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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Vorspannung eines endlos über Antriebsräder von Antriebsstationen und/oder Umlenkräder von Umlenkstationen umlaufenden Bandes nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Kettenvorspannungsregelung für im Bergbau eingesetzte Streb- und Streckenfördereranlagen. Solche Förderer haben ein endloses Kettenband, das über die Antriebsräder einer Hauptantriebsstation und einer Hilfsantriebsstation umläuft. Beide Antriebsstationen können mit einer Spanneinrichtung versehen sein; häufig wird jedoch auf eine Spanneinrichtung an der Hauptantriebsstation verzichtet, da der Regelungsaufwand extrem hoch ist, wenn zwei in entgegengesetzten Richtungen wirkende Spanneinrichtungen zu regeln sind. Einige Förderer haben nur die Hauptantriebsstation, während die Kette an der ”Hilfsantriebsstation” nur eine Richtungsumkehr erfährt. Im weiteren wird daher zwar der Ausdruck Antriebsstation verwendet; hierunter sollen aber auch gegebenenfalls antriebslose Umkehrstationen verstanden werden.
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Bei sehr starker Beladung oder bei Blockierungen des Strebförderers wie auch bei sehr langen Streben kann der Hauptantrieb ausgelastet sein, so daß dann der Hilfsantrieb bis zu 40% Leistung in das Obertrum einbringt. Hängekette im Untertrum tritt dann nicht auf. Anders sieht es dagegen im Obertrumbereich des Hilfsantriebes aus. In diesem kann weiter Hängekette auftreten. Zur Vermeidung von Hängekette hat es sich als günstig erwiesen, den Abstand der an Haupt- und Hilfsantrieb angeordneten Kettenräder zu variieren. Das Auftreten von Hängekette kann durch das Bedienpersonal überwacht werden und durch manuelle Änderung das Kettenabstandes wieder beseitigt werden. Im kontinuierlichen Betrieb ist die Überwachung durch dauernde Beobachtung durch Bedienpersonal allerdings ungeeignet. Daher wird heutzutage zur Vermeidung von Hängekette die Kette vorgespannt. Da sich im Betrieb des Strebförderers die erforderliche Kettenvorspannung ständig ändert, sind Regelungsverfahren zur Änderung der Vorspannung entwickelt worden.
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Bei einem ersten Verfahren wird das Auftreten von Hängekette durch Sensoren überwacht. Hierzu sind Kettenabstandssensoren notwendig, mit denen der Kettengliedabstand gemessen wird. Eine solche Sensorik ist teuer und hat, bedingt durch den Montageort direkt an den Antrieben, eine recht kurze Standzeit.
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Aus ”Glückauf” 122 (1986) Nr. 13 ist als theoretischer Ansatz ein zweites Verfahren bekannt, bei dem die Kettenvorspannungsregelung durch Messen der Abstützkraft des Kettenrades sowie des eingeleiteten Drehmomentes erfolgen soll. Die Abstützkraft soll dazu mit einer Kraftmessdose, das Drehmoment mit einem Messgetriebe ermittelt werden. Unter der Annahme, daß die Abstützkraft der Summe von ein- und auslaufender Kettenkraft entspricht und das Drehmoment der Differenz der ein- und auslaufenden Kettenkraft entspricht, soll mit einer Auswerteeinheit die Kettenkraft des auslaufenden Trums bestimmt werden und dann die Regelgröße für den Hub des Spannzylinders bilden. Eine Erprobung und Umsetzung dieses Verfahrens steht noch aus.
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Aus der
DE 44 13 321 A1 sind ein Verfahren zur Kettenvorspannungsregelung sowie eine Einrichtung hierzu bekannt, die bei einem Strebförderer eingesetzt werden, bei dem ein Kettenband endlos über die Antriebsräder von Antriebsstationen umläuft. Mindestens eine der Antriebsstationen weist eine Spanneinrichtung mit einem hydraulischen Spannzylinder zum Vorspannen der Kette auf. Dem Spannzylinder ist eine Druck-Meßeinrichtung zugeordnet, mit der der Gesamtdruck in dem Hydraulikzylinder gemessen wird. Die Regelung der Vorspannung erfolgt nach einer Druckdifferenzmethode. Hierzu weist die Spanneinrichtung neben dem Drucksensor auch einen Wegsensor auf. Die Kontrolle des Spannungszustandes der Kette erfolgt dadurch, daß der Kolbenhub des Spannzylinders kontinuierlich um einen definierten Teilhub hydraulisch verstellt wird und daß gleichzeitig sowohl die Druckänderung als auch die Wegänderung gemessen wird. Wenn bei der definierten Kolbenbewegung eine große Druckänderung vorliegt, also in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Kolbens ein starker Druckanstieg oder Druckabfall im Zylinderraum auftritt, erkennt die Auswerteeinheit, daß die Kette bereits stark gespannt ist. Ergibt sich hingegen keine nennenswerte Druckänderung, erkennt die Auswerteeinheit, daß Hängekette vorhanden ist und spannt diese weg. Hierzu wird der Abgleich über den definierten Kolbenhub solange fortgesetzt, bis eine in der Auswerteeinheit als Sollwert gespeicherte Druckänderung erreicht ist. Da das Regelungsverfahren ausschließlich nach Druckänderungen regelt, ist die Regelung insgesamt relativ langsam und die Justage der Regelparameter speziell bei sehr kurzen Förderern kompliziert.
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Aus der
DE 34 16 288 A1 ist ein Verfahren zum Regeln der Vorspannung eines endlos über Antriebsbänder oder Umlenkräder von Antriebs- oder Umlenkstationen umlaufenden endlosen Bandes, insbesondere einer Kette oder eines Kettenbandes eines Strebbetriebsmittels wie ein Kettenkratzförderer bekannt, wobei wenigstens eine der Antriebs- oder Umlenkstationen eine Spanneinrichtung mit einem hydraulischen Spannzylinder aufweist, dem eine Druck-Meßeinrichtung zugeordnet ist, mit der der Gesamtdruck in dem Spannzylinder gemessen wird, wobei zur Vorspannungseinstellung als Regelgröße der Druck in dem Spannzylinder in Abhängigkeit von der Stromzufuhr des Antriebsmotors verändert wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, mit einem möglichst einfachen und kostengünstigen Verfahren das Auftreten der Hängekette an einem Bandförderer eliminieren zu können.
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Diese Aufgabe wird in ihrem verfahrensmäßigen Aspekt durch die in Anspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst. Erfindungsgemäß wird zur Kettenvorspannungseinstellung als Regelgröße der Gesamtdruck nach Maßgabe einer Kennlinie in dem Spannzylinder verändert, wobei die Kennlinie empirisch und/oder experimentell ermittelt wird. Zur automatischen Regelung wird die Stromaufnahme des Antriebs desjenigen Antriebsrades gemessen, dem die Spanneinrichtung zugeordnet ist, und der Gesamtdruck in dem Stellzylinder wird in Abhängigkeit von der gemessenen Stromaufnahme auf einen dieser zugeordneten Sollwert geregelt.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß z. B. bei Auftreten von Hängekette im vom Hilfsantrieb ablaufenden Obertrum die Kettenzugkraft im Obertrum gleich Null ist und der dann theoretisch vorliegende Druck im Spannzylinder proportional zum abgegebenen Drehmoment des Antriebs der Hilfsantriebsstation ist. Anders als bei dem aus der
DE 44 13 321 A1 bekannten Verfahren wird bei der Erfindung als Regelgröße nicht die sich ergebende Druckänderung bei konstanter Wegänderung herangezogen, sondern nur der gemessene Gesamtdruck als Regelgröße verwendet. Der Druck im Spannzylinder (und dadurch gegebenenfalls der Hub des Spannzylinders) wird solange verändert, bis er einem voreingestellten Sollwert entspricht, der für die momentane Stromaufnahme des Antriebs desjenigen Antriebsrades vorher festgelegt wurde, dem die Spanneinrichtung zugeordnet ist. Die Sollwerte für die verschiedenen Betriebszustände des Förderers werden durch Versuche ermittelt und können in Form einer Kurve gespeichert sein. Der oder die Spannungszylinder werden bei der Regelung also soweit aus- bzw. eingefahren, bis der Druck im Zylinder dem momentanen Drucksollwert entspricht, unabhängig davon, wie weit der Zylinder hierfür ein- oder ausgefahren werden muß. Wird die Vorspannung so eingestellt, daß der Druck im Spannzylinder höher als derjenige Druck ist, bei dem für den gemessenen Stromaufnahmewert Hängekette auftritt, wird im Obertrum eine Kettenkraft erzeugt und folglich kann Hängekette nicht vorliegen.
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Das Verfahren erfordert also weder eine kontinuierliche Bewegung des Spannzylinders, noch ist ein Sensor für eine Wegmessung erforderlich. Vielmehr wird bei dem Verfahren der Spanndruck auf den Sollwert in Abhängigkeit von dem gemessenen Stromaufnahmewert unmittelbar eingestellt, dabei wird der Sollwert des Gesamtdrucks einer Kennlinie entnommen, in der jedem Stromaufnahmewert ein einzustellender Gesamtdruck zugeordnet ist. Die Kennlinie wird vorzugsweise in die Auswerteeinheit eingegeben und dort gespeichert. Es versteht sich, daß in der Auswerteeinheit mehrere Kennlinien z. B. für unterschiedliche Fördererlängen gespeichert sein können.
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In der Kennlinie können die bekannten Parameter, wie z. B. Beladungszustand, Streb- bzw. Fördererlänge, Strebverlauf, Fördererbreite etc. berücksichtigt werden. Günstig ist es, wenn in der Kennlinie der Gesamtdruck dadurch festgelegt wird, daß zu einem Basisdruckwert, bei dem Hängekette gerade vermieden wird oder verschwindet, ein Mindestzusatzdruck addiert wird. Vorteilhafterweise läßt sich der Basisdruck dadurch ermitteln, daß der Gesamtdruck solange verringert wird, bis gerade eine Hängekette auftritt, wobei der zugehörige Stromaufnahmewert dann gespeichert wird. Im einfachsten Ansatz des Verfahrens wird ein für alle Stromaufnahmewerte konstanter Mindestzusatzdruck angenommen. Bei einer komplizierter zu erstellenden Kennlinie wird der Mindestzusatzdruck für jeden Stromaufnahmewert einzeln oder in Bereichen festgelegt.
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Zur Festlegung der Kennlinie können aber auch experimentelle, rechnerische und empirische Methoden vermischt werden. So kann das Festlegen der Kennlinie z. B. dadurch erfolgen, daß nur zwei Punkte der Kennlinie experimentell ermittelt werden und die Kennlinie selbst eine Gerade ist. Hierzu kann z. B. der Förderer einerseits im lastfreien Betrieb, andererseits im vollbeladenen Zustand betrieben werden und die sich hierbei ergebenden Stromaufnahmewerte und Druckwerte werden gespeichert. Die Verbindungsgerade bestimmt dann die Gesamtdruckwerte für die weiteren Stromaufnahmewerte.
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Zur Ermittlung des Drucksollwertes zum Wegspannen der Hängekette kann gemäß einem nebengeordneten erfindungsgemäßen Verfahren anstelle einer Kennlinie auch ein Proportionalitätsfaktor vorgegeben werden, mit dem die gemessene Stromaufnahme oder der hierfür ermittelte Basisdruckwert multipliziert wird. Auch in diesem Proportionalitätsfaktor können die bekannten Parameter, wie z. B. Beladungszustand, Fördererlänge, Strebverlauf, Fördererbreite etc. berücksichtigt werden.
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Zur Durchführung des Verfahrens reicht aus, dass bei einem Kettenkratzförderer neben der Druckmesseinrichtung eine Messeinrichtung für die Stromaufnahme vorgesehen ist, weswegen der Wartungsaufwand und die Störanfälligkeit dieser Anlage geringer als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen. Mit der Auswerteeinheit wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt.
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Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit einem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 in starker schematischer Vereinfachung einen Kettentrieb mit Spanneinrichtung für das Kettenspannen;
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2 ebenfalls in schematischer Vereinfachung einen einzelnen Spannzylinder mit zugeordnetem Drucksensor und elektronischer Auswerteeinheit; und
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3 ein Diagramm mit Kennlinien zur Regelung der Kettenvorspannung.
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1 zeigt in einer einfachen Schemadarstellung ein um Antriebs- und Umkehrräder 1 und 2 umlaufendes endloses Kettenband 3, das bei einem Kettenkratzförderer das in einer Förderrinne umlaufende endlose Kratzerkettenband bzw. bei einer Hobelanlage die Hobelkette bildet, mit der die Förderelemente bzw. der Hobel in üblicher Weise verbunden sind. Bei einem als Strebförderer verwendeten Kettenkratzförderer befindet sich das als Kettentrommel ausgebildete Kettenrad 1 im Maschinenrahmen des Förderers an der sogenannten Hauptantriebsstation I, während das am anderen Ende des Förderers angeordnete Kettenrad 2 mit seinem Maschinenrahmen und Antrieb die sogenannte Hilfsantriebsstation II bildet. Die Kettenradantriebe am Hauptantrieb I und am Hilfsantrieb II sind nicht gezeigt.
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Zur Spannung des Kettenbandes 3 ist die Hauptantriebsstation I, vorzugsweise jedoch die Hilfsantriebsstation II mit einer Spanneinrichtung versehen, die mindestens einen hydraulischen Spannzylinder 4 aufweist, mit dessen Hilfe das zugeordnete Kettenrad 1 bzw. 2 in Richtung des Doppelpfeiles 5 verstellt werden kann, um eine optimale Kettenspannung am Kettenband 3 einstellen zu können. Die Kettenräder 1 und 2 können hierbei im betreffenden Maschinenrahmen in Pfeilrichtung 5 verschieblich geführt sein, wie dies bekannt ist. Andererseits können die die Kettenräder 1 und 2 aufnehmenden Maschinenrahmen aber auch als mit dem Spannzylinder 4 teleskopierbare Teleskoprahmen ausgeführt sein, wie dies ebenfalls bekannt ist. Zur Einstellung der optimalen Kettenvorspannung wird der Abstand zwischen den Kettenrädern 1 und 2 verändert.
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Ein optimaler Kettenlauf ergibt sich, wenn während des laufenden Betriebs die Kette 3 unabhängig von den verschiedenen betrieblichen Einflüssen weder übermäßig stark gespannt ist noch im Umlaufbereich um die Kettenräder 1 und 2 durchhängt, also Hängekette zeigt. Um während des Betriebs diese optimale Kettenspannung zu erreichen, erfolgt im laufenden Betrieb eine ständige Regelung der Kettenspannung durch entsprechende Steuerung oder Regelung des oder der Spanneinrichtungen bzw. ihrer hydraulischen Spannzylinder 4.
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In 1 ist die Drehrichtung der Kettenräder 1 und 2 durch die Pfeile 6 angegeben. Es ist erkennbar, daß sich am Kettenrad 1 der Hauptantriebsstation I beim Ablauf der Kette 3 von diesem Kettenrad sogenannte Hängekette 3' im Untertrum des Kettenbandes befinden kann, während sich an der Hilfsantriebsstation II eine solche Hängekette 3'' im Kettenobertrum bilden kann. Bei Hängekettenbildung 3'' Obertrum ist die Kettenzugkraft unmittelbar nach Ablauf der Kette vom Hilfsantrieb praktisch gleich Null, so daß bei einem Kräftegleichgewicht die Kettenzugkraft im Kettenuntertrum und somit der im Spannzylinder 4 gemessene Druck proportional zu der abgegebenen Leistung des Kettenantriebs am Hilfsantrieb ist. Folglich ist die Kettenzugkraft bzw. der im Spannungszylinder herrschende Druck auch proportional zur Stromaufnahme dieses Antriebs. Die Stromaufnahme des Hilfsantriebs ist auf einfache Weise messbar. Da die Kolbenfläche des Spannzylinders bekannt ist, läßt sich im Betriebszustand mit Hängekettenbildung 3'' folgende Beziehung aufstellen: I PGES × A.
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Hierbei ist
- PGES:
- Der Gesamtdruck im Spannzylinder
- I:
- Die Stromaufnahme des Kettenantriebs
- A:
- Kolbenfläche des Spannzylinders.
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Experimentell, empirisch oder rechnerisch können diejenigen Stromaufnahmewerte und Gesamtdruckwerte bestimmt werden, bei dem die Hängekette 3'' im Obertrum gerade vermieden wird (Vergrößerung des Antriebsradabstandes) oder Hängekette gerade auftritt (Verringerung des Kettenradabstandes). Der sich hierbei jeweils ergebende Basisdruckwert PB ist für die unterschiedlichen Beladungsbedingungen des Förderers verschieden. Bei den im Bergbau eingesetzten Antriebsmotoren wie Asynchronmotoren verändert sich bei unterschiedlichen Beladungsbedingungen des Förderers auch der gemessene Stromaufnahmewert. Um nun in jedem Betriebszustand Hängekette 3'' im Obertrum sicher zu vermeiden, wird nicht der entsprechend der gemessenen Stromaufnahme erforderliche Basisdruckwert PB, sondern ein Sollwert eingestellt, der um einen Mindestzusatzdruck höher als der Basisdruckwert PB ist. Dieser Sollwert wird vorab festgelegt, wie weiter unten noch erläutert werden wird.
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2 zeigt in größerer Darstellung und in schematischer Vereinfachung einen einzelnen Spannzylinder 4 mit seinem Zylinderteil 7, dem darin geführten Kolben 8 und Kolbenstange 9. Der Spannzylinder 4 ist an eine hydraulische Hochdruckleitung Z und den hydraulischen Rücklauf R angeschlossen, wobei in den Leitungen Elektromagnetventile 10 angeordnet sind, die von einer elektronischen Auswerte- und Ansteuereinheit 11 über elektrische Ansteuerleitungen 12 und 13 geschaltet werden können. Die Magnetventile 10 können unmittelbar am Spannzylinder 4 angebaut sein, aber auch vom Spannzylinder getrennt in den Hydraulikleitungen Z und R angeordnet werden. Der Spannzylinderraum 14 des Spannzylinders 4 ist über eine mit der Zulaufleitung Z verbundene Pumpe 15 mit Hydraulikfluid füllbar und mit dem Hydraulikdruck der Druckleitung Z beaufschlagbar. Die Auswerteeinheit 11 ist über eine elektrische Signalleitung 16 mit der Pumpe 15 verbunden, um die Pumpleistung und den in der Hydraulikleitung Z herrschenden Druck verändern zu können. Mit 17 ist ein Drucksensor bezeichnet, der in den Spannzylinder 4 integriert ist. Er kann sich z. B. am Boden des Spannzylinders und/oder an dessen Kolbenstange 9 befinden. Hydraulikzylinder, die mit einem Drucksensor ausgerüstet sind, sind im Bergbau bekannt, so daß sich bezüglich der Ausbildung und Anordnung dieses Sensors weitere Erläuterungen erübrigen. Der Drucksensor 17 misst den hydraulischen Druck im Spannzylinderraum 14. Die von ihm gelieferten elektrischen Drucksignale werden über die Signalleitung 18 der Auswerte- und Ansteuereinheit 11 zugeführt. Über eine weitere elektrische Signalleitung 19 ist die Auswerte- und Ansteuereinheit 11 mit einer Meßeinrichtung 20 verbunden, mit der die Stromaufnahme I des Antriebs 21 der entsprechenden Hilfsantriebsstation II oder I gemessen wird. Mit dem Antrieb 21 ist eines der Kettenräder 1, 2, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Getriebes, antreibbar.
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Die Regelung des Spannungszustandes des Kettenbandes 3 erfolgt nach einer Kennlinie B, K oder K', wie sie in 3 wiedergegeben ist. Möglichkeiten zur Ermittlung dieser Kennlinien B, K, K' und die Regelung der Vorspannung unter Berücksichtigung dieser Kennlinien B, K, K' werden nun erläutert:
Erfahrungsgemäß tritt bei leerem Förderer und einem Spanndruck von etwa 50 bar im ablaufenden Trum noch Hängekette auf. Durch Vergrößerung des Spanndrucks um etwa weitere 10 bar kann diese Hängekette aufgehoben werden. Um eine zu hohe Vorspannkraft und hierdurch bedingten zu hohen Verschleiß der Kette zu vermeiden, wird bei leerem Förderer der Druck des Hydraulikfluids im Spannzylinderraum 14 ausgehend von etwa 60 bar bei geöffnetem Magnetventil 10 solange vermindert, bis an der Hilfsantriebsstation II im Obertrum gerade Hängekette 3'' auftritt. Der zugehörige Basisdruck PB1 und die sich einstellende Stromaufnahme Ileer werden gemessen und beide Messwerte werden gespeichert. Danach wird der Förderer unter Vollast betrieben. Der Druck im Zylinderraum 14 des Spannzylinders 4 wird solange gesteigert, bis gerade keine Hängekette 3'' an der Hilfsantriebsstation II auftritt. Der gemessene Basisdruck ist in 3 mit PB2 bezeichnet. Die beiden mittels der Drucksensoren 17 gemessenen Druckwerte PB1, PB2 werden durch die Gerade B verbunden, so daß in einem ersten Ansatz jeder einzustellende Druckwert bei einem Stromaufnahmewert zwischen Ileer und Ivoll bestimmt werden kann. Zur Sicherheit erfolgt die Regelung vorzugsweise aber nicht nach dem ermittelten Basisdruckwert PB1, PB2 sondern nach einer der Kennlinien K, K', bei denen zu den Basisdruckwerten PB1, PB2 noch ein Mindestzusatzdruck PM1, PM2 addiert wurde. Bei der Kennlinie K ist der addierte Mindestzusatzdruck PM1 für alle Betriebszustände konstant, während der Mindestzusatzdruck PM2 bei der Kennlinie K' mit zunehmendem Beladungszustand ansteigt. Es kann aber auch nach der Kennlinie B geregelt werden.
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Nachdem die Kennlinien B, K, K' einmal festgelegt sind, kann die Regelung nun mittels dieser Kennlinien erfolgen. Im Betrieb stellt sich der Motor 21 automatisch unter Aufrechterhaltung z. B. einer konstanten Drehzahl auf den vorliegenden Beladungszustand ein. Die Stromaufnahme I des Motors 21 wird dann gemessen und der Gesamtdruck im Zylinderraum 14 wird auf den in der Kennlinie K oder K' festgehaltenen, erforderlichen Wert PGes eingestellt. Da in der Kennlinie K, K' der Mindestdruck zum Wegspannen der Hängekette berücksichtigt ist, kann eine Hängekette nicht auftreten. Die in der Kennlinie K, K' enthaltenen Werte bilden also die Sollwerte, auf die der von dem Drucksensor 17 gemessene Druck im Spannzylinderraum 14 eingestellt wird. Da die Kennlinien K, K' außerdem sämtliche Belastungsfälle berücksichtigen, führt das Verfahren das Wegspannen der Hängekette schnell und präzise durch. Je präziser die Kettenlinie K, K' ermittelt wird, desto genauer kann der Kettenzustand über alle Beladungszustände im optimalen Bereich gehalten werden.
