DE2303250C3 - Vorrichtung zum Belastungsausgleich einer aus mindestens zwei Antriebsgruppen bestehenden Antriebseinheit einer Arbeitsmaschine, insbeondere Bergbaumaschine - Google Patents

Description

Bei den im Bergbau verbreiteten Arbeitsmaschinen mit umlaufender Kette, z. B. Kettenkratzerförderer und

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 innerhalb des endlosen Kettenstranges treten an den Antriebskettensternen Drehzahldifferenzen auf, die zu einer ungleichen Lastverteilung an den meist räumlich voneinander entfernt angeordneten Antriebsmotoren führen. Dies hat bei hoher Betriebsbeiastung 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 isi bekannt, bei Asynchronmotoren mit Schleifringläufern ein elektrisches Verfahren zur Lastverteilung, die sogenannte elektrische Ausgleichswelle, anzuwenden. Bei diesem Verfahren ist es insbesondere nachteilig, daß es im Steinkohlenbergbau unter Tage aus 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 zum Belastungsausgleich von an einer Arbeitsmaschine angreifenden mehreren Motoren bekannt, z. B. Differentisigetricbe. die jedoch wegen der rauhen Betriebsbedingungen unter Tage (Staub, räumliche Enge, Transportschwierigkeiten) oder weil sie zu kompliziert oder zu teuer sind, in den Bergbau keinen Eingang finden konnten.

Es sind auch schon Vorrichtungen zum hydraulischen Belastungsausgleich einer aus mindestens zwei Antriebsgruppen bestehenden Antriebseinheit bekannt (CiB-PS 11 39 959), wobei jede Antriebsgruppe jeweils aus einer Hydropunipe und einem Hydromotor besteht

so und diese hydrostatischen Getriebe, um den Belastungsausgleich zu erzielen, über Ausgleichsleitungen miteinander verbunden sind. Dabei ist es jedoch nachteilig, daß die Leistung in vollem Umfange rein hydrostatisch übertragen wird, was einen niedrigen Wirkungsgrad bedingt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, der ungleichen Lastverteilung auf mehrere eine Arbeitsmaschine antreibende Asynchronmotoren mit Hilfe eines insbesondere für den

;6ö IJnter.tagebelneb geeigneten Getriebeaggregats entgegenzuwirken, das auch die Nachteile von elektrischen Ausgleichsverfahren (Explosionsgefahr), von mechanisch wirkenden Ausgleichsvorrichtungen (Anfälligkeil gegen Stäubeinwirkungen, großer Raumbedarf, Transportschwierigkeiien) und von hydraulisch gekoppelter hydrostatischen Getrieben (niedriger Wirkungsgrad] vermeidet.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Belastungs-

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

Die Verwendung von hydrostatischen Verdrängereinheiten nach den Merkmalen a) d.as Hauptanspruchs ist allgemein üblich, z. B. bei hydrostatischen Kupplungen mit rotierendem Gehäuse und Verdrängerrotor (GB-PS 8 75 150).

■f Bei hydrostatischen Ausgleichsgetrieben ist es schon bekannt, hydrostatische Verdrängereinheiten über hydraulische Kanäle miteinander zu verbinden, um Energie in gewissem Maße auszutauschen (DT-OS vl8 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 Äniriebsgruppen, die jeweils aus einem Elektromotor, einer Hydropumpe und einem Hydromotor bestehen, allgemein bekannt, daß durch unmittelbare Koppelung der Druckmittelleitungen dieser hydrostatischen Verdrängersysieme 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 Antriebsmotoreii 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, ei folgt 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 er/ielt, bei denen die gesamte Leistung hydraulisch übertragen wird.

In den Unteransprüchen, für die nur Schul' im Zusammenhang mit dem Hauptanspruch begehrt wird, sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung aufgeführt.

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

Wegen der Abhängigkeit des zu übertragenden Antriebsmomenies von der Druckhöhe kann die sicherheitliche Überwachung der Arbeitsmaschine gegen Überlastungsschädcn durch ein Überdruckventil im hydraulischen Kreislauf erfolgen. Diese Druckbegrenzung innerhalb des Systems ermöglicht einen auf beliebige Werte einstellbaren und unvcrzögert wirkenden Überlastungsschutz der Arbeitsmaschine, so daß ζ. B. auf die üblichen Scherbolzensicherungen verzichtet werden kann.

Durch Kurzschließen von Druck- und Saugleiiung kann ein Druckaufbau der hydrostatischen Verdrängereinheit verhindert werden, so daß kein Moment übertragen wird. Durch den Einbau eines Vorspannventils in diese Kurzschlußleitung 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.

Weilerhin 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 Kette 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 Strebförde rer überladen ist.

Die Antriebe der Arbeitsmaschine können gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 als Reversierantriebe ausgebildet werden, um das Umschalten der Antriebsmotoren 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 Fig. 1 in schcmatischer 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-Kettenwegkennlinie des Gegenstandes der Fig. 1 sowie

Fig. 5 in schematischer Abbildung einen Reversicrantrieb für eine Arbeitsmaschine.

In der I·" 1 g. 1 ist schematisch eine Arbeitsmaschine IC dargestellt, die im Beispiel eine kettengetriebene Bergbaumaschine ist, die /. B. ein Kohlenhobel oder eir Strebförderer sein kann. Die Arbeitsmaschine 10 wire im Beispiel von zwei Antriebsgruppen II, 12gemeinsarr angetrieben. Bei jeder Antriebsgruppe 11, 12 ist eim

ho hydrostatische Verdrängereinheil 1, bestehend au: einem Gehäuseteil 3, einem Verdrängerrotor 4 um einem Versorgungsteil 2 zwischen das Gelriebe 9 unc den Antriebskettenstern 53 eingeschaltet, um zu eine Drehzahlangleichung der beiden Antriebskettcnslernt 53 zu gelangen. Entsprechend den jeweiligen lechni sehen Gegebenheiten kann die hydrostatische Verdrän gercinheil 1 aber auch ebensogut zwischen Asynchron motor 8 und Getriebe 9 oder aber auch zwischen zwc

getrennten Gelricbestufen angeordnet sein. Die beiden räumlich voneinander entfernten Antriebsgruppen 11, 12 sind einmal mechanisch über eine Kette 52 und zum anderen hydrostatisch über Druckmktellcilungen 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 Drehzahleinhcil 1 abgebildet. Sie besteht aus einem Gehäuseteil 3 und einem Verdrängerrotor 4. die drehbar an einem Versorgungsieil 2 angeordnet sind, der feststeht. Der Gehäuseteil 3 der hydrostatischen Drehzahleinhüt 1 ist fest mit einer Abtnebswelle 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 in 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. t:2 führen. Die Leitungen 70, 71 können aber auch kurzgeschlossen und mit Ventilen, Drosseln oder anderen Armaturen ausgerüstet sein.

Bei baugieichen Asynchronmotoren stehen bei gleicher angelegter Spannung die aufgenommene elektrische Leistung Pel und das Drehmoment Man der Abtriebswelle in einem bestimmten Verhältnis zur Drehzahl, das durch die Kurve K in F i g. 3 wiedergegeben ist. Wenn zwei an einer kettengelriebenen Arbeitsmaschine 10 installierte Asynchronmotoren 8, z. B. djrch unterschiedlich gelängte Kettenabschnitte innerhalb der endlosen Kette, gezwungen werden, mit unterschiedlichen Drehzahlen m und m zu laufen, so unterscheiden sich zwangläufig auch die jeweils aufgenommenen elektrischen Leistungen Peh und Pck bzw. die übertragenen Drehmomente /Wi und /\>h entsprechend den Punkten 100 und 200 auf der Kurve K. tiei einer angenommenen gleichbleibenden Gesamtlaiil führt dies zu Lastverschiebungeii, wie sie in Fig.4 (Strich-Kreis-Linie) dargestellt sind! Bei einer Einschaltung hydrostatischer Drehzahleinheiten 1 zwischen 'die Asynchronmotoren 8 und die Antriebsketteristerne|:53 werden die unterschiedlichen Drehzahlen n\ und ra der let/tcren ausgeglichen, so daß die beiden Motoren 8 mit einer mittleren Drehzahl /in umlaufen und jeder die gleiche elektrische Leistung Pein aufnimmt und das gleich Drehmoment Mn abgibt, entsprechend den durchgezogenen Linien 1 und Il in den F i 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 Antriebskettensternen 53 der hier nicht abgebildeten Arbeitsmaschine 10 zwei parallel nebeneinander angeordnete Getriebeslufen 91,92 eingeschaltet, einmal bestehend aus einem Zahnrad 98, einer hydrostatischen Drehzahleinheit 18 und einem Zahnrad %. 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 die Drehrichtung 180 in die Drehrichtung 181 des Antriebskettensterns 53 umgesetzt und durch die Getricbestufe 92 über die Drehrichtung 190 die Drehrichtung 191 des Antriebskettensterns 53, die wieder der Drehrichtung 80 des Asynchronmotors 8 entspricht, erzielt. Die jeweils nicht benötigte Getriebestufe 91 bzw. 92 wird durch Herausnehmen der jeweiligen hydrostatischen Drehzahlcinheit 18 oder 19 aus dem Druck-, Saug-Kreislauf (70, 71 in Fig. 1) stillgelegt. Der Asynchronmotor 8 der Antriebsmaschine 10 kann somit stets in der gleichen Richtung (Drehrichtung 80 im Beispiel) umäaufen, gleichgültig welche Drehrichtung, z. B. 181 bzw. 191 wenn Getriebeslufe 18 bzw. 19 eingeschaltet ist. der Antriebskettenstern 53 erhalten soll. Ein solcher Reversierantrieb ermöglicht es, das unerwünschte Umschalten des Asynchronmotors 8 auf eine andere Drehrichtung zu vermeiden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Belastungsausgleich einer aus ^mindestens zwei Antriebsgruppen bestehenden Antriebseinheit, bei der in jeder Antriebsgruppe ein rAsynchronelektromotor über Einschaltung je eines hydrostatischen Verdrängersystems mit einer Ausgangswelle gekoppelt ist, die gemeinsam mit den fegebenenfalls mit unterschiedlichen Drehzahlen umlaufenden Ausgangswellen der anderen Antriebs-■gruppen eine Arbeitsmaschine, insbesondere Bergbaumaschine, treibt und die Lastdifferenz an den Ausgangswellen durch hydraulische Koppelung der einzelnen hydrostatischen Verdrängersysteme 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 Verdrängersystems (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 (i) zwischen der Arbeitsmaschine (10) und einem Getriebe (9) angebracht ist.

4. Vorrichtung zum Be'astungsausgleich 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 zwischen Saugleitung (70) und Druckleitung (71) eine Kurzschlußleitung (73) angebracht ist.

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

8. Vorrichtung zum Belastung,ausgleich 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 Diuckmeßgerät eingesetzt ist und Mittel zur Weitergabe der Meßwerte lind zur Verarbeitung der. Meßwerte für eine lastabhängige Folgesteuerung vorgesehen sind.

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