten Steuerkreislauf liegendes beispielsweise
als Druckventil ausgebildetes Stellorgan 26 einwirken. Außerdem wirkt der
Belastungsstrom des Antriebsmotors der Gewinnungsmaschine 1 auf ein gleichfalls
in dem vorgenannten Steuerkreislauf liegendes Stellorgan 27,
welches auch
als Druckventil ausgebildet sein kann, ein. Werden jetzt Winde und/oder Schrämwalze
durch die Handeinstellung überlastet, so mindert der in dem Windenkreislauf auftretende
Druckanstieg bzw. der dann fließende Belastungsstrom des Antriebsmotors den Druck
des Steuerkreislaufes, indem er die Vorspannung des Druckventils reduziert und dadurch
den Flüssigkeitsdruck des Steuerkreislaufes herabsetzt. Da die Schrärnwa#lzendrehzahl
und die Vorschubgeschwindigkeit der Gewinnungsmaschine dem-Steuerdruck proportional
sind, fällt bzw. steigt die Vorschubgeschwindigkeit der Gewinnungsmaschine
1
mit der Schnittgeschwindigkeit des Schrämwerkzeuges im gleichen Sinne und
gegebenenfalls auch verhältnisgleich an.