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Elektro-hydraulische Steuerung einer Sicherheitswinde,
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insbesondere für Abbaumaschinen in der steilen Lagerung des untertäzigen
Grubenbetriebes Die Erfindung betrifft eine elektro-hydraulische Steuerung zum Konstanthalten
der Zug- bzw. Haltekraft einer Sicherheitswinde, die eine sich insbesondere mit
wechselnder Geschwindigkeit und wechselnder Fahrtrichtung bewegende Last, vorzugsweise
eine Abbaumaschine, z.B. Schrämmaschine, in der steilen Lagerung des untertägigen
Grubenbetriebes hält und mit einem von einer Steuerpumpe beschickten Stellkreis
für die zusammen mit dem die Sicherheitswinde antreibenden hydrostatischen Motor
in einem geschlossenen Kreislauf angeordnete hydrostatische Verstellpumpe versehen
ist.
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Abbaumaschinen, insbesondere Schrämmaschinen, müssen gemäß den bergpolizeilichen
Vorschriften für den Untertagebergbau bei Flözen mit steilerem Einfallen durch Sicherheitswinden
gegen Absturz gesichert sein.
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Für dieses Problem sind Lösungen bekannt, bei denen das Seil bei
der Talfahrt der Abbaumaschine unter einer mit vorgegebener Vorlast angezogenen
Bremse von der Sicherheitswinde abgezogen wird. Auf diese Weise wird die Gewichtskraft
der Abbaumaschine kompensiert. Zusätzlich muß ein gewisser Überschuß an Zug- bzw.
Haltekraft vorhanden sein, der bei der
Talfahrt der Abbaumaschine
durch deren Winde überwunden werden muß. Der Antriebsmotor der Sicherheitswinde
ist dabei entweder ein Druckluft- oder ein hydrostatischer Motor.
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Bei der Bergfahrt der Abbaumaschine wird eine Freilaufkuppllmg geöffnet,
so daß der Antriebsmotor der Sicherheitswinde das Seil stets straff hält. Bei einem
etwaigen Riß des Zugmittels, insbesondere der Zugkette, schließt die Freilaufkupplung
selbsttätig, so daß die Abbaumaschine mittels der Bremse gehalten wird.
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Bei dieser Lösung muß bei der Talfahrt der Abbaumaschine ein unnötig
hoher Leistungsverlust in Kauf genommen werden, der im wesentlichen dem Eigengewicht
der Maschine entsnricht. Bei der Bergfahrt hält der Druckluft- oder Hydromotor das
Seil der Sicherheitswinde lediglich straff, so daß der Antrieb der Abbaumaschine
nur geringfügig entlastet wird.
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Aus diesem Grunde kann die Marschgeschwindigkeit der sich z.B.
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mittels Winde selbst im Streb Iängsbewegenden Abbaumaschine nicht
die maximal möglichen Werte erreichen, die dem Auslegungszustand an sich entsprechen
würden.
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Ur diese Nachteile zu vermeiden, sind bereits Sicherheitswinden bekanrlt
(DT-PS 1 183 040; DT-PS 1 533 706), bei denen die Hydromotoren innerhalb der Sicherheitswinde
die Halte- bzw. Zugkraft aufbringen, die sich aus der Gewichtskraft der Abbaumaschine,
der Neigung des Flözes sowie dem Reibungsbeiwert errechnet und der sogenannten "Hangabtriebskraft"
entspricht. Eine Differenzierung der jeweiligen Zug-bzw. Haltekraft bei Berg- und
Talfahrt sowie bei wechselndem Einfallen des Flözes ist dabei jedoch weder vorgesehen
noch möglich. Dies bedeutet, daß die Zug- bzw. Ilaltekraft der
Sicherheitswinde
unter Berücksichtigung des Maschinengewichts auf das maximal mögliche Einfallen
zugeschnitten sein muß.
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Bei diesen bekannten Sicherheitswinden ist zwar eine Veränderunp:
bzw. Einstellung der Zug- bzw. Haltekraft mittels eines Reglers, insbesondere von
Hand, möglich; ein automatischer Schrämbetrieb läßt sich dabei jedoch insbesondere
bei stark wechselndem Einfallen nicht in befriedigender Weise aufrechterhalten.
Nachteilig ist dabei ferner die systembedingt übermäßig hohe Seilvorspannung, da
diese - wie bereits erwähnt - auf die maximal mögliche Hangabtriebskraft ausgelegt
sein muß. Dadurch wird die Marschgeschwindigkeit der Abbaumaschine herabgesetzt,
der Abbaufortschritt entsprechend vermindert und das Halteseil zugleich unnötig
hoch beansprucht, so daß es vorzeitig verschleißt.
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Aufgabe der Erfindung bildet es, eine die vorbeschriebenen Nachteile
vermeidende, verbesserte Steuerung für eine hydrostatisch angetriebene Sicherheitswinde
der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, die es auch bei stark wechselndem
Einfallen gestattet, die Last, insbesondere die Abbaumaschine, mit jeweils größtmöglicher,
vorgegebener Marschgeschwindigkeit ohne Sicherheitseinbuße zu bewegen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich die Erfindung dadurch,
daß an den geschlossenen Kreislauf des Arbeitsmediums mindestens zwei Druckschalterpaare
angeschlossen sind, wobei der Schaltdruck des einen Druckschalterpaares auf den
unteren und oberen Grenzwert der Windenzug- bzw.
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-haltekraft bei der Talfahrt der Last und der Schaltdruck des anderen
Druckschalterpaares auf den unteren und oberen bei Grenzwert der tMindenzug- bzw.
-haltekraft/der Bergfahrt der Last einstellbar sind.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Steuerung besteht darin, daß die
der Abbaumaschine eigene Winde, z.B. die Schrämmaschinenwinde, bei der Bergfahrt
zusätzlich entlastet wird, indem sie die Gewichtskraft der Abbaumaschine im wesentlichen
nur kompensiert, bei der Talfahrt dagegen die Gewichtskraft der Abbaumaschine zusätzlich
durch Vergrößerung der Andruckkraft an den Abbaustoß zur Erhöhung der Gewinnungsleistung
ausgenutzt wird. Darüber hinaus gestattet es die erfindungsgemäß verbesserte Steuerung,
die Sicherheitswinde auch als normale hydrostatisch angetriebene Winde für andere
Arbeiten im Streb heranzuziehen, z.B. für das Einziehen der Ausbaugestelle oder
der Förderrinnenschüsse und -antriebe in den Streb. Für diesen Fall ist eine zusätzliche,
über einen elektrischen Schalter betätigte Handsteuerung vorgesehen, die dabei anstelle
der üblicherweise verwendeten automatischen Steuerung tritt.
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Dabei kann die Steuerung so ausgebildet sein, daß die Größe der Halte-
bzw. Zugkraft der Sicherheitswinde mittels einer Wegstandsanzeige der Abbaumaschine
selbsttätig oder von Hand an das jeweilige, über die Länge des Strebs wechselnde
Einfallen anpaßbar ist. Die Wegstandsanzeige ist dagegen entbehrlich, wenn der die
Abbaumaschine begleitende Bedienungsmann unmittelbar von Hand die Größe der Halte-
bzw. Zugkraft der Sicherheitswinde an das jeweils gegebene örtliche Flözeinfallen
anpaßt.
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Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist in die Verbindungsleitung
zwischen dem geschlossenen Kreislauf und den Druckschalterpaaren ein Gleichrichterventil
eingegliedert. Dabei ist an die Verbindungsleitung zwischen dem Gleichrichterventil
und den Druckschalterpaaren
zweckmäßig ein nlaximal-Druckschalter
angeschlossen, der bei reichen des z.B. auf 300 bar einstellbaren Maximaldruckes
ein mittelbar die Windenbremse schließendes Elektro-Magnetventil beeinflußt.
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Vorteilhaft ist in die Verbindungsleitung zwischen dem Gleichrichterventil
und den Druckschalterpaaren ein einstellbares Drosselventil eingeschaltet. Weiterhin
ist dabei vorteilhaft ein mit dem Windenantrieb gekoppeltes, dessen Drehzahl und
-richtung erfassendes Meßgerät vorgesehen, welches die abgenommene Drehrichtung
auf eines der beiden Druckschalterpaare überträgt und bei Überschreitung einer vorgegebenen
Höchstdrehzahl über das Elektro-Magnetventil die indenbremse im Schließsinne beeinflußt.
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Gemäß einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung sind in den
Stellkreis für die hydrostatische Verstellpumpe die Schwenkrichtung der hydrostatischen
Verstellpumpe bestimmende Elektro-Magnetventile sowie ein den Schwenkwinkel der
Verstellpumpe zeitabhängig veränderndes Elektro-Magnetventil eingegliedert. Dabei
ist zweckmäßig weiterhin ein mit einem Stellglied des Stellkreises zusammenwirkender
Schalter vorgesehen, welcher bei Verlassen der Mittelstellung der hydrostatischen
Pumpe ein die Windenbremse mittelbar im Lüftungssinne beeinflussendes Elektro-Magnetventil
steuert.
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In diesem Falle sind mit einem Stellglied des Stellkreises verstellbar
verbundene Schaltnocken vorgesehen, die auf ihnen zugeordnete Schalter im Sinne
einer Begrenzung des maximalen Schwenkwinkels der hydrostatischen Verstellpumpe
einwirken.
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Eine zweckmäßige Alternative zu der zuvogbeschriebenen Ausbildung
der Steuerung besteht darin, daß in den Stellkreis für die hydrostatische Verstellpumpe
in Hintereinanderschaltung ein einstellbares Drosselventil, ein mit einem Regelmagneten
versehenes Druckminderventil und zwei zueinander parallel geschaltete, die Schwenkrichtung
der hydrostatischen Verstellpumpe beeinflussende Elektro-Magnetventile eingegliedert
sind. Dabei ist in die VerbindungsleitunE zwischen den beiden Elektro-Magnetventilen
und einem geschlossenen Vorratsbehälter zweckmäßig ein mit einem Regelmagneten versehenes
Druckbegrenzungsventil eingeschaltet.
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Anhand der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Steuerung im Falle
des Ausfflhrungsbeispiels einer Schrämsicherheitswinde nachstehend näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 das elektro-hydraulische Schaltschema und Fig. 2 die abweichende
Ausführungsform der Verstelleinrichtung für die Hochdruckpumpe.
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Gemäß Fig. 1 liefert eine hydrostatische Verstellpumpe 1 einem oder
mehreren hydrostatischen Motoren 2 im geschlossenen Kreislauf 8 das hydraulische
Arbeitsmedium zu.
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Die Füllung des Kreislaufs 8 und die Versorgung der Zusatzeinrichtungen
mit dem Arbeitsmedium wird durch eine Steuer-und Speisepumpe 3 bewirkt. Druckbegrenzungsventile
4 und 5 sichern den geschlossenen Kreislauf 8 gegen Überlastung ab.
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Ein Sicherheitsventil 6 verhindert die überlastung der Steuer- und
Speisepumpe 3. Ein Stromteiler 7 bewirkt, daß das von der Steuer- und Speisepumpe
3 geförderte Medium in einem vorbestimmten Verhältnis dem geschlossenen Kreislauf
8, der Bremsen-Steuerung 9 und dem Stellkreis 10 für die als Hochdruckpumpe ausgebildete
Verstellpumpe 1 zufließt.
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Über ein Elektro-Magnetventil 11 der Bremsen-Steuerung 9 können eine
oder mehrere Bremszylinder 12 gelüftet werden, die durch Federn 12' in der Bremsstellung
gehalten sind. Zur Verstellung der Hydropumpe 1 sind drei Elektro-Magnetventile
13, 14 und 15 vorgesehen.
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Ein durch Federn in der Mittelstellung gehaltener Stellzylinder 16
sorgt dafür, daß die Hydropumpe zum im abgeschalteten Zustand sowie im Anlaufzustand
kein Medium liefert. Ein elektrischer Nullstellungs-Endschalter 17 kontrolliert
die Mittelstellung der Hydropumpe 1.
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Für das Einrichten des Strebs, z.B. das Einziehen der Ausbaugestelle>
der Rinnenschüsse des Förderers od, dgl., wird die nur hinsichtlich der Trommel
34 schematisch angedeutete Schrämsicherheitswinde auf Handbetrieb gestellt und daraufhin
über eines der beiden Elektro-Magnetventile 14 oder 15 die Drehrichtung der Sicherheitswinde
vorgewahlt. Bei Erregung des Elektro-Magnetventils 13 schwenkt die Hydropumpe 1
aus ihrer Mittellage heraus wobei durch das Stellglied 35 der Endschalter 17 betätigt
wird, der seinerseits die Spule des Elektro-Magnetventils 11 erregt. Hierdurch wird
der Bremszylinder 12 gelüftet.
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Proportional zur Erregungszeit des Elektro-Magneten 13' an Ventil
13 wird der Stellzylinder 16 aus seiner Mittellage heraus verschoben. Dadurch wird
der Strom des Arbeitsmediums der Hydropumpe 1 und über diese zugleich die Drehzahl
des Hydromotors 2 bzw. der Windentrommel 34 stufenlos verändert. Über eine Drossel
18 wird die Schwenkgeschwindigkeit der Hydropumpe 1 bestimmt. Hat die Windentrommel
34 die
gewünschte Drehzahl erreicht, wird auch das andere der beiden
Elektro-Magnetventile 14 oder 15 an die Spannung angelegt und das Elektro-Magnetventil
13 zugleich spannungslos gemacht. Über Rückschlagventile 37 zwischen dem Elektro-Magnetventil
13 einerseits und den beiden Elektro-Magnetventilen 14 und 15 andererseits wird
verhindert, daß sich die eingestellte Position der Hydropumpe 1 willkürlich, z.B.
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durch Leckagen, verändert.
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In der Endstellung der Hydropumpe 1, d.h. wenn diese auf Maximal-Förderung
gestellt ist, werden Endschalter 19 bzw. 20 durch mit dem Stellglied 35 gekuppelte
Schaltnocken 38 und 39 betätigt, die bewirken, daß die Elektro-Magnetventile 14,
15 -und 13 in die zuvor beschriebene Schaltstellung steuern, in welcher die beiden
Elektro-Magnetventile 14 und 15 an Spannung anliegen, das Elektro-Magnetventil 13
dagegen spannungslos ist.
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Der für den jeweiligen Betriebsfall maximale Strom des Arbeitsmediums
kann durch entsprechende Verstellung der Schaltnocken 38 und 39 auf dem Stellglied
35 und die dadurch bestimmte Schwenkstellung der Hydropumpe 1 eingestellt werden.
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Ein Gleichrichterventil 21 sorgt dafür, daß der Hochdruck des Arbeitsmediums
im geschlossenen Kreislauf 8 stets die dem Gleichrichterventil nachgeschalteten
Druckschalter 23, 24, 25, 26 und 27 erreicht. Ein einstellbares Drosselventil 28
dämpft kurzzeitig auftretende Druckspitzen des Arbeitsmediums.
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Das überschüsse Arbeitsmedium fließt über ein Druckbegrenzungsventil
22 in den geschlossenen Vorratsbehälter
40 zurück, womit eine entsprechende
Kühlung des Arbeitsmediums in geschlossenen Kreislauf erreicht wird. Gleichzeitig
werden über dieses Ventil 22 Schmutzpartikel und Abrieb aus dem Kreislauf 8 entfernt.
Ein Manometer 29 zeigt den jeweiligen Hochdruck an; weitere, in der Zeichnung nicht
dargestellte Manometer geben jeweils Aufschluß über die Höhe des Speise- und Steuerdrucks.
Zusätzliche übliche Oberwachungsgeräte, wie Temperatur- und Schwimmerschalter sowie
Filter und Kühler, sind zwecks Vereinfachung der Darstellung und besserer Übersichtlichkeit
des Schalt schemas nicht dargestellt.
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Die Feststellung der Drehrichtung sowie der Drehzahl der Windentrommel
34 erfolgt elektronisch über die Induktivgeber 30 und 31. Die hierfür benötigten
Impulse liefert eine von der Windentrommel angetriebene Zahnscheibe 32.
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Bei automatischem Schrämbetrieb werden nach Einschalten eines Vorwahlschalters
"Automatik" am Steuerstand die Druckschalter 24 und 25 oder die Druckschalter 26
und 27 paarweise manuell durch den Bedienungsmann der Schrämmaschine oder automatisch
über die Drehrichtung der Windentrommel 34 und die Induktivgeber 30 und 31 bzw.
über eine Wegstandsanzeige der Schrämmaschine an die Spannung angelegt.
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Im Rahmen der nachfolgenden Erläuterungen sei für den Fall der Talfahrt
der Schrämmaschine angenommen, daß der Druckschalter 24 auf 30 bar und der Druckschalter
25 auf 50 bar eingestellt sind. Bei dieser Arbeitsrichtung der Schrämmaschine wird
das Sicherheitsseil von der Windentrommel 34 abgewickelt. Infolgedessen wird der
Hydromotor 2 durch die Windentrommel 34 angetrieben, so daß er als Pumpe
wirkt
und Arbeitsmedium zur Hydropumpe 1 fördert.
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Beim Einschalten des Elektromotors zum Antrieb der Pumpen 1 und 3
wird durch den Druckschalter 24 der Stellsylinder 16 des Stellkreises ln in der
Zeichnung so weit nach links verschoben, bis die fludropumpe 1 einen Schwenkwinkel
einnimmt, der dem mit Hilfe des Druckschalters 24 unter Berücksichtigunz der Hysterese
eingestellten Druck entsprichtX so daß dieser abschaltet. Dieser Druck entspricht
beispielsweise einem Wert von 35 bar. Durch die Einschaltung des Elektromotors zieht
die Windentrommel 34 den Hydromotor 2 durch, so daß im Kreislauf 8 eine Druckerhöhung
bis auf den am Druckschalter 25 eingestellten Wert von 50 bar eintritt. Dieser Druck
bewirkt, daR die Verstellpumpe 1, bezogen auf Fig. 1 der Zeichnung, so lange nach
rechts geschwenkt wird, bis ein Schwenkwinkel erreicht ist, der unter Berücksichtigung
der Hysterese des Druckschalters 25 einem Druck von 45 bar entspricht. Der jetzt
erreichte Betriebsdruck von 45 bar bleibt so lange aufrechterhalten, wie die Schrämmaschine
mit gleichbleibender Marschgeschwindigkeit arbeitet.
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Bei einem Abfall der Geschwindigkeit der Schrämmaschine sinkt auch
der Druck unter 30 bar ab, so daß der Druckschalter 24 umschaltet. Dies bedeutet,
daß das eingestellte Schluckvolumen der Hydropumpe 1 zu groß ist und sich am Hydromotor
2 kein ausreichender Gegendruck aufbauen kann.
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Die Elektro-Magnetventile 15 und 13 werden dann so lange erregt, bis
im Rahmen der Hysterese des Druckschalters 24 etwa 35 bar erreicht sind und sich
die Hydropumpe 1 an den Strom des Arbeitsmediums des Hydromotors 2 angepaßt hat.
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Für die Bergfahrt werden die Druckschalter 24 und 25 von Hand, automatisch
oder durch die Wegstandsanzeige spannungslos gemacht und die Druckschalter 26 und
27 unter Spannung gesetzt. Entsprechend dem höheren Zugkraftbedarf bei Bergfahrt
wird z.B. der Druckschalter 26 auf 130 bar und der Druckschalter 27 auf 170 bar
eingestellt. Die Hydropumpe 1 schwenkt dabei so weit, bezogen auf die Fig. 1 der
Zeichnung, nach links aus, bis in dem geschlossenen hydraulischen Kreislauf 8 unter
Berücksichtigung der Hysterese des Druckschalters 26 ein Druck von 140 bar erreicht
ist.
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Bleibt unter diesen Voraussetzungen die Marschgeschwindigkeit der
Schrämmaschine gleich, so bleibt auch der eingestellte Schwenkwinkel der Hydropumpe
1 gleich und der Druck des Arbeitsmediums von 140 bar nahezu konstant.
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Im Falle einer Verringerung der Marschgeschwindigkeit der Schrämmaschine
steigt der Druck des Arbeitsmediums infolge des zuvor eingestellten Schwenkwinkels
der Hydropumpe 1 bis auf den am Druckschalter 27 eingestellten Druck von 170 bar
an, so daß der Druckschalter 27 umschaltet. Dies bewirkt, daß der Schwenkwinkel
der Hydropumpe 1 nach rechts verstellt wird, wodurch der Druck des Arbeitsmediums
im Kreislauf 8 unter Berücksichtigung der Hysterese des Druckschalters 27 auf 160
bar abfällt.
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Tritt der Sicherheitsfall, z.B. durch Kettenriß, ein, der zu einem
Absturz der Schrämmaschine führen würde, steigt der Druck des Arbeitsmediums im
geschlossenen Kreislauf 8 schlagartig an, weil die Schrämmaschine dann nur noch
an dem Seil der Sicherheitswinde hängt. Bevor die Bremsen einfallen, wird die Schrämmaschine
durch die Druckbegrenzungsventile 4 bzw. 5 im geschlossenen Kreislauf 8 abgebremst.
Gleichzeitig
spricht der Druckschalter 23 an, woraufhin -das Elektro-Magnetventil 11 spannungslos
wird. Hierdurch wird der Bremszylinder 12 entlüftet, so daß die Bremsen greifen
und die Schrämmaschine entsprechend der eingestellten Bremskraft abfangen.
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Für den Fall, daß aus unvorhergesehenem Grunde, z.B.
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bei einem Leitungsbruch innerhalb des Kreislaufs 8, der Druckschalter
23 nicht ansprechen sollte, wird das Elektro-Magnetventil 11 über die beiden mit
Drehzahlbegrenzern gekoppelten Induktivgeber 30 bzw. 31 spannungslos, so daß die
Bremsen ebenfalls greifen.
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Bei wechselndem Einfallen im Streb können für die jeweiligen Strebabschnitte
mit unterschiedlichem Einfallen zusätzliche Druckschalterpaare parallel zu den Druckschaltern
24 bis 27 vorgesehen sein, deren Schaltstufen auf die den Einfallensverhältnissen
entsprechenden optimalen Zugkraftwerte abgestimmt sind. Diese zusätzlichen Druckschalterpaare
sind vorzugsweise unter den Einfluß eines Wegstandsanzeigers für die Schrmmaschine
gestellt.
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Im Falle der Variante der Verstelleinrichtung für die ilydropumpe
1 gemäPI Fig. 2 ist anstelle des Elektro-Magnetventils 13 ein mit einem Regelmagneten
33' ausgerüstetes Druckminderventil 33 vorgesehen, das in den Leitungsabschnitt
zwischen der Steuerpumpe 3 und dem Elektro-Magnetventil 15 eingeschaltet ist.
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Die Verstellung des Stellzylinders 16 wird bewirkt, indem eines der
beiden Elektro-Magnetventile 14 oder 15 unter Spannung gesetzt und dann am Druckminderventil
33 über
einen in der Zeichnung nicht dargestellten Regeltransformator
der gegen die Feder des Stellzylinders 16 wirkende Druck eingestellt wird, bis der
Gleichgewichtszustand erreicht ist. Entsprechend der Federkennlinie der Feder im
Stellzylinder 16 läßt sich über die stufenlose Einstellung des Druckes jeder beliebige
Schwenkwinkel an der Hydropumpe 1 bis zur Einstellung des Maximalwertes erreichen.
Die Stellgeschwindigkeit des Stellzylinders 16 läßt sich über ein einstellbares
Drosselventil 18 bestimmen, das in diesem Falle in den Leitungsabschnitt zwischen
der Steuerpumpe 3 und dem Druckminderventil 33 eingeschaltet ist.
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Anstelle des mit einem Regelmagneten 33' versehenen Druckminderventils
33 kann auch ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen sein, das dann in den Leitungsabschnitt
zwischen den Elektro-Magnetventilen 14 und 15 und dem geschlossenen Vorratsbehälter
40 eingeschaltet ist.
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