DE3326035C1 - Elektrohydraulische Steuerung für Ausbaugestelle des untertägigen Grubenbetriebs - Google Patents

Description

• Aufgrund der Eingliederung von solchen Sicherheitselementen - auch Leistungsmodule genannt - in die Versorgungsleitungen zwischen dem Transformator und den Magnetventilen, welche auf unzulässige Strom-und/oder Spannungsbelastungen basierende Störungen im Lastkreis schnell reagieren und dann die Stromzufuhr zu den Magnetventilen unterbrechen, können jetzt erstmals eigensichere Stromkreise in der Schutzart (Sch)i selbst bei einer erhöhten Leistung von ca. 20 W bereitgestellt werden. Die Sicherheitselemente sind äußerst empfindlich bei Kurzschluß, Massenschluß und Schluß gegen positive oder negative Versorgungsspannungen und senken sofort den Strom bzw. schalten ihn ab. Die Erfindung ermöglicht folglich auch den Einsatz stärkerer Magnete und damit die Direktsteuerung. Vorteilhaft gelangen hierbei Magnetventile zur Anwendung, wie sie z. B. in der DE-OS 31 22 961 offenbart werden. Die eigensichere Leistung durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Sicherheitselemente kann mehr als 21,5 W betragen.
• Das Konzept der Direktsteuerung ermöglicht bei Verwendung von Proportional- oder Schaltmagneten eine dosierte Versorgung der Verbraucher mit Hydraulikflüssigkeiten. So ist z. B. ohne weiteres eine Gleichlaufsteuerung realisierbar. Durch die Anwendung der besonderen Schaltungstechnik für die Sicherheitselemente werden Kurzschlüsse auch gegenüber allen möglichen Potentialen abgesichert. Die eigensichere Leistung von etwa 21,5 W macht es möglich, Direktsteuerungen im Bereich von 320 bar Nenndruck zu betreiben.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich durch die Merkmale des Anspruchs 2.
• Danach wird der Strom sowohl in dem Plus-Leiter als auch in dem Minus-Leiter zunächst über einen Stromwertaufnehmer geführt. Der Stromwertaufnehmer mißt den Stromfluß empfindlich in einem niederohmigen Bereich. Den Wert des Stromflusses leitet der Stromwertaufnehmer dann selbständig an die Auswertelektronik weiter. Unabhängig davon, wo die Ursachen beispielsweise eines Kurzschlusses zu suchen sind, wirkt die Auswertelektronik bei einem zu hohen Stromfluß automatisch auf die Schaltregler ein. Dabei sind diese Schaltregler so ausgebildet, daß sie kleinere Störungen intern ausregeln, jedoch bei größeren Störungen öffnen und den Stromfluß unterbrechen. Den Magnetventilen wird mithin immer nur ein Stromfluß zugeführt, der im eigensicheren Bereich (Sch)i liegt. Die anstehende Spannung ist bei dieser Schutzart so gering, daß entstehende Funken wegen mangelnder Energie auch in gefährdeten Bereichen des Untertagebetriebs nicht entzündend wirken können. Dabei können alle Zuführungsleitungen zu den unter Umständen blockweise zusammengefaßten Magnetventilen in einem Sammelkanal vereinigt und in einem Steckverbinder zusammengefaßt sein.
• Es ist nach der Erfindung von Vorteil, wenn gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 die Schaltregler aus Halbleitermaterial gefertigt sind.
• Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in den Merkmalen des Anspruchs 4, wonach die Sicherheitselemente mit einer Ansteuerlogik gekoppelt sind. Mit Hilfe der Ansteuerlogik kann jedes einzelne Sicherheitselement gezielt aktiviert werden. Erst wenn die Sicherheitselemente aktiviert sind, können die gewünschten Steuervorgänge gezielt eingeleitet werden. Der Ansteuerlogik ist zweckmäßig eine Not-Aus-Schaltung zugeordnet, durch welche die nicht durch die Ansteuerlogik erreichbaren Ausbaugestelle nicht mehr angesteuert werden. An den benachbarten Ausbaugestellen erfolgt dann auch keine Reaktion der Sicherheitselemente.
• Aus Gründen der Störsicherheit, des Platzmangels, der Wärmeabgabe, der Systemkompatibilität mit anderen Anlagen sowie der Systemaustauschbarkeit sind die Merkmale des Anspruchs 5 vorgesehen.
• Unter Verwendung der Merkmale des Anspruchs 6 kann die Schutzschaltung bevorzugt in die mechanische Konstruktion der Betätigungsmagneten integriert sein.
• Die mit den Merkmalen des Anspruchs 7 verbundenen Vorteile sind geringe Abmessungen, wenig Wärmeentwicklung, ein hoher Wirkungsgrad und ein weiter Stabilisierungsbereich, verbunden mit gleichzeitiger galvanischer Trennung. Der Transformator speist sämtliche Sicherheitselemente bzw. Leistungsmodule.
• Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt F i g. t ein Systembild einer elektrohydraulischen Steuerung für die hydraulischen Verbraucher eines Schildausbaugestells in geringen Flözmächtigkeiten und F i g. 2 in vergrößerter Darstellung ein einem Magnetventil zugeordnetes Sicherheitselement.
• Mit 1 ist in der F i g. 1 eine elektrische Versorgungsleitung für Wechselstrom mit 220 V bezeichnet. Der Wechselstrom ist über einen Spezialtransformator 2 geführt, der nach dem Prinzip des magnetischen Konstanters arbeitet. Der Transformator 2 ist in der Schutzart (Sch)e ausgelegt. Das bedeutet, daß sämtliche elektrischen Leitungen und Anschlüsse derart gekapselt sind, daß evtl. entstehende Funken nicht zu einer Entzündung führen können In dem Transformator 2 wird die Spannung von 220 V auf etwa 11 V heruntertransformiert. Im Anschluß daran wird noch im Bereich der Schutzart (Sch)edargestellt durch den Kasten 3 - der Wechselstrom in Gleichstrom gerichtet und eine Glättung vorgenommen.
• In der Leitung 4 steht nunmehr ein elektrischer Gleichstrom mit etwa 11 V an.
• Die Leitung 4 splittet sich in eine Anzahl von Versorgungsleitungen 4', 4"-4", die jeweils zu einem nachstehend noch näher erläuterten Sicherheitselement 5, 5'-5n führen. Jedes Sicherheitselement 5-5" ist aus Gründen der Störsicherheit, des Platzmangels, der Wärmeabgabe, der Systemkompatibilität mit anderen Anlagen sowie der Systemaustauschbarkeit in einem separaten Gehäuse untergebracht.
• Jedes Sicherheitselement 5-5" gewährleistet, daß über die von ihnen abgehenden Leitungen 6, 6'-6" den Magnetventilen 7, 7'-7n jeweils ein eigensicherer Stromkreis zugeführt wird. Dabei können sämtliche Leitun gen 6-6" in einem Sammelkanal 8 zusammengefaßt sein. Steckverbinder 9 ermöglichen eine Zwangssteckbarkeit des Kabelkanals 8 mit den Magnetventilen 7-7n Die Anzahl der Sicherheitselemente 5-5n entspricht der benötigten Anzahl Magnetventile 7-7n zur Beaufschlagung der nicht näher dargesellten hydraulischen Verbraucher.
• Die F i g. 1 läßt ferner erkennen, daß jedes Sicherheitselement 5-5n von einer Ansteuerlogik 10 her einzeln aktiviert werden kann. Die Ansteuerlogik 10 bildet Bestandteil eines Steuerpults, von dem aus ein oder mehrere Ausbaugestelle gesteuert werden können. Erst wenn von der Ansteuerlogik 10 aus die Sicherheitselemente 5-5" aktiviert sind, können die gewünschten Steuerungsvorgänge vorgenommen werden.
• In der Fig.2 ist beispielsweise das Sicherheitselement 5 im Zusammenwirken mit dem Magnetventil 7 veranschaulicht. Der Aufbau dieses Sicherheitselements 5 entspricht dem Aufbau auch der anderen Sicherheitselemente 5'-5", so daß es ausreicht, ein einziges Sicherheitselement 5 zu erläutern.
• Das Sicherheitselement 5 umfaßt jeweils in die Plus-Leiter 11 und in die Minus-Leiter 12 in Reihe eingegliederte, mit einer Auswertelektronik 13 gekoppelte Stromwertaufnehmer 14, 15 und Schaltregler 16, 17. Die Stromwertaufnehmer 14, 15 messen den Stromfluß empfindlich in einem niederohmigen Bereich. Jeder Stromwertaufnehmer 14, 15 gibt dann den Wert des Stromflusses in seinem Leiter 11 oder 12 an die Auswertelektronik 13 weiter. Bei den Schaltreglern 16, 17 handelt es sich um bevorzugt aus Halbleitermaterial gefertigte schnelle Schalt- und Regelelemente, die intern kleinere Störungen ausregeln, bei größeren Störungen jedoch sofort den Stromfluß in ihrer Leiter 11 oder 12 unterbrechen.
• Wie gesagt, werden die Schaltregler 16, 17 von der Auswertelektronik 13 angesteuert, wozu der Auswertelektronik 13 Informationen über die Höhe des fließenden Stroms aus den Stromwertnufiiehulern 14, 15 zugeführt werden.
• Durch die Eingliederung der schnellen Schaltregler 16, 17 wird dem Magnetventil 7 lediglich ein Stromfluß zugeführt, der im eigensicheren Bereich (Sch)i liegt.
• Der F i g. 2 ist noch zu entnehmen, daß das Magnetventil 7- mit einer Schutzschaltung 18 versehen ist, die bevorzugt mit in die mechanische Konstruktion integriert ist. Die Schutzschaltung 18 besteht aus Halbleiterdioden, die mehrfach redundant vorhanden sind.
• Durch den Aufbau der Steuerung, insbesondere durch die Verwendung der schnellen Schaltregler, ist es möglich, die Stromzufuhr der Magnete zyklisch an- und abzuschalten.
• Hierbei wird den Magneten nach vollendetem Einschaltvorgang nur noch ein geringerer Haltestrom zugeführt. Es tritt eine geringere Erwärmung der Magnete auf, bei gleichzeitiger Entlastung des Transformators 2.

Claims (8)

1. Patentansprüche: 1. Elektrohydraulische Steuerung für mit geringen elektrischen Leistungen beaufschlagbare Magnetventile hydraulischer Verbraucher in Ausbaugestellen des untertägigen Grubenbetriebs, insbesondere für Schildausbaugestelle in niedrigen Flözmächtigkeiten, welche einen Transformator zur Umwandlung der Netzspannung in eine etwa 15fach geringere Betriebsspannung sowie Elemente zur Gleichrichtung von Wechselstrom und anschließender Stromglättung aufweist, d a d u r c h g e k e n n -z ei c h n e t, daß in die Versorgungsleitungen (4-4') zwischen dem Transformator (2) und den Proportional- oder Schaltmagnete aufweisenden Magnetventilen (7-7") auf unzulässige Strom- und/ oder Spannungsbelastungen basierende Störungen .im Lastkreis schnell reagierende, die Stromzufuhr zu den Magnetventilen (7-7') unterbrechende Sicherheitselemente (5-5') eingegliedert sind.
2. 2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sicherheitselement (5~5nu jeweils in die Plus-Leiter (11) und in die Minus-Leiter (12) in Reihe eingegliederte, mit einer Auswertelektronik (13) gekoppelte Stromwertaufnehmer (14, 15) und Schaltregler (16, 17) aufweist.
3. 3. Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltregler (16, 17) aus Halbleitermaterial gefertigt sind.
4. 4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitselemente (5-5") mit einer Ansteuerlogik (10) gekoppelt sind.
5. 5. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sicherheitselement (5-5") in einem separaten Gehäuse untergebracht ist.
6. 6. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Magnetventil (7-7n) mit einer integrierten Schutzschaltung (18) aus mehrfach redundanten Halbleiterdioden versehen ist.
7. 7. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (2) nach dem Prinzip des magnetischen Konstanters wirksam ist.
8. 8. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitselemente (5-5") in einer zyklisch geschalteten Arbeitsweise betrieben werden können.

   Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Steuerung für mit geringen elektrischen Leistungen beaufschlagbare Magnetventile hydraulischer Verbaucher in Ausbaugestellen des untertägigen Grubenbetriebs gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

   Ein erhebliches Problem bei den elektrohydraulischen Steuerungen für die hydraulischen Verbraucher in Ausbaugestellen bildet die Einhaltung der Sicherheitsvorschriften der Bergbehörden. In diesem Zusammenhang stößt der Fachmann, insbesondere bei der Realisierung von Direktsteuerungen, sehr schnell an die Grenze des noch Machbaren. Die erforderlichen Schutzmaßnahmen gemäß (Sch)e zur Kapselung der elektrischen Geräte, Leitungen und Anschlüsse sind nämlich unter Berücksichtigung der bei einer Direkt- steuerung erforderlichen elektrischen Leistungen so umfangreich und raumaufwendig, daß eine Installation bei Ausbaugestellen, insbesondere jedoch bei Schildausbaugestellen für geringe Flözmächtigkeiten, nicht mehr möglich ist. Der Fachmann ist demzufolge bislang gezwungen, auf geringere elektrische Leistungen auszuweichen. Solche Leistungen ermöglichen zwar eigensichere Schutzmaßnahmen gemäß (Sch)i, eine Direktsteuerung der Magnetventile kann aber nicht mehr erfolgen, weil die zur Betätigung der Magnetventile notwendige elektrische Leistung fehlt. Die bei der Schutzart (Sch)i zur Verfügung stehende geringe Leistung reicht lediglich aus, um Vorsteuerventile bewegen zu können, mit deren Hilfe dann die hydraulischen Hauptventile für die großen Mengenströme der hydraulischen Verbraucher verlagert werden. Vorgesteuerte Ventileinheiten gelten indessen als anfällig und weisen doch noch ein großes Bauvolumen auf.

   Es ist zwar bekannt, Magnetventile zu verwenden, die mit einer Leistung von maximal 15 W beaufschlagbar sind, so daß auch eine eigensichere Ausführung gemäß der Schutzart (Sch)i möglich ist, bei welcher auch im untertägigen Grubenbetrieb Wartungsmaßnahmen bzw. Reparaturen an elektrischen Systemen durchgeführt werden können, ohne daß das elektrische System außer Betrieb genommen werden muß. Dies kann jedoch nur durch z. B. konventionelle Längsregler realisiert werden, die nicht die nötige Schnelligkeit aufweisen, um zB. bei einem gegebenenfalls entstehenden Kurzschluß rasch abschalten zu können.

   Es muß mithin festgestellt werden, daß es bisher nicht oder nur mit einem sehr hohen und daher unbefriedigenden Aufwand gelungen ist, elektrische Leistungen zur Überwindung der hohen mechanischen Widerstände bereitzustellen, und zwar unter Beibehaltung der Eigensicherheit gemäß Schutzart (Sch)i, sowie der Forderung, die Betätigungsventile für die hydraulischen Verbraucher direkt ansteuern zu können.

   Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, die im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebene elektrohydraulische Steuerung in der Schutzart (Sch)i so zu verbessern, daß sie als direkte Ventilsteuerung ohne wesentlichen konstruktiven Aufwand selbst bei denjenigen Ausbaugestellen angewendet werden kann, bei denen der zur Verfügung stehende Einbauraum sehr knapp bemessen ist.

   Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.