DE3103267C2 - Einrichtung zum Belastungsausgleich einer aus mindestens zwei Antriebsgruppen bestehenden Antriebseinheit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Belastungsausgleich von mindestens zwei Antriebsgruppen einer auf eine Arbeitsmaschine, insbesondere eine im untertägigen Steinkohlenbergbau eingesetzten Gewinnungsmaschine, einwirkenden Antriebseinheit, wobei jede Antriebsgruppe einen Antriebsmotor, ein Planetenüberlagerungsgetriebe mit Ausgangswelle und eine hydrostatische Verdrängereinheit, die das Drehmoment des Antriebsmotors abstützt, aufweist. Zur Schaffung einer konstruktiv einfacheren und den besonderen Gegebenheiten im Streb angepaßten Belastungsausgleichseinrichtung werden den hydrostatischen Verdrängereinheiten der Arbeitsgruppen Meßgeräte, die mit einem Summiergerät gekoppelt sind, Steuereinheiten und der Belastung proportional wirkende Einrichtungen zugeordnet.

Description

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

Nach einer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Erfassung der Belastungen und zum elektrisehen Belastungsvergleich den Meßgeräten ein Meßwertvergleichsgerät und addierende und invertierende Verstärker nachgeordnet sind.

Nach einer weiteren Ausbildung ist vorgesehen, daß als proportional wirkende Einrichtung ein elektromechanischer 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 elektromechanischer Vergleich der Belastungen vorgenommen. Der proportional wirkende elektromechanische Wandler, z. B. ein Proportionalmagnet, wirkt mit einer Kraft auf einen Ventilkolben ein, die der mittleren Belastung aller anderen Antriebe oder der Belastung des an¹ wenigsten belasteten Antriebs entspricht Dieser elektrisch erzeugten Kraft wirkt eine hydraulisch erzeugte Kraft entgegen, die der Belastung des zu beeinflussenden Antriebs proportional ist

Um die Proportional-Ventile zusätzlich auch für andere Zwecke einsetzen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß diese mit den Druckbegrenzungsventilen verbunden sind. Damit ist es möglich, die Proportional-Ventile als Anfahrsteuerung zu benutzen, indem bei unbelastetem Zustand der Verdrängereinheit die Druckbegrenzungsventile offengehalten, nach dem Anlaufen des Antriebsmotors allmählich geschlossen und bei Belastung der Verdrängereinheit unterhalb der Überlastgrenze geschlossen gehalten werden. Die Druckbegrenzungsventiie sind so geschähet und gekoppelt, daß alle Antriebsmotoren annähernd gleichzeitig die gleiche Last aufnehmen. Diese Vergleichsmäßigungswirk'mg kann weiter erfindungsgemäß dadurch beeinflußt werden, daß der Schließvorgang der Druckbegrenzungsventiie 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.

Zur Absicherung der Einrichtung ist es zweckmäßig, den Druckbegrenzungsventilen der einzelnen Antriebsgruppen druck- oder ventilkolbenbetätigte elektrische Schalter zugeordnet sind, die ihrerseits mit einem Zentralschaltgerät verbunden sind. Bei Ansprechen der Druckbegrenzungsventil^ aller Antriebsgruppen werden bei einer derartigen Einrichtung alle Antriebsmotoren elektrisch abgeschaltet oder es werden durch öffnen je eines elekcrohydraulischen Kurzschlußventils in den hydrostatischen Kreisen alle Antriebsgruppen entlastet. Auch hier ist es möglich, die Entlastung entweder sofort oder nach einer vorgebbaren Verzögerungszeit erfolgen zu lassen.

Eventuell auftretende Schwingungen in der Belastung werden bedämpft, indem den Meßgeräten und/oder dem Meßwertvergleichsgerät elektrische Dämpfungsnetzwerke und elektrische Verstärker zugeordnet sind. Über die elektrischen Netzwerke bzw. elektrischen Verstärker werden die belastungsproportionalen elektrischen Signale frequenzabhängig so verstärkt bzw. abgeschwächt, daß dadurch die auftretenden Schwingungen weitgehend ausgeglichen werden.

Die Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine selbst kann erfindungsgemäß mit der Einrichtung ohne Beeinflussung der Ausgleichswirkung gesteuert werden, indem dem Meßwertvergleichsgerät jeweils untereinander verbundene Summiergeräte und ein Geber zugeschaltet sind. Ober 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

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 erfindungsgemäßen Einrichtung möglich, einen gezielten Belastungsausgleich vorzunehmen, so daß beispielsweise v,-. besonderen Fällen eine der Antriebsgruppen von vornhere ji eine niedrigere oder höhere Belastung aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand vor Zeichnungen weiter erläutert Es zeigt

Fi^l das Schaltschema einer Einrichtung zum Belastungsausgleich mit elektrischem Vergleich,

F i g. 2 das Schaltschema einer Einrichtung mit elektrohydraulischem Vergleich,

F i g. 3 das Schaltschema einer Anfahrstauerung,

Fig.4 das Schaltschema eines Dämpfungsnetzwerkes und

F i g. 5 des Schaltschema einer Steuerung für eine Geschwindigkeitsverminderung der Antriebe.

Die F i g. I zeigt das Schema einer Einrichtung zum Belastungsausgleich einer im untertägigen Bergbau eingesetzten Gewinnungsmaschine. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen Hobel, der zwischen den die Antriebseinheit 1 bildenden Antriebsgruppen 2, 3 hin- und hergezogen wird.

Jede der beiden Antriebsgruppen 2,3 ist mit einem in der Regel gleich ausgebildeten Antriebsmotor (Asynchronmotor) 4,5, einem Planetenüberlagerungsgetriebe 6 bzw. 7, einem Untersetzungsgetriebe S 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.

Die hydrostatische Verdrängereinheit 11 bzw. 12 ist mit dem Druckbegrenzungsventil 19 und den Rückschlagventilen 20 verbunden, wobei das Druckbegrenzungsventil 19 über die Steuereinheit 21 anzusteuern ist Über die Rückschlagventile 20 angeschlossen ist eine Speisepumpe 24 mit Druckbegrenzungsventil 23.

Zur Regelung und Steuerung des Belastsngsausgleiches ist das Proportional-Ventil 25 in den Kreislauf eingeschaltet Dieses erhält den jeweiligen Steuerbefehl über die Meßgeräte 26, 27 mit nachgeschaltetem Meßwertvergleichsgerät 28 und Verstärker 30,31. Über das zwischengeschaltete elektrische Dämpfungsnetzwerk 29 können die belastungsproportionalen elektrischen Signale frequenzabhängig so verstärkt bzw. abgeschwächt werden, daß eventuell auftretende Schwin- gungen in der Belastung gedämpft werden.

Über diese Einrichtung erfolgt der Vergleich der Belastung eines Antriebes mit der mittleren Belastung anderer Antriebe oder mit der Belastung des am gering-

sten belasteten Antriebes auf elektrischem Wege. Der Ausgleich der Belastung erfolgt elektrohydraulisch mit Hilfe der Verstärker 30,31 des Proportional-Ventiles 25 und der hydrostatischen Verdrängereinheit 11 bzw. 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 Antriebsmotor 4 bzw. 5 bewirkt. Bei einer Minderung des Schlupfes verringert sich auch die Belastung, so daß die gewünschte Angleichung aller Belastungen erfolgt.

F i g. 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 Wandler 33, beispielsweise ein Proportionalmagnet statt des Proportional-Ventils im Zusammenwirken mit einem Ventilkolben auf den Kreislauf der hy-

Der elektromechanische Wandler 33 wirkt mit einer Kraft auf den Ventilkolben ein, die der mittleren Belastung aller anderen Antriebe oder der Belastung des am wenigsten belasteten Antriebes entspricht. Dieser elektrisch erzeugten Kraft wirkt eine hydraulisch erzeugte Kraft entgegen, die der Belastung des zu beeinflussenden Antriebes proportional ist.

In Fig.3 is", eine Einrichtung gezeigt, die durch eine elektrohydraulische oder hydaulische Steuerung ergänzt ist, so daß jede Antriebsgruppe 2 bzw. 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 Antriebsmolors 4 bzw. 5 langsam 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 Anfahrsteuerung 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.

Fig.4 zeigt ein Aasführungsbeispiel für ein elektrisches Dämpfungsnetzwerk 29 zur Bekämpfung der auftretenden Signalschwankungen. Um auch eine erhebliche Verminderung der Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine 14 mit Belastungsausgleich zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, die in F i g. 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 Antriebsgruppen gleiche Signalspannungen aufaddiert Die Signalspannungen werden über den Geber 43 erzeugt

1 Antriebseinheit

2 Antriebsgruppe

3 Antriebsgruppe '

4 Antriebsmotor

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 19 20 21

60

65 Antriebsmotor Planetenüberlagerungsgetriebe Planetenüberlagerungsgetriebe Untersetzungsgetriebe Untersetzungsgetriebe Ausgangswelle hydrostat. Verdrängereinheit hydrostat. Verdrängereinheit Kettenrad

Arbeitsmaschine Kette

Druckbegrenzungsventil Rückschlagventile Steuereinrichtung (Ventil) Speise-Druckbegrenzungsventil Speisepumpe Proportionalventil elektr. Meßgerät elekir. Meßgerät Meßwertvergleichsgerät Dämpfungsnetzwerk elektr. Verstärker elektr. Verstärker elektromechanischer Wandler Wegeventil Druckbegrenzungsventil-Hauptstufe Druckbegrenzungsventil-Hauptstufe Druckbegrenzungsventil- Vorstufe Steuereinrichtung (Ventil) elektr. Summiergerät elektr. Summiergerät elektr. Geber

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 2 Derartige Einrichtungen zum Belastungsausgleich Patentansprüche: sind bekannt (DE-PS 24 03 817), wobei das Differentialsystem in jeder Arbeitsgruppe ein dreigliedriges Um-

1. Einrichtung zum Belastungsausgleich von min- laufrädergeriebe ist und zum Belastungsausgleich eine destens zwei Antriebsgruppen einer aus einer An- 5 hydrostatische Kopplung durch ein hydrostatisches triebsmaschine für den Untertageeinsatz, insbeson- Ferngetriebe mit geschlossenem Kreislauf verwendet dere eine Gewinnungsmaschine, einwirkenden An- wird. Ober das hydrostatische Ferngetriebe mit dem triebseinheit, wobei jede Antriebsgruppe einen An- geschlossenen Kreislauf, d. h. mit entsprechend langen triebsmotor, ein Planetenüberlagerungsgetriebe mit Verbindungsleitungen, wird ein Druck- und M -:ngen-Ausgangswelle und eine hydrostatische Verdränger- io ausgleich zwischen den beiden hydrostatischen Vereinheit, die das Drehmoment des Antriebsmotors drängereinheiten bewirkt, was aufgrund der Zuordnung abstützt, aufweist, dadurch gekennzeich- der hydrostatischen Verdrängereinheit zu den dreigliedn e t, daß den Antriebsmotoren (4,5) der Antriebs- rigen Umlaufrädergetrieben zu einem Lastausgleich gruppen (2, 3) Meßgeräte (26, 27), die mit einem zwischen den Asynchronelektromotoren der einzelnen Meßwertvergleichsgerät (28) gekoppelt sind, und 15 /»ntriebsgruppen führt

der Meßwertdifferenz proportional wirkende Ein- Nachteilig bei den bekannten Einrichtungen zum Berichtungen (25, 33) zur Steuerung der Verdränger- Iastungsausgleich ist die Notwendigkeit, zwischen den einheiten (11,12) sowie weitere Steuereinheiten (21, einzelnen Antriebsgruppen jeweils eine Saug- und eine 39) zugeordnet sind. Druckleitung zu verlegen, über die der Druck- und

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 20 Mengenausgleich erfolgen kann. Da diese Schlauchzeichnet. daS die proportional wirkende Einrichtung oder Rohrleitungen über die gesamte Länge des Streein Proportional-Ventil (25) ist daß der hydrostati- bes, & h. also über mehrere 100 Meter, verlegt werden sehen Verdrängereinheit (11,12) zugeschaltet ist müssen, sind sie den besonderen Beanspruchungen des

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- untertägigen Gewinnungsbetriebes besonders stark zeichnet daß den Meßgeräten (26,27) ein Meßwert- 25 ausgesetzt Außerdem muß eine entsprechende Menge Vergleichsgerät (28) und addierende und invertieren- Hydraulikflüssigkeit vorgehalten werden, die bei Bede Vestärker (30,31) nachgeordwet sind. Schädigungen der Leitungen zusätzlich zu einer Gefähr-

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- dung des Bedienungspersonals führen kann,
zeichnet daß als proportional wirkende Einrichtung Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine ein elektromechanischer Wandler (33) dient, der auf 30 konstruktiv einfache und den besonderen Gegebenheieinen gleichzeitig mit dem zu beeinflussenden An- ten im Streb angepaßte Belastungsausgleichseinrichtriebsmotor (4, 5) in Verbindung stehenden Ventil- tung zu schaffen, die einen gleichzeitigen und gezielten kolben einwirkt Belastungsausgleich ermöglicht

5. Einrichtung nach Ampruch 1 und Anspruch 2, Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gedadurch gekennzeichnet daß die I-Yoportional-Ven- 35 löst, daß den Antriebsmotoren der Antriebsgruppen tile (25) mit den Druckbegrenzungsventilen (19) in Meßgeräte, die mit einem Meßwertvergleichsgerät geVerbindung stehen, koppelt sind, und der Meßwertdifferenz proportional

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- wirkende Einrichtungen zur Steuerung der Verdrängerzeichnet, daß der Schließvorgang der Druckbegren- einheiten sowie weitere Steuereinheiten zugeordnet zungsventile (19) verzögerbar ist -to sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- Mit einer derartigen Einrichtung ist es möglich, die zeichnet, daß den Druckbegrenzungsventilen (19) Belastung jeder einzelnen Antriebsgruppe durch beider einzelnen Antriebsgruppen (2, 3) druck- oder spielsweise eine elektrische Leistungsmessung, oder ventilkolbenbetätigte elektrische Schalter nachge- durch eine elektrische Strommessung oder durch eine ordnet sind, die ihrerseits mit einem Zentralschaltge- 45 elektrohydraulische Druckmessung zu erfassen und mit rät verbunden sind. der Belastung des Antriebsmotors der anderen An-

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- triebsgruppe oder der mittleren Belastung der anderen zeichnet, daß den Meßgeräten (26,27) und/oder dem Antriebsmotoren oder mit der Belastung des am ge-Meßwertvergleichsgerät (28) elektrische Dämp- ringsten belasteten Antriebsmotors zu vergleichen und fungsnetzwerke (29) und elektrische Verstärker (30, 50 die Belastung elektrisch oder elektromechanisch auszu-31) zugeordnet sind. gleichen. Ist aufgrund der Meßwerte ein Ausgleich not-

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- wendig, so erfolgt dieser durch die elektrohydraulische zeichnet, daß dem Meßwertvergleichsgerät (28) je- Steuereinrichtung an den hydrostatischen Verdrängerweils untereinander verbundene Summiergeräte (4t, einheiten, ohne daß ein Druck- oder Mengenausgleich 42) und ein Geber (43) zugeschaltet sind. 55 zwischen den einzelnen hydrostatischen Verdrängereinheiten notwendig ist. Statt der bisher benötigten Saug-

und Druckleitung zwischen den hydrostatischen Ver-

drängereinheiten ist jetzt lediglich eine Verbindungsleitung zur Übertragung elektrischer Signale bezüglich

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum BeIa- 60 der ermittelten Meßwerte erforderlich. Eine derartige

stungsausgleich von mindestens zwei Antriebsgruppen Verbindungsleitung kann ohne Schwierigkeiten am

einer auf einer Arbeitsmaschine für den Untertageein- oder im Förderer so verlegt werden, daß sie vor Beschä-

satz, insbesondere eine Gewinnungsmaschine, einwir- digungen geschützt ist. Außerdem ist der damit verbun-

kenden Antriebseinheit, wobei jede Antriebsgruppe ei- dene Verlegungs- und Wartungsaufwand sehr gering,

nen Antriebsmotor, ein Planetenüberlagerungsgetriebe 65 Zum Ausgleich der Belastungen ist erfindungsgemäß

mit Ausgangswelle und eine hydrostatische Verdränger- als zweckmäßig vorgesehen, daß die proportional wir-

einheit, die das Drehmoment des Antriebsmo.'ors ab- kende Einrichtung ein Proportional-Ventil ist, das der

stützt, aufweist. hydrostatischen Verdrängereinheit zugeshaltet ist. Über