DE19707172C1

DE19707172C1 - Antriebseinheit für Förderanlagen, insbesondere Bandantriebsanlage

Info

Publication number: DE19707172C1
Application number: DE19707172A
Authority: DE
Inventors: Eugen Spintzyk
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1997-02-22
Filing date: 1997-02-22
Publication date: 1998-10-29
Anticipated expiration: 2017-02-23
Also published as: PL329375A1; PL192535B1; GB9822133D0; US6220024B1; GB2328494B; ZA981271B; AU727786B2; AU6397898A; WO1998037337A1; GB2328494A

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für eine Förderanlage mit einer Antriebsmaschine, einer hydrodynamischen Kupplung sowie einem Betriebsmittel-Versorgungssystem.

Es ist bekannt, in Förderanlagen, insbesondere von Gurtbandförderern, zur Realisierung einer langsamen ruckfreien Beschleunigung der Anlage, der Dämpfung von Belastungsstößen und zum Belastungsausgleich Antriebseinheiten mit einer hydrodynamischen Kupplung einzusetzen. Damit soll vor allem eine verschleißfreie Kraftübertragung, ein entlasteter Motoranlauf und eine sanfte Beschleunigung schwerster Massen erzielt werden. Bei Gurtbandförderen fallen diese Vorteile besonders ins Gewicht aufgrund des bei der Kraftübertragung auftretenden Schlupfes. Durch eine entsprechende Betriebsweise der Antriebseinheit kann eine Erhöhung der Gurtlebensdauer erzielt werden.

Insbesondere beim Einsatz im Bergbau ist es üblich, diese Kupplungen mit dem Betriebsmittel Wasser zu betreiben.

Zur Realisierung der Wärmeabfuhr im Dauerbetrieb werden diese Kupplungen und der Betriebsmittelkreislauf derart ausgeführt, daß ständig Betriebsmittel aus dem Arbeitskreislauf der Kupplung und damit die bei der Kraftübertragung entstehende Wärme abgeführt wird.

Im allgemeinen kommen zwei Systeme zur Anwendung -

1. die Verwendung eines offenen Systems
2. die Verwendung eines geschlossenen Systems.

Beim Einsatz eines offenen Systems werden die Kupplungen aus einer Frischwasserleitung gespeist. Bei Verwendung einer Doppelkupplung, d. h. einer Kupplung mit zwei Kreisläufen beinhaltet die Wassersteuerung zwei Wasserkreisläufe. Zum Anfahren werden diese - auch als Arbeitskreisläufe bezeichnet - mit einem großen Volumenstrom befüllt, während im Dauerbetrieb auf einen reduzierten Volumenstrom im System umgeschaltet wird. Dieser dient zur Abführung der bei der Kraftübertragung anfallenden Wärme.

Aufgrund des ständigen Durchlaufes von Betriebsmittel, d. h. der ständigen gleichmäßigen Zu- und Abfuhr von Frischwasser in und aus dem Arbeitsraum ist das Gesamtsystem einfach und überschaubar und baut sehr klein. Ein separater Kühler zur Abfuhr der anfallenden Schlupfwärme aus der Betriebsflüssigkeit ist nicht erforderlich. Nachteilig gestaltet sich jedoch der hohe Wasserverbrauch, da ständig Frischwasser zum Durchlauf durch die Kupplung bereitgestellt werden muß. Die Bereitstellung kann je nach Einsatzfall problematisch sein.

Eine zweite bekannte Möglichkeit besteht darin, das Betriebsmittel in einem geschlossenen System mit integrierten Kühleinrichtungen zu fördern. Die Kupplungen werden zu diesem Zweck aus einem Tank über Verbindungsleitungen in Form von Schläuchen gespeist. Der Tank ist vom Niveau her unterhalb der Kupplungen angeordnet. Das Betriebsfluid aus der Kupplung, insbesondere dem Arbeitsraum, kann somit aufgrund der Schwerkraft zurück in den Tank fließen. Für den Betrieb ist jedoch eine Pumpe erforderlich, die das im Tank befindliche Betriebsmittel in den Arbeitskreislauf der Kupplung fördert. Aufgrund der Leistungsübertragung durch das Betriebsmittel erwärmt sich dieses. Es sind deshalb am äußeren Umfang der Kupplung Abspritzdüsen vorgesehen, über welche ein allmählicher Austritt des Betriebsmittels erfolgt. Das abgeführte erwärmte Betriebsmittel sammelt sich im Betriebsmittelauffang- bzw. Kupplungsgehäuse und gelangt von dort aufgrund der Schwerkraft in den Tank zurück.

Ein derartig geschlossenes System zeichnet sich insbesondere durch eine wassersparende Betriebsweise aus, erfordert jedoch eine erhöhte Anzahl von Bauteilen und Elementen sowie einen erhöhten Platzbedarf, insbesondere aufgrund der Notwendigkeit des Vorsehens von Zulaufleitungen zwischen Tank und Kupplung und des zur Realisierung des Rücklaufes erforderlichen Höhenunterschiedes zwischen Arbeitsraum und Tank.

Eine gattungsgemäße Antriebseinheit für eine Förderanlage mit einer Antriebsmaschine und einer hydrodynamischen Kupplung, umfassend ein Pumpen- und ein Turbinenrad, welche miteinander einen mit Betriebsmittel befüllbaren Arbeitsraum bilden, welchem ein Betriebsmittelversorgungssystem zugeordnet ist, ist aus der Druckschrift DE 195 12 367 A1 bekannt. Das Betriebsmittelversorgungssystem umfaßt einen geschlossenen Kreislauf. Neben dem geschlossenen Kreislauf sind zwei weitere Kreisläufe in Form eines Füll- und Entleerkreislaufes vorgesehen. Die einzelnen Kreisläufe sind über Ventileinrichtungen jeweils wahlweise separat zu- oder abschaltbar. Der Nachteil einer derartigen Ausführung besteht im wesentlichen in einer komplizierten und langen Verrohrung aufgrund der langen Leitungswege. Desweiteren ist es zur Realisierung von Teilfüllungen erforderlich, daß die einzelnen Ventileinrichtungen getaktet betrieben werden müssen. Derartig ständig getaktete Ventile haben eine erheblich geringere Lebensdauer und das Takten selbst führt zu unerwünschten Füllungs- bzw. Drehzahlschwankungen im Antriebssystem. Das System zeichnet sich durch einen erheblich höheren steuerungstechnischen Aufwand aus.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Kupplung derart in ein Antriebssystem für Förderanlagen, insbesondere Bandantriebsanlagen, zu integrieren und deren Betriebsmittelversorgung während der einzelnen Betriebsphasen derart zu gestalten, daß die Nachteile der bekannten Lösungen vermieden und der Aufwand für das Steuersystem minimiert werden kann. Insbesondere sollte auch aufgrund des Einsatzes bei Mehrmotorenantrieben das gesamte Befüllungssystem bei gleichzeitiger Erhöhung der thermischen Kapazität kleiner bauen, die Verstellgeschwindigkeit der Kupplung erhöht und die Funktion der Schleichfahrt verbessert werden. Außerdem soll die gesamte Einheit mit möglichst wenig Fremdenergie arbeiten können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung umfaßt bei der eingangs beschriebenen Antriebseinheit das Betriebsmittel-Versorgungssystem einen geschlossenen Kreislauf. Dieser Kreislauf enthält eine Bypass-Schaltung. In der Bypass-Schaltung befindet sich ein Betriebsmitteltank, der sich über der Kupplung befindet und somit als Hochbehälter ausgebildet ist. Eine besondere Pumpe zum Füllen der Kupplung ist somit nicht erforderlich. In der Bypass-Schaltung sind ferner Ventile vorgesehen. Zum Befüllen des Arbeitsraumes der Kupplung werden die Ventile entsprechend gesteuert.

Durch diese Gestaltung des Kreislaufes mit Bypass-Schaltung läßt sich die Kupplung beim Anfahren der Antriebsmaschine rasch befüllen.

Es versteht sich, daß eine Kühleinrichtung vorgesehen werden muß, um die in der Kupplung anfallende Wärme abzuführen. Zweckmäßigerweise wird ein Kühler in den genannten Kreislauf geschaltet. Aufgrund der Gestaltung der gesamten Antriebseinheit ist ein Lüfter nicht erforderlich.

Zum Entleeren der Kupplung während der Hochlaufphase der Antriebsmaschine befindet sich im Kreislauf eine Pumpe, die der Kupplung nachgeschaltet ist.

Die Kupplung kann beispielsweise derart gestaltet sein, wie in DE 42 24 728 A1 beschrieben.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 verdeutlicht schematisch eine erfindungsgemäße Ausführung eines Betriebsmittelversorgungssystems einer hydrodynamischen Kupplung;

Fig. 2a zeigt eine konstruktive Ausgestaltungsmöglichkeit der hydrodynamischen Kupplung im Axialschnitt;

Fig. 2b zeigt eine Draufsicht in Achsrichtung.

Die Fig. 1 verdeutlicht schematisch ein erfindungsgemäß gestaltetes Betriebsmittelversorgungssystem einer Turbo-Kupplung, umfassend zwei Kreisläufe, insbesondere für den Einsatz in Förderanlagen im Bergbau. Als Betriebsfluid wird dabei vorzugsweise Wasser verwendet.

In Fig. 1 erkennt man einen Kreislauf 1. Dieser enthält eine hydrodynamische Kupplung 2, umfassend ein Pumpenrad und ein Turbinenrad, die miteinander einen Arbeitsraum bilden. Der Arbeitsraum ist mit Betriebsmitteln füllbar. Die Kupplung 2 ist zwischen einer Antriebsmaschine und einer anzutreibenden Maschine geschaltet, beispielsweise an eine Förderanlage für den Bergbau.

Der Kreislauf 1 umfaßt ferner eine Pumpe 3 zum Entleeren der Kupplung 2. Es folgt ein Temperatur-Meßgerät 4. Weiterhin ist eine Kühleinrichtung 5 vorgesehen. In einer Bypass-Leitung befindet sich ein Rückschlagventil 6. Es folgt ein Druckmeßgerät 7, ein weiteres Rückschlagventil 8, eine Blende 9 sowie eine Venturidüse 10.

An den Kreislauf 1 ist eine Bypass-Schaltung 11 angeschlossen. Diese enthält ein 2/2-Wegeventil 12, einen Betriebsmitteltank 13 mit einem Maximalniveau 13.1, einem Minimalniveau 13.2 und einem Überlauf 13.3. Dem Betriebsmitteltank ist ein Niveauschalter 14 zugeordnet. Es folgt ein weiteres 2/2-Wegeventil 14.

Der Betriebsmitteltank 13 befindet sich oberhalb der Kupplung 2. Somit ist zum Befüllen des Arbeitsraumes der Kupplung 2 keine Pumpe notwendig.

Die Bypass-Schaltung 11 ist über die Venturidüse 10 an den Kreislauf 1 angekoppelt.

Kreislauf 1 mit Bypass-Schaltung 11 stellen zwar ein geschlossenes System dar. Sie müssen jedoch irgendwann einmal mit Betriebsmittel, z. B. mit Wasser, gefüllt werden. Hierzu ist ein Betriebsmittelanschluß 15 vorgesehen. Zwischen Anschluß 15 und Bypass-Schaltung 11 ist ein 2/2-Wegeventil 16 geschaltet, umgehbar durch eine Bypass-Schaltung mit Kugelhahn 17, ferner eine Blende 18.

Die Fig. 2a verdeutlicht eine Möglichkeit der konstruktiven Ausführung der hydrodynamischen Kupplung 2.

Diese ist beispielsweise als Doppelkupplung ausgeführt, welche zwei toroidale Arbeitskreisläufe 20 und 21 aufweist, welche jeweils von einem Primärrad 22 bzw. 23 und einem Sekundärrad 24 bzw. 25 gebildet werden. Dabei werden die beiden Primärräder von einer Antriebswelle 26 angetrieben. Die beiden Sekundärräder hingegen sind mit einer Abtriebswelle 27 drehfest verbunden. Die beiden Primärräder 22 bzw. 23 sind durch einen Zylinderabschnitt 28 drehfest miteinander verbunden. Der Zylinderabschnitt 28 erstreckt sich dabei über den Arbeitsraum hinaus. Dieser weist eine Bedeckung 30 auf, welche als Schleuderscheibe wirkt und die sich in bezug auf die beiden Arbeitsräume 20 und 21 in axialer Richtung symmetrisch erstreckt. Der Zylinderabschnitt 28 ist ferner über den Arbeitsraum hinaus verlängert, so daß er einen Schöpfraum 29 bildet. Der Schöpfraum 29 selbst läuft mit dem Zylinderabschnitt 28 um. Es sind ferner mengenregulierbare Bohrungen oder Dosierventile 31 vorgesehen, über die die Arbeitsflüssigkeit in den Schöpfraum 29 gelangt. Es ist des weiteren ferner ein hier nicht dargestelltes Schöpfrohr vorgesehen, mittels welchem das ausgetretene Betriebsmittel in ein Rücklaufsystem gefördert wird.

Des weiteren sind, im einzelnen in der Fig. 2b dargestellt, Vorkammern 32 und 33 vorgesehen. Diese weisen jeweils eine Einlaßöffnung 34 bzw. 35 auf. Die Vorkammern sind mit einer Schälkante 36 bzw. 37 ausgerüstet, wobei die beiden Schälkanten 36 bzw. 37 jeweils derart gestaltet und angeordnet sind, daß die von der Schleuderscheibe 30 mitgerissene Leckflüssigkeit auf deren Weg nach oben abgeschält und in die betreffende Vorkammer 32 bzw. 33 eingeleitet wird. Aufgrund der Doppelanordnung der beiden Vorkammern 32 und 33 und der beschriebenen Gestaltung und Anordnung der Schälkanten 36 und 37 ist ein Betrieb in beiden Drehrichtungen möglich. In jedem Fall wird jedoch die Leckflüssigkeit von der Schleuderscheibe 30 abgeschält. Des weiteren sind jeweils eine Leitung 38 und 39 vorgesehen, die die betreffenden Vorkammern 32 und 33 mit dem Schöpfraum 29 verbinden.

Die Kupplung 2 weist ein Gehäuse 40 auf, welches eine zur Kupplungsachse K im wesentlichen konzentrische Umfangswand 41 sowie zwei im wesentlichen scheibenförmige Stimwände 42 und 43 umfaßt. Die beiden Vorkammern 32 und 33 können beispielsweise unter Heranziehung der Umfangswand 41 des 40 Gehäuses gebildet werden. Es sind jedoch auch andere Möglichkeiten denkbar. Die Vorkammern sind zweckmäßigerweise in der Höhe der Axialmittelebene angeordnet und erstrecken sich in Umfangsrichtung um eine gewisse Strecke über diese Mittelebene hinaus. Die Arbeitsflüssigkeit, die sich infolge von Leckagen oder aber beim Abstellen der Kupplung im Gehäuse ansammelt kann beim Anfahren mittels der Schleuderscheibe in die Vorkammern gefördert werden. Die hierbei auftretenden Verluste durch die Beschleunigung und Scheibenreibung sind minimal. Die Arbeitsflüssigkeit strömt sodann aus den Vorkammern drucklos in den mitrotierenden Schöpfraum.

Claims

1. Antriebseinheit für eine Förderanlage, insbesondere für eine Bandantriebsanlage

1. 1.1 mit einer Antriebsmaschine;
2. 1.2 mit einer hydrodynamischen Kupplung (2), umfassend ein Pumpen- und ein Turbinenrad, welche miteinander einen mit Betriebsmittel füllbaren Arbeitsraum bilden;
3. 1.3 die hydrodynamische Kupplung (2) ist wenigstens mittelbar mit einer Antriebswelle der Förderanlage koppelbar;
4. 1.4 der hydrodynamischen Kupplung ist ein Betriebsmittel- Versorgungssystem zugeordnet;
5. 1.5 das Betriebsmittel-Versorgungssystem umfaßt einen geschlossenen Kreislauf (1);

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. 1.6 der Kreislauf (1) umfaßt eine Bypass-Schaltung (11);
2. 1.7 in der Bypass-Schaltung (11) befindet sich ein Betriebsmitteltank (13);
3. 1.8 der Betriebsmitteltank (13) ist oberhalb der Kupplung (2) angeordnet.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypass-Schaltung (11) über eine Venturidüse (10) an den Kreislauf (1) angekoppelt ist.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreislauf (1) eine Kühleinrichtung (5) vorgesehen ist.

4. Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (5) einen Wärmetauscher umfaßt.

5. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

1. 5.1 der Kühleinrichtung (15) ist eine Stelleinrichtung mit einem Eingang zum Empfang eines Stellsignals und einem Ausgang zugeordnet;
2. 5.2 es ist eine Temperaturmeßeinrichtung (4) vorgesehen;
3. 5.3 die Temperaturmeßeinrichtung (4) ist mit dem Eingang der Stelleinrichtung gekoppelt;
4. 5.4 der Ausgang der Stelleinrichtung ist mit der Kühleinrichtung (5) gekoppelt.

6. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. 6.1 die Bypass-Schaltung (11) ist an einen Betriebsmittelanschluß (15) angeschlossen;
2. 6.2 zwischen Betriebsmittelanschluß (15) und Bypass-Schaltung (11) ist ein 2/2-Wegeventil (16) geschaltet.

7. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. 7.1 der Kreislauf (1) enthält ein Druckmeßgerät (7);
2. 7.2 das Druckmeßgerät (7) ist mit einer Betätigungseinrichtung eines den Zulauf zur Kupplung (2) regelnden Ventils (14) derart gekoppelt, daß das Ventil (14) bei Unterschreiten eines geforderten Druckwertes den Zulauf freigibt.