DE2303250B2

DE2303250B2 - Vorrichtung zum belastungsausgleich einer aus mindestens zwei antriebsgruppen bestehenden antriebseinheit einer arbeitsmaschine, insbesondere bergbaumaschine

Info

Publication number: DE2303250B2
Application number: DE19732303250
Authority: DE
Inventors: Egon Dr.-Ing. 4300 Essen; Wildförster Heinrich 4660 Gelsenkirche n-Buer Henkel
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1973-01-24
Filing date: 1973-01-24
Publication date: 1976-03-18
Also published as: FR2214997A1; US3974716A; DE2303250A1; FR2214997B3; GB1454831A

Description

Bei den im Bergbau verbreiteten Arbeitsmaschiner mit umlaufender Kette, z. B. Kettenkratzerförderer unc

ίο Kohlenhobelanlagen, sind im allgemeinen elektromechanische Antriebseinheiten in Gebrauch, d. h. elektrische Antriebsmotoren, und zwar meist Asynchronmotoren und mechanische Übersetzungs- oder Schaltgetriebe. Durch unterschiedliche Kettenlängungen innerhalt des endlosen Kettenstranges treten an den Antriebsket tensternen Drehzahldifferenzen auf, die zu einer ungleichen Lastverteilung an den meist räumlicr voneinander entfernt angeordneten Antriebsmotorer führen. Dies hai bei hoher Betriebsbelastung eine Überlastung eines der meist zwei Antriebsmotoren zur Folge, so daß durch das Ansprechen der Sicherheitseinrichtung ungewollte Stillstände verursacht werden Wenn kein Belastungsausgleich erfolgt, können die auftretenden Überlastungen nur durch Überdimensionierung der Antriebsmotoren vermieden werden.

Es ist bekannt, bei Asynchronmotoren mit Schleifringläufern ein elektrisches Verfahren zur Lastverteilung, die sogenannte elektrische Ausgleichswelle anzuwenden. Bei diesem Verfahren ist es insbesondere

ίο nachteilig, daß es im Steinkohlenbergbau unter Tage au; Sicherheitsgründen (Explosionsgefahr) nicht wirtschaftlich anwendbar ist, da eine Explosionsschutzeinrichtung nur unter Inkaufnahme schwerwiegender anderer Nachteile, z. B. sehr hoher Kosten und großer Abmessungen sowie eines hohen Gewichts, zu verwirklichen wäre.

Es sind ferner mechanische Einrichtungen zurr Belastungsausgleich von an einer Arbeitsmaschine angreifenden mehreren Motoren bekannt, z. B. Diffe rentialgetriebe, die jedoch wegen der rauhen Betriebsbedingungen unter Tage (Staub, räumliche Enge Transportschwierigkeiten) oder weil sie zu komplizieri oder zu teuer sind, in den Bergbau keinen Eingang finden konnten.

Es sind auch schon Vorrichtungen zum hydraulischer Belastungsausgleich einer aus mindestens zwei An triebsgruppen bestehenden Antriebseinheit bekanni (GB-PS 11 39 959), wobei jede Antriebsgruppe jeweils aus einer Hydropumpe und einem Hydromotor bestchi und diese hydrostatischen Getriebe, um den Belastungs ausgleich zu erzielen, über Ausgleichsleitungen mitein ander verbunden sind. Dabei ist es jedoch nachteilig, daC die Leistung in vollem Umfange rein hydrostatisch übertragen wird, was einen niedrigen Wirkungsgrac bedingt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, der ungleichen Lastverteilung au mehrere eine Arbeitsmaschine antreibende Asynchron motoren mit Hilfe eines insbesondere für der Untertagebetrieb geeigneten Getriebeaggregats entge genzuwirken, das auch die Nachteile von elektrischer Ausgleichsverfahren (Explosionsgefahr), von mecha nisch wirkenden Ausgleichsvorrichtungen (Anfälligkei gegen Staubeinwirkungen, großer Raumbedarf, Trans portschwierigkeiten) und von hydraulisch gekoppelter hydrostatischen Getrieben (niedriger Wirkungsgrad vermeidet.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Belastungs

lusgleichsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptinspruchs (GB-PS 11 39 959) durch die Benutzung der im Kennzeichen des Hauptanspruchs aufgeführten Merkmalsgruppen a) und b) gelöst.

Die Verwendung von hydrostatischen Verdrängereinheilen nach den Merkmalen a) des Hauptar.spruchs ist allgemein üblich, z. B. bei hydrostatischen Kupplungen mit rotierendem Gehäuse und Verdränserrotor (GB-PS 8 75 150).

Bei hydrostatischen Ausgleichsgetrieben ist es schon ₎₀ bekannt, hydrostatische Verdrängereinheiten über hydraulische Kanäle miteinander zu verbinden, um Energie in gewissem Maße auszutauschen (DT-OS 18 07 769). Es handelt sich hierbei jedoch um eine grundsätzlich andere Vorrichtungsgattung, da nicht mindestens zwei Leistungsantriebsgruppen vorhanden sind.

Weiterhin ist es bei Antriebseinheiten mit zwei Antriebsgruppen, die jeweils aus einen Elektromotor, einer Hydropumpe und einem Hydromotor bestehen, allgemein bekannt, daß durch unmittelbare Koppelung der Druckmittelleitungen dieser hydrostatischen Verdrängersysteme ein Belastungsausgleich erreicht wird (US-PS29 70 441).

Durch die Erfindung wird erreicht, daß sich die Drehzahlen der Asynchronmotoren einander angleichen, wenn die Drehzahlen der Antriebswellen der Arbeitsmaschine systembedingt unterschiedliche Werte haben. Entsprechend der Kennlinie der Asynchronmotoren bedeutet das, daß alle Motoren gleich große Leistungen aufnehmen und damit z. B. bei den unter Tage an kettengetriebenen Arbeitsmaschinen verwendeten Asynchronmotoren die oben beschriebenen Überlastungen vermieden werden. Es ist somit mit Hilfe der Erfindung möglich, zu einer Verringerung der erforderlichen installierten Gesamtleistung der Antriebsmotoren oder, unter Beibehaltung der Größenordnung der gebräuchlichen Antriebsmotoren, zu einer Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Arbeitsmaschine zu gelangen. Da die Leistungsübertragung zwischen den Asynchronmotoren und den zugehörigen Antriebswellen der Arbeitsmaschine jeweils direkt, und zwar mechanisch, erfolgt und nur die Lastdifferenzen, die nur wenige Prozent der gesamten Leistungsübertragung ausmachen, hydraulisch über hydrostatische Verdrängereinheiten ausgeglichen werden, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein erheblich günstigerer Gesamtwirkungsgrad als bei hydrostatischen Getrieben erzielt, bei denen die gesamte Leistung hydraulisch übertragen wird. so

In den Unteransprüchen, für die r.ur Schutz im Zusammenhang mit dem Hauptanspruch begehrt wird, sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung aufgeführt.

Die hydrostatische Verdrängereiaheit kann, wenn zwischen Asynchronmotoren und Arbeitsmaschine eine Getriebeeinheit vorgesehen ist, zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe oder zwischen der Arbeitsmaschine und dem Getriebe oder auch zwischen zwei Getriebestufen des Getriebes angebracht sein. „j

Wegen der \bhängigkeit des zu übertragenden Antriebsmomentes von der Druckhöhe k.inn die sicherheitliche Überwachung der Arbeitsmaschine gegen Überlastungsschädtn durch ein Überdruckventil im hydraulischen Kreislauf erfolgen. Diese Druckbegren- <,_s zung innerhalb des Systems ermöglicht einen auf beliebige Werte einstellbaren und unverzögert wirkenden Überlastungsschutz der Arbeitsmaschine, so daß

z. B. auf die üblichen Scherboizensicherungen verzichtet werden kann.

Durch Kurzschließen von Druck- und Saugleitung kann ein Druckaufbau der hydrostatischen Verdrängereinheit verhindert werden, so daß kein Moment übertragen wird. Durch den Einbau eines Vorspannventils in diese KurzschluÖleitung kann ein allmählicher Druckaufbau als Anfahrhilfe bewirkt werden, um den Anfahrvorgang der Arbeitsmaschine beliebig steuern zu können. Gleichzeitig ist auf diese Weise ein automatisches Auskuppeln des Antriebes möglich, so daß ein Nachlaufen der Arbeitsmaschine auf den geringstmöglichen Wert reduziert wird. Bei Hobelanlagen hat dies den Vorteil, daß geringere Stallängen benötigt werden. Weiterhin können durch ein entsprechend weiches Anfahren und Abbremsen sowie durch Fahren mit verringerten Geschwindigkeiten Reparaturarbeiten sicherer durchgeführt werden als bisher. Schließlich kann über eine definierte Druckhöhe eine erwünschte definierte Kettenvorspannung der Keile der Arbeitsmaschine eingestellt werden.

Da der Druck im System ein Maß für die Belastung der Arbeitsmaschine ist, kann durch die Erfassung der Druckhöhe mittels eines Meßgerätes sowie Weitergabe und entsprechende Verarbeitung der Meßwerte eine lastabhängige Folgesteuerung aufgebaut und zum Steuern der eigenen oder anderer Arbeitsmaschinen oder Arbeitsvorgänge ausgenutzt werden. Wenn z. B. die Arbeitsmaschine ein Strebförderer ist, an dem ein Kohlenhobel geführt ist, kann dieser über die Folgesteuerung abgeschaltet werden, sobald der Strebförderer überladen ist.

Die Antriebe der Arbeitsmaschine können gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 als Reversierantriebe ausgebildet werden, um das Umschalten der Amriebsmoioren zu vermeiden. Damit steht der Arbeitsmaschine eine einfache Schaltkupplung für den häufig erwünschten Reversierbetrieb zur Verfügung, wobei der Antriebsmotor stets in der gleichen Richtung weiterlaufen kann, gleichgültig, welche Drehrichtung dem Antriebskettenstern der Arbeitsmaschine gegeben wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung in einem Beispiel näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 in schematism-tier Darstellung die Arbeitsmaschine mit drehzahlangeglichenem Mehrmotorenantrieb,

F i g. 2 eine hydrostatische Verdrängereinheit.
F i g. 3 eine Drehmoment-Drehzahlkennlinie und
Fig.4 eine Drehmoment-Keuenwegkennlinie des Gegenstandes der Fig. 1 sowie

F i g. 5 in schematischer Abbildung einen Reversierantrieb für eine Arbeitsmaschine.

In der F 1 g. 1 ist schematisch eine Arbeitsmaschine 10 dargestellt, die im Beispiel eine kettengetriebenc Bergbaurnaschine ist, die z. B. ein Kohlenhobel oder ein Strebförclerer sein kann. Die Arbeitsmaschine 10 wird im Beispiel von zwei Antriebsgruppen 11,12 gemeinsam angetrieben. Bei jeder Antriebsgruppe 11, 12 ist eine hydrostatische Verdrängereinheit 1, bestehend aus einem Gehäuseteil 3, einem Verdrängerrotor 4 unc einem Versorgungsteil 2 zwischen das Getriebe 9 unc den Antriebskettenstern 5J eingeschaltet, um /u einei Drehzahlungleichung der heilen Antriebskeitensternc 53 zu gelangen. Entsprechend den jeweiligen techni sehen Gegebenheuen kann die hydrostatische Verdrän gcreinheit 1 aber auch ebensogut zwischen Asynchron motor 8 und Getriebe 9 oder aber auch /.wischen zwe

getrennten Getriebestufen angeordnet sein. Die beiden räumlich voneinander entfernten Antriebsgruppen 11, 12 sind einmal mechanisch über eine Kette 52 und zum anderen hydrostatisch über Druckmittelleitungen 70, 71 miteinander verbunden. Da innerhalb der Kette 52 unterschiedliche Kettenlängungen auftreten, laufen die Antriebskettensterne 53 mit verschiedenen Drehzahlen um, was eine unterschiedliche Lastaufnahme der Asynchronmotoren 8 zur Folge hat, wenn nicht, wie dies die Erfindung vorschlägt, ein Drehzahlausgleich über die hydrostatischen Drehzahleinheiten 1 vorgenommen wird, indem in diesen über die Druckmittelleitungen 70, 71 ein Druckausgleich vorgenommen wird, so daß die beiden Asynchronmotoren 8 mit gleicher Drehzahl umlaufen und gleichmäßig belastet werden.

In der F i g. 2 ist eine hydrostatische Drehzahleinheit 1 abgebildet. Sie besteht aus einem Gehäuseteil 3 und einem Verdrängerrotor 4, die drehbar an einem Versorgungsteil 2 angeordnet sind, der feststeht. Der Gehäuseteil 3 der hydrostatischen Drehzahleinheit 1 ist fest mit einer Abtriebswelle 81 des hier nicht dargestellten Asynchronmotors 8 verbunden. Der Verdrängerrotor 4 ist fest an eine Antriebswelle 51 der hier ebenfalls nicht abgebildeten Arbeitsmaschine 10 angeschlossen. Gehäuseteil 3 und Verdrängerrotor 4 sind iri üblicher Weise in gleicher Richtung und gegeneinander drehbar. Der feststehende Versorgungsteil 2 ist im Beispiel seitlich an die hydrostatische Drehzahleinheit 1 angeschlossen und umschließt die Antriebswelle 51. Im Versorgungsteil 2 sind ein Druckkanal 21 und ein Saugkanal 22 angeordnet, die eine Verbindung 31 zum Gehäuseteil 3 haben. An den Druckkanal 21 schließt eine Druckleitung 71 und an den Saugkanal 22 eine Saugleitung 70 an, die zur hydrostatischen Drehzahleinheit 1 der anderen Antriebsgruppe 11 bzw. 12 führen. Die Leitungen 70, 71 können aber auch kurzgeschlossen und mit Ventilen, Drosseln oder anderen Armaturen ausgerüstet sein.

Bei baugleichen Asynchronmotoren stehen bei gleicher angelegter Spannung die aufgenommene elektrische Leistung Pel und das Drehmoment M an der Abtriebswelle in einem bestimmten Verhältnis zur Drehzahl, das durch die Kurve Kin F i g. 3 wiedergegeben ist. Wenn zwei an einer kettengetriebenen Arbeitsmaschine 10 installierte Asynchronmotoren 8, z. B. durch unterschiedlich gelängte Kcttenabsc'hnitte innerhalb der endlosen Kette, gezwungen werden, mit unterschiedlichen Drehzahlen πι und m zu laufen, st) unterscheiden sich zwangläufig auch die jeweils aufgenommenen elektrischen Leistungen Pch und Pek bzw. die übertragenen Drehmomente M\ und M2 entsprechend den Punkten 100 und 200 auf der Kurve K. Bei einer angenommenen gleichbleibenden Gesamtlast führt dies zu Lastverschiebungen, wie sie in Fig. 4 (Strich-Kreis-Linie) dargestellt sind. Bei einer Einschaltung hydrostatischer Drehzahleinheiten 1 zwischen die Asynchronmotoren 8 und die Antriebskettensterne 53 werden die unterschiedlichen Drehzahlen m und m der letzteren ausgeglichen, so daß die beiden Motoren 8 mit einer mittleren Drehzahl nn umlaufen und jeder die gleiche elektrische Leistung Pein aufnimmt und das gleich Drehmoment Mn abgibt, entsprechend den durchgezogenen Linien I und II in den F1 g. 3 und 4, so daß Überlastungen eines Asynchronmotors 8 auf Kosten des zweiten vermieden werden.

In Fig.5 sind zwischen den Asynchronmotoren 8 und den Anlriebskettensternen 53 der hier nicnt abgebildeten Arbeitsmaschine 10 zwei parallel nebeneinander angeordnete Getriebestufen 91,92 eingeschaltet, einmal bestehend aus einem Zahnrad 98, einer hydrostatischen Drehzahleinheit 18 und einem Zahnrad

96, zum anderen bestehend aus einem Zahnrad 99. einer hydrostatischen Drehzahleinheit 19 und einem Zahnrad

97. Dabei wird durch die Getriebestufe 91 die Drehrichtung 80 des Asynchronmotors 8 über dii Drehrichtung 180 in die Drehrichtung 181 de« Antriebskettensterns 53 umgesetzt und durch die Getriebestufe 92 über die Drehrichtung 190 die Drehrichtung 191 des Antriebskettensterns 53, die wieder der Drehrichtung 80 des Asynchronmotors t entspricht, erzielt. Die jeweils nicht benötigte Getriebe stufe 91 bzw. 92 wird durch Herausnehmen dei jeweiligen hydrostatischen Drehzahleinheit 18 oder 1< aus dem Druck-, Saug-Krcislauf (70, 71 in F i g. 1 stillgelegt. Der Asynchronmotor 8 der Antriebsmaschi ne 10 kann somit stets in der gleichen Richtun; (Drehrichtung 80 im Beispiel) umlaufen, gleichgülti; welche Drehrichtung, z.B. 181 bzw. 191 wem Getriebestufe 18 bzw. 19 eingeschaltet ist, de Antriebskettenstern 53 erhalten soll. Ein solche Reversierantrieb ermöglicht es. das unerwünscht! Umschalten des Asynchronmotors 8 auf eine anden Drehrichtung zu vermeiden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Belastungsausgleich einer aus mindestens zwei Antriebsgruppen bestehenden Antriebseinheit, bei der in jeder Antriebsgruppe ein Asynchronelektromotor über Einschaltung je eines hydrostatischen Verdrängersystems mit einer Ausgangswelle gekoppelt ist, die gemeinsam mit den gegebenenfalls mit unterschiedlichen Drehzahlen umlaufenden Ausgangswellen der anderen Antriebsgruppen eine Arbeitsmaschine, insbesondere Bergbaumaschine, treibt und die Lastdifferenz an den Ausgangswellen durch hydraulische Koppelung der einzelnen hydrostatischen Verdi ängersystem·=; ausgeglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) jedes hydrostatische Verdrängersystem (3, 4) als hydrostatische Verdrängereinheit mit einem rotierenden Gehäuseteil (3) und einem Verdrängerrotor (4) ausgebildet ist und

b) jede der beiden Druckmittelleitungen (70, 71) jedes hydrostatischen Verdrängersys'ems (3„ 4) mit der jeweils entsprechenden Druckleitung der anderen Systeme unmittelbar verbunden ist.

2. Vorrichtung zum Belastungsausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatische Verdrängereinheit (1) zwischen dem Asynchronmotor (8) und einem Getriebe (9) angebracht ist.

3. Vorrichtung zum Belastungsausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatische Verdrängereinheit (1) zwischen der Arbeitsmaschine (10) und einem Getriebe (9) angebracht ist.

4. Vorrichtung zum Belastungsausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatische Verdrängereinheit (1) zwischen zwei Getriebestufen eines Getriebes (9) angebracht ist.

5. Vorrichtung zum Belastungsausgleich nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Saugleitung (70) bzw. Druckleitung (71) ein Überdruckventil eingesetzt ist.

6. Vorrichtung zum Belastungsausgleich nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß /wischen Saugleitung (70) und Druckleitung (71) eine Kurzschlußleitung (73) angebracht ist.

7. Vorrichtung zum Belastungsausgleich nach dien Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kurzschlußleitung (73) ein Vorspannventil eingesetzt ist.

8. Vorrichtung zum Belastungsausgleich nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Saugleitung (70) bzw. Druckleitung (71) ein Vorspannventil als Drosselelement eingesetzt ist.

9. Vorrichtung zum Belastungsausgleich nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Saugleitung (70) bzw. Druckleitung (71) ein Druckmeßgerät eingesetzt ist und Mittel zur Weitergabe der Meßwerte und zur Verarbeitung der Meßwerte für eine lastabhängige Folgesteuerung vorgesehen sind.

10. Vorrichtung zum Belastungsausgleich ncich den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß je Antriebsgruppe (11; 12, Fig. 1) zwei hydrostatische Verdrängereinheiten (11, 12) in zwei gegenläufigen, parallel nebeneinander angeordneten Getriebestufen (91, 92) untergebracht sind, die zwischen Asynchronmotor (8) und Antriebskettenstern (53) der Arbeitsmaschine angeordnet sind (Fig. 5).