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Verfahren und Vorrichtung zum Konstanthalten der von Hand einstellbaren
Zugkraft einer hydraulischen Sicherheitswinde, insbesondere für Schrämmaschinen
Beim Abbau steil gelagerter Flöze im Untertagebergbau mittels einer Schrämmaschine
od. dgl. muß nach den bergpolizeilichen Vorschriften die Schrämmaschine durch ein
Seil, das von einer Winde oder einem Haspel unter Spannung gehalten wird, gegen
Absturz gesichert sein. Die Schrämmaschine bewegt sich dabei in der herkömmlichen
Weise, indem sie sich mit Hilfe ihrer eigenen Winde und der parallel zum Kohlenstoß
ausgespannten Kette od. dgl. am Abbaustoß entlangzieht. Während also die erforderlichen
Vorschubkräfte von der Schrämmaschine selbst aufgebracht und von der über das Kettenrad
der Winde verlaufenden Kette aufgenommen werden, nimmt die in der oberen Strecke
stehende Sicherheitswinde oder der hier aufgestellte Haspel über ein an dem Maschinenkörper
befestigtes Seil nur das Gewicht der Schrämmaschine auf. In jedem Bewegungszustand,
sowohl bei der Talfahrt als auch bei der Bergfahrt, muß daher, um die Manövrierfähigkeit
der Schrämmaschine nicht einzuschränken, die Zugkraft des Haspels oder der Sicherheitswinde
möglichst gleich der in Seilrichtung wirkenden Gewichtskomponente der Schrämmaschine
sein und vor allem völlig selbsttätig dem jeweiligen Maschinenvorschub in Größe
und Richtung folgen können.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine hydraulische Sicherheitswinde
zu schaffen, die an ihrer Seiltrommel eine in ihrer Größe von der Handeinstellung
abhängende Umfangskraft erzeugt, die von der Windensteuerung in ihrem eingestellten
Wert unabhängig vom Drehsinn und der Umfangsgeschwindigkeit der Seiltrommel konstant
gehalten wird.
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Zur Lösung dieses Problems geht die Erfindung von einer hydraulischen
Sicherheitswinde aus, die mit einem von einer Servopumpe belieferten Steuerungskreislauf
sowie einem mit Flüssigkeitspumpe und Flüssigkeitsmotor ausgestatteten geschlossenen
Arbeitskreislauf versehen ist. Die vorgeschlagene Lösung kennzeichnet sich dadurch,
daß die-Fördermenge und die Förderrichtung der von der Flüssigkeitspumpe des Arbeitskreislaufes
geförderten Flüssigkeit durch den Betriebsdruck des Arbeitskreislaufs über einen
auf das Pumpenverstellorgan einwirkenden Steuerkreislauf gegen den von Hand verstellbaren
Druck eines elastischen Gliedes geregelt wird. Dabei ist zweckmäßigerweise das Verstellorgan
der den Arbeitskreislauf beliefernden Flüssigkeitspumpe vom Druck des Steuerkreislaufs
beaufschlagbar, wobei die Beaufschlagungsrichtung und die Beaufschlagungsdauer des
auf das Verstellorgan einwirkenden Steuerkreislaufs von einem Schieber gesteuert
werden, der vom Druck des Arbeitskreislaufs gegen den Druck eines in seiner Vorspannung
von Hand verstellbaren elastischen Gliedes beaufschlagt ist und den Steuerkreislauf
bei Druckänderungen des Arbeitskreislaufs im Sinne einer diesen Druckänderungen
entgegenwirkenden Pumpenverstellung auf das Verstellorgan einwirken läßt.
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Die Vorrichtung zur Lösung dieses Verfahrens besteht aus einem als
doppelseitig beaufschlagbarer Kolben ausgebildeten Verstellorgan und einem diesem
Verstellorgan vorgeschalteten; den Steuerkreislauf lenkenden Steuerschieber, der
einerseits vom Betriebsdruck des Arbeitskreislaufs und andererseits vom Druck eines
elastischen, vorzugsweise als Feder ausgebildeten Gliedes beaufschlagt ist. Um die
Stehgeschwindigkeit des Steuerschiebers beeinflussen zu können, kann vor dem Steuersch
leber in dem Steuerkreislauf ein Mengenregelventil_angeordnet sein.
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Da die Sicherheitswinde mit einem das Flüssigkeitsvolumen des Steuerkreislaufs
aufnehmenden und ein entsprechendes Flüssigkeitsvolumen an den Sumpf abführenden
Arbeitskreislauf ausgerüstet ist, wird dem Arbeitskreislauf dauernd gefilterte und
kühle Flüssigkeit zugeführt und. dadurch die Temperatur der arbeitenden Flüssigkeit
niedriggehalten.
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Damit unabhängig von der Drehrichtung der Seiltrommel die jeweilige
Druckseite des Arbeitskreislaufs auf den Steuerschieber einwirken kann, ist zwischen
den beiden Kreislaufseiten ein Spülventil angeordnet, das durch den zwischen ihnen
herrschenden Druckunterschied die jeweilige Druckseite des Arbeitskreislaufs mit
dem Steuerschieber und die jeweilige Saugseite des Arbeitskreislaufs mit dem Sumpf
verbindet. Außerdem sind Rückschlagventile vorgesehen, die das Flüssigkeitsvolumen
des Steuerkreislaufs
in die jeweilige Sauleitung des Arbeitskreislaufs
einspeisen. Der Arbeitskreislauf nimmt daher fortlaufend das von der Servopumpe
geförderte Flüssigkeitsvolumen des Steuerkreislaufs auf und gibt eine entsprechende
Flüssigkeitsmenge über das Spülventil an den Sumpf ab.
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An Hand eines Schaltschemas ist die Arbeitsweise der Erfindung näher
erläutert. In dem geschlossenen Arbeitskreislauf 1, 1' sind die Flüssigkeitspumpe
2 und der die nicht dargestellte Seiltrommel antreibende Flüssigkeitsmotor
4 angeordnet. Die Fördermengeneinstellung der Flüssigkeitspumpe 2 erfolgt
durch das Verstellorgan 5, das als Kolben ausgebildet und wechselweise auf der einen
oder anderen Stirnseite durch den Steuerkreislauf 6 beaufschlagbar ist. Durch die
Servopumpe 7 wird der Steuerkreislauf 6 gespeist. Er beaufschlagt mittels des Steuerschiebers
8 über die Leitung 9 entweder die eine oder die andere Seite des Verstellorganes.
über ein von beiden Seiten des Arbeitskreislaufs 1, 1' in Gegenrichtung beaufschlagtes
Spülventil 10, das durch den Druckunterschied zwischen Saug- und Druckseite
betätigt wird, wirkt immer die jeweilige Druckseite des Arbeitskreislaufs 1, 1'
über die Leitung 11 auf den Steuerschieber 8 ein, während die jeweilige Saugseite
des Arbeitskreislaufs 1, 1' über die Leitung 12 mit dem Sumpf verbunden ist. Dabei
wird von der Saugseite immer so viel Flüssigkeit zum Sumpf abgeführt, wie ihr von
der Servopumpe 7 über die Leitung 13 und das der jeweiligen Saugseite zugeordnete
Rückschlagventil14, 14' zugeführt wird. Es wird somit fortlaufend ein bestimmter
Teil der bereits warmen Flüssigkeit des Arbeitskreislaufs 1, 1' durch abgekühlte
und durch den Filter 15 gereinigte Flüssigkeit des Steuerkreislaufs 6 ersetzt. Der
auf der einen Stirnseite mit dem Druck des Arbeitskreislaufes beaufschlagte Steuerschieber
8 trägt auf seiner anderen Stirnseite eine vorgespannte Feder 16, deren Vorspannung
mit Hilfe des Handsteuerrades 17 entsprechend der gewünschten Windenzugkraft eingestellt
werden kann.
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Beim Einschalten des nicht dargestellten Antriebsmotors laufen die
Flüssigkeitspumpe 2 und die Servopumpe 7 an. Da der Steuerschieber 8 durch
die Vorspannung der Feder 16 in seiner Totlage gehalten wird, rückt der über die
Steuerschiebereindrehung a und die Leitung 18 auf den Zylinderrauch 19 wirkende
Steuerdruck das Stellorgan 5 in die entsprechende Totlage und bringt die Flüssigkeitspumpe
2 auf ihre maximale Förderung. Der sich in dem Arbeitskreislauf unter der Belastung
der Seiltrommel beispielsweise in der Leitung 1 aufbauende Druck schiebt das Spülventil
10 in die entsprechende Totlage und läßt dadurch den Druck dieses Leitungszweiges
über die Leitung 11 auf den Steuerschieber 8 einwirken. Gleichzeitig wird der Leitungszweig
1' des Arbeitskreislaufs über die Leitung 12 mit dem Sumpf verbunden, und der von
der Servopumpe 7 gespeiste Steuerkreislauf speist seine Druckflüssigkeit über das
Rückschlagventil14' in die Saugseite des Arbeitskreislaufs ein. Mit steigender Windenbelastung
erhöht sich der Druck des Arbeitskreislaufs und damit der Beaufschlagungsdruck des
Steuerschiebers B. Letzterer hat unter diesem Beaufschlagungsdruck das Bestreben,
sich mit steigender Last in Richtung auf die Feder 16 zu bewegen. Dabei läuft -
da die Flüssigkeitspumpe 2 mit maximaler Förderung arbeitet - der Bund 26
des Steuerschiebers 8 über die Eindrehung 27 der Bohrung des Schiebergehäuses
28 hinweg und läßt, indem er den Raum 19 des Verstellorgans 5 über die Bohrung
18, die Eindrehung a und die Leitung 22 mit dem Sumpf verbindet, de
'n Druck des. Steuerkreisl$ufs 6 auf die andere Stirnseite des'Verstellorgans'5
in den Raum 21 eintreten. Er reduziert so die maximale Fördermengeneinstellung
der Flüssigkeitspumpe 2 bis auf den Wert, bei dem der Druck des Arbeitskreislaufs
1, 1' den Steuerschieber 8 gegen den Druck der Feder 16 in einer Lage hält,
in der er mit seinem Bund 26 die Eindrehung 27 der Bohrung des Schiebergehäuses
28 abschließt. Erst wenn der Steuerschieber 8 diese Lage erreicht hat, bei der die
Federkraft und der auf den Steuerschieber 8 einwirkende Druck des Arbeitskreislaufs
1, 1' sich aufheben, steht die Drehzahl der Seiltrommel mit der Vorschubgeschwindigkeit
der Last, beispielsweise der zu sichernden Schrämmaschine, im Einklang.
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Mit Hilfe des Handsteuerrades 17 läßt sich die Umfangskraft der Seiltrommel
durch Steigern der Federvorspannung bis auf den erforderlichen Wert anheben. Die
Flüssigkeitspumpe 2 reagiert infolge Änderung der Steuerschieberlage auf diese Handhabung
mit einer Vergrößerung der Fördermenge. Als Folge ergibt sich eine Erhöhung der
Seiltrommeldrehzahl, die wiederum eine Vergößerung der Umfangskraft der Seiltrommel
und damit eine Druck-Steigerung des Arbeitskreislaufs zur Folge hat. Unter der Wirkung
dieses Druckanstieges nimmt der Steuerschieber 8 seine vorherige Lage wieder
ein, in der jetzt die Umfangskraft der Seiltrommel und deren Drehzahl mit der Last
und deren Geschwindigkeit im Einklang stehen. Die durch die Handeinstellung in ihrer
Größe festliegende und weitgehend konstante Umfangskraft der Seiltrommel paßt sich
somit völlig selbsttätig den wechselnden Geschwindigkeiten der zu sichernden Schrämmaschine
von Null bis zu einem durch die Pumpenleistung begrenzten Maximalwert an, da jeder
Geschwindigkeitsänderung der Seiltrommel eine der Druckänderung des Arbeitskreislaufs
1, 1' entgegenwirkende Zu-oder Abnahme der Fördermenge gegenübersteht.
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Darüber hinaus kann die Bewegungsrichtung der zu sichernden Schrämmaschine
auch ohne weiteres umgekehrt werden. In diesem Fall wird der Seiltrommel durch die
Schrämmaschine ein der Maschinenfahrtrichtung entsprechender Drehsinn aufgezwungen.
Der mit ihr getrieblich verbundene Flüssigkeitsmotor 4 arbeitet dann als Pumpe.
Dabei verschiebt der Druck des Arbeitskreislaufs 1, 1' den Steuerschieber 8 so weit
in Richtung der Feder 16, daß der Steuerkreislauf über die Eindrehung b des Steuerschiebers
8 und die Leitung 20 den Zylinderrauen 21 des Verstellorgans 5 beaufschlagt
und.gleichzeitig den Raum 19 über die Leitung 18, die Eindrehung a
und die Leitung 22 mit dem Sumpf verbindet. Das nun in die entgegengesetzte Lage
laufende Verstellorgan 5 gibt der Flüssigkeitspumpe 2 eine Einstellung, in der sie
bei gleichem Drehsinn als Motor arbeitet, indem sie ihre Saug- und Druckseite miteinander
vertauscht. Der Antriebsmotor wirkt in diesem Fall als Bremse und wird, wenn es
sich um einen Elektromotor handelt, mit übersynchroner Drehzahl, also generatorisch,
angetrieben.
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Um die Steuergeschwindigkeit des Verstellorgans 5 beeinflussen zu
können, kann der zu dem Steuerschieber 8 führende Leitungszweig 9 des Steuerkreislaufs
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mit einem Mengenregelventil 23 ausgerüstet sein.
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Zur Vereinfachung der Montage empfiehlt es sich, die beiden Sicherheitsventile
24, 24', die Rückschlagventile 14, 14', das Spülventil 10 und die in den
zum Sumpf führenden Leitungen gelegenen Rückschlagventile in einem gemeinsamen Block
25 anzuordnen.
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Mit der erfindungsgemäßen Steuerung ausgerüstete Sicherheitswinden
sind in ihrem Anwendungsbereich nicht allein auf Schrämmaschinen beschränkt, sondern
lassen sich auch bei anderen, in der steilen Lagerung des Untertagebergbaues arbeitenden
Gewinnungsmaschinen sowie beim Herstellen von Großbohrlöchern mittels Rollochmaschinen
einsetzen. Außerdem ist der Einsatz der vorgeschlagenen Sicherheitswinden überall
da möglich, wo zu hebende Lasten od. dgl. gesichert werden müssen.