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Einrichtung zum Belastungsausgleich einer aus mindestens zwei Antriebs
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gruppen bestehenden Antriebseinheit Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zum Belastungsausgleich von mindestens zwei Antriebsgruppen einer auf einer Arbeitsmaschine,
insbesondere eine im untertägigen Steinkohlenbergbau eingesetzte Gewinnungsmaschine,
einwirkenden Antriebseinheit, wobei jede Antriebsgruppe einen Antriebs motor, ein
Planetenüberlagerungsgetriebe mit Ausgangswelle und eine hydrostatische Verdrängereinheit,
die das Drrnanent des Antriebsmotors abstützt, aufweist.
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Derartige Einrichtungen zum Belastungsausgleich sind bekannt (DE-PS
24 03 817), wobei das Differentialsystem in jeder Arbeitsgruppe ein dreigliedriges
tbilaufrädergetriebe ist und zun Belastungsausgleich eine hydrostatische Kopplung
durch ein hydrostatisches Ferngetriebe mit geschlossenem Kreislauf verwendet wird.
Über das hydrostatische Ferngetriebe mit dem geschlossenen Kreislauf, d.h. mit entsprechend
langen Verbindungsleitungen, wird ein Druck- und Mengenausgleich zwischen den beiden
hydrostatischen Verdrängereinheiten bewirkt, was aufgrund der Zuordnung der hydrostatischen
Verdrängereinheit zu den dreigliedrigen Umlaufrädergetrieben zu einem Last ausgleich
zwischen den Asynchronelektranotoren der einzelnen Antriebsgruppen fuZrt.
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Nachteilig bei den bekannten Einrichtungen zum Belastungsausgleich
ist die Notwendigkeit, zwischen den einzelnen Antriebsgruppen jeweils eine Saug-und
eine Druckleitung zu verlegen, ueber die der Druck- und Mengenausgleich erfolgen
kann. Da diese Schlauch- oder RDhrleitungen über die gesamte Länge des Strebes,
d.h. also über mehrere 100 Meter, verlegt werden müssen, sind sie den besonderen
Beanspruchungen des untertägigen Gewinnungsbetriebes besonders stark ausgesetzt.
Außerdem muß eine entsprechende Menge Hydraulikflüssigkeit vorgehalten werden, die
bei Beschädigungen der leitungen zusätzlich zu einer Gefährdung des Bedienungspersonals
führen kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache
und den besonderen Gegebenheiten im Streb reb angepaßte Belastungsausgleichseinrichtung
zu schaffen, die einen gleichzeitigen und gezielten Belastungsausgleich ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß den hydrostatischen
Verdrängereinheiten der Arbeitsgruppen Meßgeräte, die mit einem Summiergerät gekoppelt
sind, Steuereinheiten und der Belastung proportional wirkende Zur richtungen zugeordnet
sind.
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Mit einer derartigen Einrichtung ist es möglich, die Belastung jeder
einzelnen Antriebsgruppe durch beispielsweise eine elektrische Leistungsmessung,
oder durch eine elektrische Strommessung oder durch eine elektrohydraulische Druckmessung
zu erfassen und mit der Belastung des Antriebsootors der anderen Antriebsgruppe
oder der mittleren Belastung der anderen Antriebsmotoren oder mit der Belastung
des am geringsten belasteten Antriebsnators zu vergleichen und die Belastung elektrisch
oder elektromechanisch auszugleichen. Ist aufgrund der Meßwerte ein Ausgleich notwendig,
so erfolgt dieser durch die elektrohydraulische Steuereinrichtung an den hydrostatischen
Verdrängereinheiten, ohne daß ein Druck- oder Mengenausgleich zwischen den einzelnen
hydrostatischen Verdrängereinheiten notwendig ist.
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Statt der bisher benötigten 5aug- und Druckleitung zwischen den hydrostatischen
Verdrängereinheiten ist jetzt lediglich eine Verbindungsleitung zur Über tragung
elektrischer Signale bezüglich der ermittelten Meßwerte erforderlich.
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Eine derartige Verbindungsleitung kann ohne Schwierigkeiten am oder
im Förderer so verlegt werden, daß sie vor Beschädigungen geschützt ist. Außerdem
ist der damit verbundene Verlegungs- und Wartungsaufwand sehr gering.
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Zum Ausgleich der Belastungen ist erfindungsgemäß als zweckmäßig vorgesehen,
daß die proportional wirkende Einrichtung ein Proportional-Ventil ist, das der hydrostatischen
Verdrängereinheit zugeschaltet ist. Über einen elektrischen Verstärker wird das
proportional wirkende Ventil jeweils den Erfordernissen entsprechend geöffnet oder
geschlossen, wodurch eine Minderung oder Erhöhung der Differenz zwischen Soll- und
Istdrehzahl am Antriebsmotor eintritt, was dann zu der gewünschten Angleichung aller
Belastungen führt.
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Nach einer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Erfassung
der Belastungen und zum elektrischen Belastungsvergleich den Meßgeräten ein Summiergerät
und addierende und invertierende Verstärker nachgeordnet sind.
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Nach einer weiteren Ausbildung ist vorgesehen, daß als proportional
wirkende Einrichtung ein elektrcmechanischer Wandler dient, der auf einen gleichzeitig
mit dem zu beeinflussenden Antriebsmotor in Verbindung stehenden Ventilkolben einwirkt.
Auf diese Weise wird statt des elektrischen Vergleichs ein elektranechanischer Vergleich
der Belastungen vorgenatinen. Der proportional wirkende elektranechanische Wandler,
z.B. ein Proportionalinagnet, wirkt mit einer Kraft auf einen Ventilkolben ein,
die der mittleren Belastung aller anderen Antriebe oder der Belastung des am wenigsten
belasteten Antriebs entspricht. Dieser elektrisch erzeugten Kraft wirkt eine hydraulisch
erzeugte Kraft entgegen, die der Belastung des zu beeinflussenden Antriebs proportional
ist.
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tkn die Proportional-Ventile zusätzlich auch für andere Zwecke einsetzen
zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß diese mit den Druckbegrenzungsventilen
verbunden sind. Damit ist es msglich, die Proportional-Ventile als Anfahrsteuerung
zu benutzen, indem bei unbelastetem Zustand der Verdrängereinheit die Druckbegrenzungsventile
offengehalten, nach dem Anlaufen des Antriebsmotors allahhlich geschlossen und bei
Belastung der Verdrängereinheit unterhalb der Überlastgrenze geschlossen gehalten
werden. Die Druckbegrenzungsventile sind so geschaltet und gekoppelt, daß alle Antriebsmotoren
annähernd gleichzeitig die gleiche Last aufnehmen. Diese Vergleichmäßigungswirkung
kann weiter erfindungsgemaß dadurch beeinflußt werden, daß der Schließvorgang der
Druckbegrenzungs-Ventile verzögerbar ist. Auf diese Weise können die einzelnen Ventile
mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten betätigt, d.h. geschlossen oder geöffnet
und damit die Belastung der Antriebsgruppen vergleichmäßigt werden.
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Zur Absicherung der Einrichtung ist es zweckmäßig, den Druckbegrenzungsventilen
der einzelnen Arbeitsgruppen druck- oder ventilkolbenbetätigte elektrische Schalter
zugeordnet
sind, die ihrerseits mit einem Zentralschaltgerat verbunden sind.
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Ansprechen der Drucköegrenzungsventile aller Antriebsgruppen werden
bei einer derartigen Einrichtung alle Antriebsmotoren elektrisch abgeschaltet oder
es werden durch Öffnen je eines elektrohydraulischen Kurzschlußventils in den hydrostatischen
Kreisen alle Antriebsgruppen entlastet. Auch hier ist es möglich, die Ehtlastung
entweder sofort oder nach einer vorgebbaren Verzögerungszeit erfolgen zu lassen.
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Eventuell auftretende Schwingungen in der Belastung werden bedämpft,
indem den Meßgeräten und/oder dem Summiergerät elektrische Netzwerke und elektrische
Verstärker zugeordnet sind. Über die elektrischen Netzwerke bzw. elektrischen Verstärker
werden die belastungsproportionalen elektrischen Signale frequenzabhängig so verstärkt
bzw. abgeschwacht, daß dadurch die auftretenden Schwingungen weitgehend ausgeglichen
werden.
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Die Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine selbst kann erfindungsgeniß
mit der Einrichtung ohne Beeinflussung der Ausgleichswirkung gesteuert werden, indem
dem Summiergerät jeweils untereinander verbundene Summiergeräte und ein Geber zugeschaltet
sind. Über die Summiergeräte und den Geber werden den Signalspannungen, die zwecks
Belastungsausgleich die Proportional-Ventile öffnen sollen, jeweils weitere, für
alle Antriebsgruppen gleiche, Signalspannungen aufaddiert, so daß bei Aufrechterhaltung
des Belastungsausgleichs eine Minderung der Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine
möglich ist.
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Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch einen hohen technischen
Fortschritt und zahlreiche Vorteile aus. Diese sind insbesondere im einfachen Aufbau,
dem Verzicht auf Verbindungsleitungen mit unter hohem Druck stehenden Flüssigkeiten
sowie der vielseitigen Handhabbarkeit zu sehen. Darüber hinaus ist es in vorteilhafter
Weise mit der erfindungsgerMßen Einrichtung möglich, einen gezielten Belastungsausgleich
vorzunehmen, so daß beispielsweise
in besonderen Fällen eine der
Antriebsgruppen von vornherein eine niedrigere oder höhere Belastung aufweist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen weiter erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 das Schaltschema einer Einrichtung zum Belastungsausgleich
mit elektrischem Vergleich, Fig. 2 das Schaltschema einer Einrichtung mit elektrohydraulischem
Vergleich, Fig. 3 das Schaltschema einer Anfahrsteuerung, Fig. 4 das Schaltschema
eines Dampfungsnetzwerkes, und Fig. 5 das Schaltschema einer Steuerung für eine
Geschwindigkeitsverminderung der Antriebe.
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Die Fig. 1 zeigt das Schema einer Einrichtung zum Belastungsausgleich
einer im untertägigen Bergbau eingesetzten Gewinnungsmaschine. Hierbei handelt es
sich beispielweise um einen Hoben, der zwischen den die Antriebseinheit 1 bildenden
Antriebsgruppen 2, 3 hin- und hergezogen wird.
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Jede der beiden Antriebsgruppen 2, 3 ist mit einem in der Riegel gleich
ausgebildeten Asynchronmotor 4, 5, einem Planetenüberlagerungsgetriebe 6 bzw. 7,
einem Untersetzungsgetriebe 8 bzw. 9 mit Ausgangswelle 10 und einer hydrostatischen
Verdrängereinheit 11 bzw. 12 ausgerüstet. Die Ausgangswellen 10 weisen Kettenräder
13 auf, über die an der endlosen Kette 15 die Arbeitsmaschine 14 am Kohlenstoß entlang
hin- und hergezogen werden kann.
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Die hydrostatische Verdrängereinheit 11 bzw. 12 ist mit dem Druckbegrenzungsventil
19 und den Rückschlagventilen 20 verbunden, wobei das Druckbegrenzungsventil 19
iiber die Steuereinheit 21 anzusteuern ist. Über die Zickschlagventile 20 angeschlossen
ist eine Speisepumpe 24 mit Druckbegrenzungsventil
23.
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Zur Regelung und Steuerung des Belastungsausgleiches ist das Proportional-Ventil
25 in den Kreislauf eingeschaltet. Dieses erhält den jeweiligen Steuerbefehl über
die Meßgeräte 26, 27 mit nachgeschaltetem Summiergerät 28 und Verstärker 30, 31.
Über das zwischengeschaltete elektrische netzwerk 29 können die belastungsproportionalen
elektrischen Signale freguenzabhängig so verstärkt bzw. abgeschcht werden, daß eventuell
auftretende Schwingungen in der Belastung bedämpft werden.
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Über diese Einrichtung erfolgt der Vergleich der Belastung eines Antriebes
mit der mittleren Belastung anderer Antriebe oder mit der Belastung des am geringsten
belasteten Antriebes auf elektrischen Wege. Der Ausgleich der Belastung erfolgt
elektrohydraulisch mit Hilfe der Verstärker 30, 31 des Proportional-Ventiles 25
und der hydrostatischen Verdrängereinheit 11 bzw.
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12. Bei jedem zu hoch belasteten Antrieb wird durch eine der Belastungsdifferenz
proportionale Öffnung des Proportional-Ventils 25 eine Minderung der Differenz zwischen
Soll- und Istdrehzahl am Asynchronmotor 4 bzw. 5 bewirkt.
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Bei einer Minderung des Schlupfes verringert sich auch die Belastung,
so daß die gewünschte Angleichung aller Belastungen erfolgt.
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Fig. 2 zeigt eine im wesentlichen gleiche Einrichtung, wobei statt
des elektrischen Vergleichs hier ein elektromechanischer Vergleich der Belastungen
vorgenommen wird, in dem ein proportional wirkender elektromechanischer Wand ler
33, beispielsweise ein Proportionairnagnet statt des Proportional-Ventils im Zusammenwirken
mit einem Ventilkolben auf den Kreislauf der hydrostatischen Verdrängereinheit 11,
12 geschaltet ist. Der elektromechanische Wandler 33 wirkt mit einer Kraft auf den
Ventilkolben ein, die der mittleren Belastung aller anderen Antriebe oder der Belastung
des am wenigstens belasteten Antriebes entspricht. Dieser elektrisch erzeugten Kraft
wirkt eine hydraulisch erzeugte Kraft entgegen, die der Belastung des zu beeinflussenden
Antriebes proportional ist.
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In Fig. 3 ist eine Einrichtung gezeigt, die durch eine elektrohydraulische
oder hydraulische Steuerung ergänzt ist, so daß jede Antriebsgruppe 2 bzw.
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3 zusätzliche Funktionen erfüllt. Bei unbelastetem Stillstand der
hydrostatischen Verdrängereinheit 11 bzw. 12 werden die Druckbegrenzungsventile
36 und 37 bei Schaltung des Wegeventils 35 offengehalten, nach dem Hochlaufen des
Asynchronmotors 4 bzw. 5 alJxflähiich geschlossen und bei Belastung der hydrostatischen
Verdrängereinheit 11, 12 unterhalb der Überlastgrenze geschlossen gehalten. Bei
Belastung oberhalb der Überlastgrenze werden die Druckbegrenzungsventile 36 und
37 durch die Vorstufe 38 geöffnet. An die Stelle der Beeinflussung der Druckbegrenzungsventile
36 und 37 kann auch die entsprechende Beeinflussung anderer Ventile treten, die
einen Durchfluß von der einen Seite der Verdrängereinheit zur anderen Seite ermöglichen.
Zugeschaltet sind weiter das Proportional-Ventil 25 und 39. Die so ausgerüstete
Aufalirsteuerung ist über leitungen und Ventile so mit der Einrichtung zum Belastungsausgleich
verbunden, daß alle Antriebe annähernd gleichzeitig die Last aufnehmen. Dazu wird
bei einem höher als durchschnittlich belasteten Antrieb das Schließen der Ventile
verzögert.
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Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein elektrisches Netzwerk
29 zur Bedämpfung der auftretenden Signalschwanküngen. Un auch eine erhebliche Verminderung
der Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine 14 mit Belastungsausgleich zu ermöglichen,
ist es zweckmäßig, die in Fig. 5 gezeigte Steuerung vorzusehen. Hierbei sind zusätzlich
weitere elektrische Summiergeräte 41, 42 zugeschaltet, über die den Signalspannungen,
die zwecks Belastungsausgleich die Proportional-Ventile 25 öffnen sollen, jeweils
weitere für alle Antriebe gruppen gleiche Signalspannungen aufaddiert. Die Signalspannungen
werden über den Geber 43 erzeugt.
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1 Antriebseinheit 2 Antriebsgruppe 3 Antriebsgruppe 4 Antriebsmotor
5 Antriebsmotor 6 Planetenüberlagerungsgetriebe 7 Planetenüberlagerungsgetriebe
8 Untersetzungsgetriebe 9 Untersetzungsgetriebe 10 Ausgangswelle 11 hydrostat. Verdrängereinheit
12 Getriebe 13 Kettenrad 14 Arbeitsmaschine 15 Kette 19 Druckbegrenzungsventil 20
Rückschlagventile 21 Steuereinrichtung (Ventil) 23 Speise-Druckbegrenzungsventil
24 Speisepumpe 25 Steuereinrichtung (Proportionalventil) 26 elektr. Meßgerät 27
elektr. Meßgerät 28 Meßwertvergleichsgerät 29 Dampfungsnetzwerk 30 elektr. Verstärker
31 elektr. Verstärker 33 Steuereinrichtung (Ventil) 35 Wegeventil 36 Druckbegrenzungsventil-Hauptstufe
37 Druckbegrenzungsventil-Hauptstufe 38 Druckbegrenzungsventil-Vorstufe 39 Steuereinrichtung
(Ventil) 41 elektr. Summiergerät 42 elektr. Summiergerät 43 elektr. Geber
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