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verfahren und Vorrichtung zum Überwachen der Füllung von FlssigkeitskuPplungen
insbesondere für Förderbandantriebe n Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Überwachen der Füllung von Flüssigkeitskupplungen, die einen Antriebsmotor
mit einem Untersetzungsgetriebe, insbesondere mit einem Förderbandgetriebe, verbinden.
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Förderbandantriebe, die mit einer Flüssigkeitskupplung ausgerüstet
sind, die den Antriebsmotor mit dem Untersetzungsgetriebe verbindet, gehören zum
vorbekannten Stand der Technik. Das mit dem Antriebsmotor verbundene und mit der
Drehzahl nl umlaufende Pumpenrad (Primärteil) der Flüssigkeitskupplung erzeugt durch
seine Drehung innerhalb des Kupplungsgehäuses eine Umlaufströmung, die ihre Bewegungsenergie
an das auf dem Antriebswellenstumpf des Untersetzungsgetriebes angeordnete, mit
der Drehzahl n2 umlaufende Turbinenrad (Sekundärteil) abgibt und es in Drehung versetzt.
Die Größe des von der Flüssigkeitskupplung übertragenen Drehmomentes wächst mit
dem Quadrat der Motordrehzahl; außerdem ist dieses Drehmoment abhängig vom Füllungsgrad
der Kupplung. Pumpenrad und Turbinenrad geben gleichgroße Drehmomente ab, deren
Größe vom Drehzahlverhältnis n2/nl abhängt. Eine Drehmomentenübertragung ist daher
nur möglich, wenn n2 <n1 ist, wenn also Schlupf zwischen Pumpenrad und Turbinenrad
besteht. Flüssigkeitskupplungen dieser Bauart haben die Aufgabe, in der Anfahrperiode,beispielsweise
einer Förderbandanlage, Überlastungen des Antriebes und des elektrischen Netzes
zu verhindern. Sie sind dann optimal gefüllt, wenn ihre Schlupfparabel durch den
Kippunkt der Drehzahl-Drehmomentenkennlinie geht. In diesem
Fall
nutzen sie beim Anfahren des Antriebes das verfügbare Motorkippmoment vollständig
aus und verkürzen dadurch die Dauer der Anfahrzeit, also den Zeitabschnitt, in welchem
ihre Erwärmung wegen des starken Schlupfes zunimmt, ohne den Antriebsmotor und das
elektrische Netz zu überlasten. Da mit abnehmender Füllung der Kupplungsschlupf
wächst und die Flüssigkeitskupplung mit zunehmender Füllung starrer wird, strebt
man eine auf die anzutreibende Einrichtung, beispielsweise auF den anzutreibenden
Förderbandantrieb, abgestellte Füllung der Flüssigkeitskupplung an, d. h. eine Füllmenge
der Flüssigkeitskupplung, bei der die Schlupfkurve S = 100 % die Drehzahl- Drehmomentenkennlinie
des Antriebsmotors in ihrem höchsten Punkt, dem Kippunkt, schneidet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Füllung einer Flüssigkeitskupplung
zu überwachen und Abweichungen der Füllung gegenüber der optimalen Füllmenge durch
optische oder akustische Signale anzuzeigen.
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Dazu schlägt die Erfindung vor, beim Anlaufen des Antriebsmotors die
Drehzahl des Primärteils der Kupplung mit der beim Motorkippmoment auftretenden
Motordrehzahl zu vergleichen und ein der ermittelten Drehzahldifferenz entsprechendes
Signal sowie ein die Drehbewegung des Sekundärteils der Flüssigkeitskupplung anzeigendes
Signal zu bilden, die, wenn sie gleichzeitig auftreten, über ein binäres Schaltglied
ein optisches oder ein akustisches Signal auslösen.
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Eine Lösung des Erfindungsproblems ist auch möglich, wenn an Stelle
der Drehzahldifferenz der beim Anlaufen des Primärteils der FlUssigkeitskupplung
auftretende Belastungsstrom des Antriebsmotors mit dem dem Motorkippmoment zugeordneten
Belastungsstrom verglichen wird und ein der ermittelten Differenz entsprechendes
Signal sowie ein die Drehbewegung des Sekundärteils der Flüssigkeitskupplung anzeigendes
Signal gebildet wird, die, wenn sie gleichzeitig auftreten, über
ein
binäres Schaltglied ein optisches oder ein akustisches Signal auslösen. Da Drehzahl,
Drehmoment und Belastungsstrom eines Elektromotors voneinander abhängig sind, wird
bei der ersten Lösung mit Hilfe der Motordrehzahl und bei der zweiten Lösung mit
Hilfe des Motorstromes das Auftreten des Kippmomentes ermittelt und immer dann ein
Störungssignal erzeugt, wenn beim Anlaufen des Sekundarteils der Flüssigkeitskupplung
die Motordrehzahl bzw. der Motorstrom nicht mit dem eingestellten Sollwert übereinstimmen.
Bei optimaler Füllung muß daher die Schlupfparabel S = 100 % durch den Kippunkt
der Drehzahl-Drehmomentenkennlinie des Antriebsmotors verlaufen und der Sekundärteil
der Flüssigkeitskupplung sich unter dem Kippmoment in Bewegung setzen.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal können einem mit der Drehzahl
des Primärteils umlaufenden Element des Antriebsaggregates und einem an der Drehbewegung
des Sekundärteils teilnehmenden Element des Antriebsaggregates Dämpfungsglieder
zugeordnet sein, deren Umlaufbahn durch den Schwingkreis je eines Initiators verläuft,
die über jf einen Verstärker und über ein gemeinsames Und-Gatter mit einem den Signalstromkreis
steuernden Relais verbunden sind, wobei dem Verstärker des Primärteils ein Sollwertpotentiometer
zugeordnet ist.
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Ebenso lassen sich Abweichungen der Kupplungsfüllung beim Anlaufen
der Flüssigkeitskupplung feststellen und anzeigen, wenn man einen in der Stromzuleitung
liegenden Stromwandler sowie einen den Dämpfungsgliedern des Sekundärteils zugeordneten
Initiator benutzt, die beide über je einen Verstärker und ein gemeinsames Und-Gatter
mit einem den Signalstromkreis steuernden Relais verbunden sind, wobei dem Verstärker
des Primärteils ein Sollwertpotentiometer zugeordnet ist.
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Um zwischen einer zu geringen Füllung und einer zu großen Füllung
der Flüssigkeitskuppjung unterscheiden zu können, kann nach einem weiteren Erfindungsmerkaal
der die Signale des Primärteils aufnehmende Verstärker mit zwei Sollwertpotentiometern
ausgestattet sein, die den Drehzahlbereich bzw. den Abschnitt der Strom-Drehzahlkennlinie
begrenzen, in welchem der Antriebsmotor sein Kippmoment abgibt. Ferner ist der Verstärker
mit zwei den einzelnen Sollwertpotentiometern zugeordneten Ausgängen versehen, die
über je ein mit dem Verstärker des Sekundärteils verbundenes Und-Gatter und über
je ein Relais je einen Signalstromkreis steuern.
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Zwei Ausftlhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt
und im folgenden Beschreibungsteil näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Förderbandantrieb in schematischer Ansicht
mit einem als Blockschaltbild dargestellten Schaltplan; Fig. 2 den Förderbandantrieb
mit dem zugehörigen Schaltplan eines anderen Ausführungsbeispiels; Fig. 3 ein Kennliniendiagramm.
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Der Förderbandantrieb, der in den Abbildungen nur schematisch dargestellt
ist, besitzt eine von der Antriebswelle 1 getragene Antriebstrommel 2, um 4ie das
Förderband 3 herumgeführt ist. Lager 4, S tragen die Welle 1, und eine Flüssigkeitskupplung6
verbindet die Welle 1 mit dem Wellenstuspf7 des Antriebsmotors 8. Die Antriebstrommel
2 trägt auf der dem Agtriebssotor 8 zugewandten Stirnseite eine Scheibe 9, die mit
über ihren Umfang verteilten Dämpfungsglie dern 10 besetzt ist und zura-en mit der
Antriebstrommel 2 umläuft.
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Eine mit Dämpfungsgliedern 10 besetzte entsprechende Scheibe 11 befindet
sich auch auf dem Wellenstumpf 7 des Antriebsmotors 8. Jeder dieser beiden Scheiben
ist ein Initiator 12 bzw. 13 zugeordnet, die dicht vor den Scheibenumfängen liegen
und über Leitungen 14, 15 mit je einem Verstärker 16 bzw. 17 verbunden sind. Der
einzige Ausgang des Verstärkers 16 steht mit den beiden Und-Gattern 18, 19 in Verbindung,
während der Verstärker 17 mit seinem Ausgang 20 mit dem Und-Gatter 19 und mit seinem
Ausgang 21 mit dem Und-Gatter 18 verbunden ist. Ferner sind dem Verstärker 17 zwei
Sollwertpotentiometer 22, 23 zugeordnet und beide Und-Gatter 18, 19 mit je einem
Relais 24, 25 verbunden, die über je einen Schließer 26, 27 je einen mit einer Signallampe
28 bzw. 29 ausgestatteten Signalstromkreis 30, 31 steuern.
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Beim Einschalten des Antriebsmotors 8 wird das nicht dargestellte
Pumpenrad (Primärteil) der Flüssigkeitakupplung 6 vom Wellenstumpf 7 des Antriebsmotors
8 mitgenommen. Mit ihm läuft auch die Scheibe 11 um und erzeugt über ihre Dämpfungsglieder
10, die am Initiator 13 vorbeilaufen und dessen Schwingkreis schneiden, Impulse,
die, solange die Motordrehzahl kleiner als die durch das Sollwertpotentiometer 22
vorgegebene Drehzahl ist, ein über den Ausgang 20 des Verstärkeres 17 gehendes Signal
auslösen, das allein vor dem Und-Gatter 19 ansteht. Dabei entspricht das durch das
Sollwertpotentiometer 22 vorgegebene Signal der Drehzahl, bei der der Antriebsmotor
8 sein Kippmoment abgibt. Erst bei dieser Motordrehzahl soll das nicht dargestellte
Turbinenrad (Sekundärteil) der Flüssigkeitskupplung 6 anlaufen. Unter dieser Voraussetzung
kann der Initiator 12 bei optimaler Füllung der Flüssigkeitskupplung 6 erst ein
Ausgangssignal liefern, wenn der Antriebsmotor 8 die durch das Sollwertpotentiometer
22 vorgegebene Drehzahl erreicht hat. Bis zu diesem Zeitpunkt gehen dem Und-Gatter
19 daher nur Signale des Verstärkerausganges 20 zu und - bei optimaler Füllung der
Flüssigkeitskupplung 6 - von diesem Zeitpunkt an, allein Ausgangssignale des Verstärkers
16.
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Bei einer optimal gefüllten Flüssigkeitskupplung 6 stehen daher nieaals
Ausgangasignale beider Verstärker 16, 17 gleichzeitig vor dem Und-Gatter 18 an,
die durch ihr gleichzeitiges Auftreten das Und-Gatter 18 zur Abgabe eines Ausgangssignales
veranlassen könnten.
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Bei zu großer Füllung ist die Flüssigkeitskupplung 6 starrer. In diese
Fall wird das Turbinenrad bereits mitgenonen, wenn die Drehzahl des Pumpenrades,
also die Motordrehzahl, ihren durch das Sollwertpotentiometer 22 vorgegebenen Wert
noch nicht erreicht hat und der Antriebumotor 8 noch nicht in der Lage ist, sein
Kippmoment abzugeben. In dieser Situation stehen vor dem Und-Gatter 19 gleichzeitig
zwei Signale an, nämlich das Signal des Verstärkers 16 und das Signal des Verstärkers
17. Das daraufhin auftretende Ausgangssignal des Und-Gatters 19, durch das das Relais
geschaltet und der Schließer 27 eingerückt wird, legt die Signallampe 29 an Spannung
und zeigt dadurch an, daß die Flüssigkeitskupplung 6 zu stark gefüllt ist.
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Bei zu geringer Füllung wird die Flüssigkeitskupplung 6 weicher und
ihr Schlupf großer. Infolgedessen reicht bei der Sollwertdrehzahl des Pumpenrades,
bei der der Antriebsmotor 8 sein Kippmoment abgeben kann, die Bewegungsenergie der
Unlaufströne noch nicht aus, um das Turbinenrad mitzunehmen. Diese Mitnahme des
Turbinenrades erfolgt erst bei einer höheren Motordrehzahl. Überschreitet der Antriebsmotor
8 die durch das Sollwertpotentiometer 22'vorgegebene Drehzahl, so liefert der Verstärkerausgang
20 keinen Ausgangsimpuls mehr.
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Stattdessen geht über den Verstärkerausgang 21 ein Signal zum Und-Gatter
18 sobald die Drehzahl des Antriebsmotors 8 den durch das Sollwertpotentiometer
23 vorgegebenen Wert überschreitet. Dieses Ausgangssignal muß, da bei zu geringer
Füllung der Flüssigkeitskupplung 6 der Sekundärteil erst oberhalb der durch das
Sollwertpotentiometer 23 bestimmten Motordrohzahl anläuft, mit dem Ausgangssignal
des
Verstärkers 16 im Und-Gatter 18 zusammentreffen und infolgedessen ein das Relais
24 schaltendes Ausgangssignal des Und-Gatters 18 auslösen, das über den Schließer
26 die Signallampe 28 an Spannung legt und dadurch eine zu geringe Füllung der Flüssigkeitskupplung
6 anzeigt.
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Der durch die beiden Sollwertpotentiometer 22, 23 nicht erfaßte Drehzahlbereich,
der eine Größenordnung von beispielsweise 20 U/min hat, ist bestimmend für die optimale
Füllung der Flüssigkeitskupplung 6.
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Er schließt den Kippunkt 32 der Drehzahl-DrehmomentenkennlinieA ein
(Fig. 3). In diesem Drohzahlbereich, der in der Fig. 3 durch die Drehzahlen 1290
U/min und 1310 U/min begrenzt ist, gibt der Verstärker 17 kein Ausgangssignal ab.
Wird die Flüssigkeitskupplung o mit einer Flüssigkeitsfüllung ausgestattet, die
das Turbinenrad, also den Sekundärteil der Kupplung, anlaufen läßt, wenn der Antriebsmotor
8 diesen Drehzahlbereich erreicht hat und sein Kippmoment abgeben kann, so wird
weder die Signallampe 28 noch die Signallampe 29 geschaltet.
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Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 benutzt den Motorstrom zusammen
mit dem Anlaufzeitpunkt der Antriebstrommel 2, um die Füllung der Flüssigkeitskupplung
6 zu überwachen. Dazu dient ein in der Stromzuleitung 33 liegender Stromwandler
34, der an Stelle der Scheibe 11 und des ihr benachbarten Initiators 12 vorgesehen
ist. Er führt dem Verstärker 17 in der Anlaufperiode des Antriebsmotors 8 ständig
ein dem jeweiligen Belastungsstrom proportionales Signal zu, das mit einem Sollwertsignal
des Potentiometers 22 verglichen wird und den Verstärker 17 zur Abgabe eines der
Sollwert-Istwertdifferenz entsprechenden Ausgangssignales veranlaßt. In diesem AusfUhrungsbeispiel
sind die beiden Sollwertsignale der Potentiometer 22, 23 so gewählt, daß sie einen
relativ kleinen Bereich der Strom-Drehzahlkennlinie begrenzen, und zwar den Bereich,
in welchemder Antriebsmotor
8 sein Kippmoment abgibt. Bei optimal
gefüllter Flüssigkeitskupplung 6 wird daher in diesem Ausführungsbeispiel keine
Signallampe 28, 29 aufleuchten, weil die Antriebstrommel 2 anläuft, wenn der Motorstrom
eine zwischen den beiden Sollwerten der Potentiometer 22, 23 liegende Größe erreicht
hat.
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Bei zu geringer Füllung läuft die Antriebstrommel 2 erst zu einem
Zeitpunkt an, in welchem der Motorstrom bereits unterhalb des Sollwertes liegt (Punkt
35 Fig. 3), der durch das Potentiometer 23 bestimmt wird. In diesem Fall geben beide
Verstärker 16, 17 ein Ausgene signal ab, und zwar der Verstärker 17 über den Ausgang
21. Vor dem Und-Gatter 18 stehen daher zwei Signale an und legen über das daraufhin
ausgelöste Ausgangssignal mit Hilfodes Relais 24 sowie des Schließers 26 die Signallampe
28 an Spannung, durch die eine zu geringe Füllung angezeigt wird.
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Bei zu großer Füllung läuft die Antriebstrommel 2 bereits zu einem
Zeitpunkt an, in welches der Motorstrom noch oberhalb des Sollwertes liegt (Punkt
36 in Fig. 3), der durch das Potentiometer 22 bestimmt wird. Folglich gehen in diesem
Fall dem Und-Gatter 19 gleichzeitig zwei Signale zu, von denen eines das Signal
des Ausgangs 20 des Verstärkers 17 und das andere das Signal du Verstärkers 16 ist.
Sie lösen das Ausgangssignal des Und-Gatters 19 aus, das das Relais 25 schaltet,
den Schließer 27 einrückt und die Signallampe 29 in den Signalstromkreis 31 legt.
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Um den Spannungsabfall in der Stromzuleitung 33 zu berücksichtigen,
der die Drehzahl-Drehmomentenkennlinie und damit das Kippmoment, also den Punkt
32, nach unten verschiebt, empfiehlt es sich, die Füllung der Kupplung 6 zu verringern
und so zu wählen, daß sich die Schlupfparabel 5, in der Fig. 3, mit der Drehzahl-Drehmomentenkennlinie
A hinter dem Kippunkt 32 schneidet.