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Geschwindigkeits-Sollwertgeber für Treibscheibenfördermaschinen Bei
Koepe- oder Treibscheibenfördermaschinen wird die zulässige Beschleunigung oder
Verzögerung der Fördergestelle oder -gefäße durch den Seilrutsch begrenzt. Der Größtwert
der zulässigen Beschleunigung oder Verzögerung bei einer Fördermaschine hängt von
Größe und Bewegungsrichtung der unausgeglichenen Last ab. Als unausgeglichene Last
wird der Gewichtsunterschied zwischen den beiden Trumen (Fördergestelle bzw. -gefäße
oder Gegengewicht sowie Ober- oder Unterseil) bezeichnet.
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Bei Beschleunigung während des Förderns oder Einhängens wird die Seiltrutschgrenze
im allgemeinen wegen des begrenzten Maximaldrehmomentes des Fördermotors nicht erreicht,
oder die Beschleunigung wird auf einen noch im ungünstigsten Fall zulässigen Wert
begrenzt. Es besteht also kaum Anlaß zur Anwendung besonderer Einrichtungen, welche
das Anfahren unter Ausnutzung der mit Rücksicht auf Seilrutsch höchstzulässigen
Beschleunigung ermöglichen.
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Dagegen ist schon eine elektrische Schachtfördereinrichtung mit Regelorganen
für konstanten Motorstrom und konstante Fördergeschwindigkeit bekannt, die die jeweils
höchste mit Rücksicht auf Seilrutsch zulässige Verzögerung ausnutzt und auf diese
Weise die Gesamtzugzeit herabsetzt. Diese Einrichtung für elektrische Schachtfördermaschinen
erfaßt Größe und Richtung des Fördermotorstromes während der Periode konstanter
Fördergeschwindigkeit und speichert den ermittelten Wert zur Beeinflussung des darauffolgenden
Verzögerungsvorganges. Die dazu erforderlichen Recheneinrichtungen, die den Fördermotorstrom
für eine bestimmte Zeitspanne integrieren, sind teils mechanischer, teils elektrischer
Natur und arbeiten unter anderem mit Integrationsmotoren, Lastwaagen, festgebremsten
Wälzreglern mit Relais, die je nach Größe und Richtung des Fördermotorstromes ansprechen,
oder einem elektrischen Integrator.
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Die Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge werden durch ein Programm,
z. B. eine mit dem Teufenzeiger gekuppelte Kurvenscheibe, über einen Geschwindigkeits-Sollwertgeber
wegabhängig gesteuert. Durch die vorgenannten Einrichtungen wird der vom Geschwindigkeits-Sollwertgeber
gelieferte wegabhängige Sollwert für die Fördermaschinensteuerung während der Verzögerungsperiode
noch zusätzlich lastabhängig beeinflußt.
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Soweit diese Einrichtungen aus nicht bewegten Bauelementen aufgebaut
sind, haben sie deren bekannte Vorzüge gegenüber Einrichtungen mit mechanisch bewegten
Teilen, wie Motoren, Relais. Letztere bedürfen im allgemeinen einer häufigeren Wartung
und haben eine größere Störanfälligkeit. Der neue Geschwindigkeits-Sollwertgeber
vermeldet die Nachteile der mit mechanisch bewegten Teilen arbeitenden Einrichtungen
und hat gegenüber den mit nicht bewegten Teilen arbeitenden Einrichtungen bei gleicher
oder besserer Wirkungsweise den Vorteil eines wesentlich einfacheren und übersichtlicheren
Schaltungsaufbaues. Die Lösung besteht darin, daß eine Steuerwicklung des Hallwandlergedächtnisses
über eine konstante Gleichspannungsquelle und einen Betriebsschalter an eine dem
Fördermaschinenstrom proportionale Spannung gelegt ist und daß weiterhin ein elektrisches
Multiplikationsglied vorhanden ist mit einem Lastgrößeneingang, der mit dem Ausgang
des Hallwandlergedächtnisses verbunden ist und einem Laststellungseingang, der an
den Ausgang eines Gebers für einen von der Stellung des Fördermittels im Schacht
abhängigen Strom- oder Spannungswert angeschlossen ist, so daß am Ausgang des Multiplikationsgliedes
ein von Größe, Stellung und Bewegungsrichtung der unausgeglichenen Last abhängiger
Strom- oder Spannungswert als Geschwindigkeitssollwert für die Regelung der Fördermaschine
zur Verfügung steht.
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Es ist auch bereits eine elektronische Torschaltung mit Hallwändlern
bekannt, die durch verhältnismäßig kurze Impulse steuerbar ist und Gedächtniseigenschaften
aufweist. Diese bekannte Schaltung ist jedoch vorzugsweise zur Impulsübertragung
und -verstärkung bei hohen Frequenzen bis zu 1010 Hz geeignet und für Steuer-, Prüf-
und ähnliche selbsttätige Anlagen sowie Rechenmaschinen vorgesehen.
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Zur näheren Erläuterung des neuen Geschwindigkeits-Sollwertgebers
für Treibscheibenfördermaschinen wird auf die Zeichnung verwiesen. Es zeigt
F
i g. 1 ein Ausführungsbeispiel des Sollwertgebers mit Hallgeneratoren, F i g. 2
die Magnetisierungsschleife des Hallwandlergedächtnisses.
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In F i g. 1 ist mit HWG das Hallwandlergedächtnis, mit M das
Multiplikationsglied und mit T ein an sich bekannter Geber zur Lieferung
eines von der Stellung bzw. dem Weg des Fördermittels im Schacht abhängigen Signals
bezeichnet.
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Die nach Betrag und Richtung von der Größe und Bewegungsrichtung der
unausgeglichenen Last abhängige Eingangsspannung Up. liegt an einem Widerstand
RE und über einen einstellbaren Widerstand RS, eine konstante Gleichspannungsquelle
Us und einen Betriebsschalter SB an der Steuerwicklung Ws des Hallwandlergedächtnisses
HWG. Der Eisenkern EH
des HallwandlergedächtnissesHWGbesitzt eine möglichst
rechteckige Magnetisierungsschleife.
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Die Löschwicklung WL des Hallwandlergedächtnisses HWG ist über
einen Schalter SL und einen einstellbaren Widerstand RL an eine Gleichspannungsquelle
UL angeschlossen. Im Luftspalt des Eisenkernes EH befindet sich als magnetfeldabhängiges
Glied ein Haugenerator HGG, der über einen einstellbaren Widerstand RH von einer
Gleichspannungsquelle UH gespeist wird und eine nach Betrag und Richtung der Luftspaltinduktion
des Hallwandlergedächtnisses HWG proportionale AusgangsspannUng UG liefert.
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Der Lastgrößeneingang des Multiplikationsgliedes M wird durch
die Magnetisierungswicklung WG
gebildet, durch die ein der Ausgangsspannung
UG des Hallwandlergedächtni.sses HWG proportionaler Strom fließt. Der Eisenkern
EM des Multiplikationsgliedes M, der eine möglichst flache Magnetisierungsschleife
aufweist, erhält über die Wicklung Wv und den einstellbaren Widerstand Rv von der
Gleichspannungsquelle Uv eine bestimmte Vormagnetisierung zur Einstellung des Arbeitspunktes
auf der Magnetisierungsschleife. Das magnetfeldabhängige Glied HG,« im Luftspalt
des Eisenkernes Ein ist ein Hallgenerator, der von einem Geber T, bestehend aus
einem einstellbaren Widerstand RT, einem Vollweggleichrichter G und einem Drehtransformator
D, mit einer Gleichspannung UT gespeist wird. Der Drehtransformator D, der an einer
konstanten Netzwechselspannung UN liegt, wird von der Kurvenscheibe K verstellt
und liefert nach Gleichrichtung die von der Stellung des Fördermittels im Schacht
abhängige Spannung UT. Als Ausgangsspannung UM des Multiplikationsgliedes
M steht dann ein last- und wegabhängiger Sollwert UM über einen Verstärker
V für die Geschwindigkeitsregelung der nicht dargestellten Fördermaschine zur Verfügung.
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In F i g. 2 ist in einem Koordinatensystem die Magnetisierungsschleife
des Eisenkernes EH des Hallwandlergedächtnisses HWG dargestellt. Längs der Ordinate
ist die Luftspaltinduktion B des Eisenkerns E,, und längs der Abszisse die auf den
Eisenkern EH aufgebrachte Magnetisierung H aufgetragen. Durch die
über die Löschwicklung WL (nach F i g. 1) auf den Eisenkern EH aufgebrachte Löschmagnetisierung
HL erreicht der Eisenkern EH die Sättigung im Punkt L der Magnetisierungsschleife.
Nach Abschalten der Löschmagnetisierung HL ergibt sich ein RemanenzwertL'
der Luftspaltinduktion, der bei entsprechender Auswahl von Kernmaterial und Kernform
nur wenig von dem Wert L abweicht. Der Remanenzwert L' der Luftspaltinduktion stellt
den Ausgangspunkt für die Speicherung der dem Fördermotorstrom proportionalen Eingangsspannung
UE des Hallwandlergedächtnisses HWG dar. Durch Aufbringen einer Magnetisierung HP,
die sich aus einer dem Fördermotorstrom proportionalen Magnetisierung
HE und einer der konstanten Gleichspannung US proportionalen Magnetisierung
Hs zusammensetzt, wird der Punkt P der Magnetisierungsschleife erreicht. Die Magnetisierung
HE kann der konstanten Magnetisierung H5 sowohl gleich- als auch entgegengerichtet
sein. Ihr größter Betrag ist so einzustellen, daß die resultierende MagnetisierungHp
den Eisenkern weder in Sättigung bringt, noch die Richtung der durch HS angegebenen
Magnetisierung umkehrt. Die MagnetisierungHs allein hat eine solche Größe und Richtung,
daß sie, ausgehend vom Punkt L' der Magnetisierungsschleife, bei einer Eingangsspannung
UE = 0 des Hallwandlergedächtnisses HWG im Eisenkern EH die Induktion
B = 0 bewirkt.
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Nach Abschalten der Magnetisierung HP geht die Luftspaltinduktion
B vom Punkt P auf den Remanenzwert P'. Die remanente Luftspaltinduktion P' ist nach
Größe und Richtung dem Fördermotorstrom bzw. der von diesem bewirkten Eingangsspannung
Up.
proportional.
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Durch kurzzeitiges Einschalten der Löschmagnetisierung HL läßt
sich der Eisenkern EH des Hallwandlergedächtnisses HWG wieder auf den Ausgangswert
L' der Luftspaltinduktion bringen.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Geschwindigkeits-Sollwertgebers
gemäß der Erfindung sei angenommen, daß die Eingangsspannung UE des Hallwandlergedächtnisses
HWG nach Größe und Richtung dem Augenblickswert des Fördermotorstromes einer (nicht
dargestellten) Gleichstromfördermaschine proportional sei und die Luftspaltinduktion
des Eisenkernes EH im Hallwandlergedächtnis HWG den Wert L' habe. Zur Speicherung
des Fördermotorstromes bzw. der ihm proportionalen Eingangsspannung UG wird während
einer Periode konstanter Fördergeschwindigkeit der Betriebsschalter SB durch eine
geeignete Hilfseinrichtung (nicht dargestellt) selbsttätig während eines kurzen
Zeitintervalls geschlossen und wieder geöffnet. Über die Steuerwicklung WS wird
während dieses Zeitintervalls im Eisenkern EH des Hallwandlergedächtnisses
HWG beispielsweise eine Magnetisierung P (F i g. 2) bewirkt, die bei wieder geöffnetem
Betriebsschalter SB die remanente Luftspaltinduktion P' ergibt. Die AusgangsspannungUG
des HallwandlergedächtnissesH WG entspricht dann in Größe und Richtung dem vorher
erfaßten und im Eisenkern EH gespeicherten Wert des Fördermaschinenstromes bei konstanter
Fördergeschwindigkeit und stellt eine von Größe und Richtung der unausgeglichenen
Last abhängige elektrische Größe dar. Sie beeinflußt über die den Lastgrößeneingang
des Multiplikationsgliedes M bildende Magnetisierungswicklung W(1 die Ausgangsspannung
U,w des Multiplikationsgliedes.
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Unabhängig davon wird in dem Geber T eine wegabhängige elektrische
Größe UT erzeugt und über die Steuerelektroden des Hallgenerators HGM, die den Laststellungsei-ngang
bilden, ebenfalls dem Multiplikationsglied M zugeführt. Der dem Produkt der beiden
Größen proportionale Wert UM beeinfiußt nach entsprechender Verstärkung auf
einen Ausgangswert UA als Geschwindigkeitssollwert den Geschwindigkeitsregler
in
der Fördermaschine (nicht dargestellt).
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Der so gebildete Geschwindigkeitssollwert ist ein überlastabhängig
modifizierter wegabhängiger Wert, der es ermöglicht, bei gleichzeitiger entsprechender
Verschiebung des Bremseinsatzpunktes mit der jeweils höchsten, mit Rücksicht auf
Seilrutsch zulässigen Verzögerung abzubremsen und damit bei jedem Wert der unausgeglichenen
Last eine optimal kurze Zugzeit zu erreichen. So wird z. B. beim Einhängen einer
unausgeglichenen Last ein niedriger Verzögerungswert vorgegeben und der Bremseinsatzpunkt
selbsttätig vorverlegt und beim Fördern einer unausgeglichenen Last ein höherer
Verzögerungswert zugelassen und zugleich der Bremseinsatzpunkt selbsttätig näher
an den Haltepunkt zurückverlegt, so daß beim Fördern längere Zeit mit der maximalen
Fördergeschwindigkeit gefahren und damit die Gesamtzugzeit herabgesetzt werden kann.
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Man kann die Anordnung dabei so treffen, daß die Ausgangsspannung
U.1 einem Geschwindigkeitssollwert während der Verzögerungsperiode entspricht und
der Bremseinsatzpunkt dadurch markiert ist, daß die Ausgangsspannung UA des Multiplikators
M den der vollen Fördergeschwindigkeit entsprechenden Wert der Spannung unterschreitet.
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Die last- und wegabhängige Ausgangsspannung UA des Multiplikators
M kann zu einem Sollwert-Istwert-Vergleich mit der geschwindigkeitsproportionalen
Spannung eines an die Fördermaschinenwelle angekuppelten Tachodynamos herangezogen
werden. Mit der Sollwert-Istwert-Differenz kann die Geschwindigkeitsregelung der
Fördermaschine beeinflußt werden.
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Nach Beendigung des Förderzuges wird das Hallwandlergedächtnis HWG
durch Erregung über seine Löschwicklung WL gelöscht.
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Zur Verwendung des Sollwertgebers nach der Erfindung bei Drehstromfördermaschinen
kann man die Phasenlage oder die über- bzw. untersynchrone Drehzahl der Fördermaschine
als Kriterium für die Bewegungsrichtung der überlast und die Größe des Fördermaschinenstromes
als Maß für die Größe der überlast erfassen und daraus eine in Größe und Richtung
der unausgeglichenen Last entsprechende Eingangsspannung Up bilden.
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An Stelle der im Ausführungsbeispiel gebrachten Haugeneratoren läßt
sich mit nur unwesentlichen Schaltungsänderungen auch je ein magnetfeldabhängiger
Widerstand verwenden, dessen Durchgangsstrom dann sowohl von der an diesem liegenden
Gleichspannung als auch von dem den Widerstand durchsetzenden Magnetfeld abhängt.
In Sonderfällen kann auch die Verwendung von Magnetfeldröhren an Stelle der Haugeneratoren
zweckmäßig sein.