DE3817988C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren von schweranlaufenden Maschinen, insbesondere von Strebförde­ rern, im untertägigen Berg- und Tunnelbau, mit zumindest ei­ nem aus Elektromotor, Getriebe und zwischengeschalteter Flüssigkeitskupplung bestehendem Antrieb, wobei die in der Arbeitskammer der Flüssigkeitskupplung befindliche Arbeitsmittelmenge lastabhängig regelbar ist.

Durch den Einsatz von Flüssigkeitskupplungen wird bei schweranlaufenden Maschinen mit hoher Antriebsleistung ein verzögerter Aufbau des übertragenen Drehmomentes und somit eine gewisse Entlastung während des Motorhochlaufes erreicht.

Nachteilig bei Flüssigkeitskupplungen mit konstanter Füllmenge ist, daß sie unter den im Untertagebetrieb gegebenen Bedingungen nur schwierig zu handhaben sind. Das Befüllen der Kupplung, z.B. nach Auslösen der Schmelzsicherung oder zum Ausgleich von Leckageverlusten, ist sehr zeitaufwendig, das Einhalten der vorgegebenen Füllmenge nahezu unmöglich. Bei zu geringer Füllmenge ist jedoch das übertragbare Drehmoment entsprechend reduziert. Eine zu große Füllmenge dagegen führt zu Leistungsverlusten mit erhöhter Erwärmung der Kupplung und ggf. Auslösen der Schmelzsicherung.

Andererseits ist die erreichte Verzögerung des Drehmomenten­ aufbaues und damit der Entlastung während des Motorhochlau­ fes in bestimmten Fällen unbefriedigend. Das gilt insbeson­ dere für die Antriebe von Strebförderern. Die immer noch ho­ hen Anfahrströme der Elektromotoren führen bei der hier ge­ gebenen hohen Schalthäufigkeit zu einer zusätzlichen Bela­ stung des Stromnetzes und auch zu einer unzulässigen Erwär­ mung der Aggregate. Darüber hinaus führt die beim Anfahren des beladenen Förderers auf die Mitnehmerkette wirkende hohe Belastung häufig zu bleibenden Längenänderungen der Mitneh­ merkette, so daß diese nach einer gewissen Betriebsdauer un­ ter großem Zeit- und Arbeitsaufwand gekürzt, unter Umständen sogar ausgetauscht werden muß.

Ein gegenüber Flüssigkeitskupplungen mit konstanter Füllmenge der Arbeitskammer verbessertes Anlaufverhalten zeigen Flüssigkeitskupplungen, die neben der eigentlichen Arbeitskammer mit den Schaufelrädern eine sogenannte Verzögerungskammer aufweisen. Beide Kammern sind über regelbare Ventile miteinander verbunden. Bei geöffneten Ventilen kann eine von der jeweiligen Drehzahl abhängige Arbeitsmittelmenge aus der Arbeitskammer in die Verzögerungskammer abfließen, so daß der Antrieb entlastet wird. Bei geschlossenen Ventilen steigt die Arbeitsmittelmenge in der Arbeitskammer an und das übertragbare Drehmoment wird erhöht.

Sind jedoch die Ventile lediglich durch Fliehkraft gesteuert, d. h. sie schließen beim Überschreiten einer definierten Schaltdrehzahl, so kommt der richtigen, auf die jeweiligen Bedingungen abgestimmten Gesamt-Füllmenge der Strömungskupplung, die im Betrieb nicht veränderlich ist, eine wesentliche Bedeutung zu, da insbesondere bei Überfüllung der Kupplung Drehmomentpulsation und eine unnötig hohe Motorbelastung durch hohe Stromaufnahme und eine schnellere Kupplungserwärmung mit der Gefahr des Auslaufens der Kupplung auftreten. Bei Unterfüllung besteht die Gefahr, daß das Auslegungsdrehmoment im Betrieb nicht mehr erreicht wird. Da in der Regel die Betriebsbedingungen nicht bekannt sind, sind zeitaufwendige Methoden zur Überprüfung und Einhaltung der optimalen Füllmenge notwendig. Diese müßte bei Leckageverlusten natürlich von Zeit zu Zeit wiederholt werden.

Um diesen Nachteil der genau einzustellenden Füllmenge zu vermeiden ist bereits vorgeschlagen worden (DE-Zeitschrift "Glückauf", 122 (1986), Seiten 817-821; DE-A-33 18 462), die Ventile im gesamten Drehzahlbereich in Abhängigkeit von der Motorkennlinie zu steuern, wobei die Meßwertaufnehmer bspw. für Drehzahl, Drehmoment oder Drehbeschleunigung, die Signalverarbeitung, die Energieversorgung und die Ventilsteuerung innerhalb der Kupplung angeordnet sind und die Kupplung keine Verbindung nach außen hat. Mit dieser vorgeschlagenen Ventilregelung soll erreicht werden, daß sich eine Überfüllung der Kupplung nicht negativ auswirkt, so lange die Füllmenge innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt.

Neben dem hohen erforderlichen Aufwand für die Meßwerteerfassung, Signalverarbeitung und Ventilsteuerung weist diese Flüssigkeitskupplung weitere wesentliche Nachteile auf:

• - Änderungen der Betriebsbedingungen oder der Antriebskonfiguration erfordern einen Eingriff in die Kupplung zur Anpassung der Signalverarbeitung an die geänderten Bedingungen.
• - Nach wie vor kommt der Einhaltung und Überwachung der Gesamtfüllmenge bei Neufüllung und Leckageverlusten eine große Bedeutung zu, wenn nunmehr auch die Füllmenge innerhalb eines gewissen Bereiches schwanken kann.
• - Es ist lediglich ein entlasteter Hochlauf des Motors möglich. Ein wirklich lastfreier Hochlauf des Motors ist nicht möglich, da stets Arbeitflüssigkeit in der Arbeitskammer verbleibt. Die Aufteilung der Arbeitsflüssigkeit auf Arbeitskammer und Verzögerungskammer z. B. im Stillstand, und somit beim Starten des Antriebes, hängt lediglich von der Konstruktion der Kupplung bzw. der Anordnung und Ausbildung der Ventile ab.
• - Bei Parallelschaltung von mehreren Antrieben ist keine Abstimmung zwischen den einzelnen Antrieben, z. B. zwischen Haupt- und Hilfsantrieb eines Strebförderers möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, das ein weitgehend lastfreies, optimiertes Anfahren von schweranlaufenden Maschinen ermöglicht.

Bei einem Antrieb der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine im Betrieb von außen befüllbare Flüssigkeitskupplung verwendet wird, daß der Hochlauf des Elektromotors lastfrei bei entleerter Flüssigkeitskupplung erfolgt und daß anschließend die Befüllung der Flüssigkeitskupplung entsprechend der vorgegebenen Belastungskurve erfolgt.

Durch das nunmehr praktisch lastfreie Hochfahren des Motors und den gezielt geregelten Aufbau des übertragenen Drehmomentes wird z. B. bei einem typischen Strebfördererantrieb der Spannungabfall im Stromnetz um bis zu 14% vermindert und damit wiederum die Übertragung des Motordrehmomentes erheblich verbessert. Überlastungen der Mitnehmerkette, und in deren Folge Überdehnungen, sowie des Kettensternes und des Getriebes werden vermieden.

Bei mehreren parallelen Antrieben, z. B. Haupt- und Hilfsantrieb eines Strebförderers, kann über die Befüllung der Flüssigkeitskupplungen eine optimale Lastverteilung erreicht werden. Zweckmäßigerweise wird die Befüllung der einzelnen Kupplungen so abgestimmt, daß das Verhältnis der Anstiege der Motorströme gleich dem Verhältnis der Nennleistungen der Motoren ist.

Vorteilhafterweise wird als Arbeitsfluid der Flüssigkeitskupplung Wasser verwendet, das aus dem vorhandenen Gruben- bzw. Strebwassernetz entnommen werden kann. Somit kann auf eine eigene aufwendige Versorgungsanlage bzw. Bevorratung für das Arbeitsfluid verzichtet werden. Zum Abführen der im Normalbetrieb abzuführenden Schlupfwärme kann dann auch ständig Wasser aus der Kupplung abgezogen und durch Frischwasser ersetzt werden. Das abgezogene Wasser wird in einer drucklosen Kupplungskammer aufgefangen und kann in einfacher Weise durch eine Saugstrahlpumpe abgepumpt werden, wobei das Treibmittel für die Saugstrahlpumpe das aus der Motor- und Getriebekühlung abfließende und noch unter einem Druck von 20-25 bar stehende Kühlwasser verwendet werden kann.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist selbstverständlich nicht auf den untertägigen Bergbau beschränkt. Vielmehr kann es grundsätzlich bei allen schweranlaufenden Maschinen bzw. Anlagen angewendet werden. So können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren z. B. bei Förderanlagen mit mehreren Einzelförderbändern mit unterschiedlicher Beladung die Förderströme, auch schon beim Anfahren der Anlage, optimal aufeinander abgestimmt werden.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in den Fig. 1 und 2 beispielhaft dargestellten Strebfördererantriebes näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Aufbau einer Antriebsregelung und

Fig. 2 das Wasserver- und -entsorgungssystem der Flüssigkeitskupplung.

Ein Strebförderer 3 ist mit einem Hauptantrieb 1 und einem Hilfsantrieb 2 mit jeweils einem Antriebsmotor 11, 21, einer Flüssigkeitskupplung 12, 22 sowie einem Getriebe 13, 23 ausgerüstet.

Die Flüssigkeitskupplungen 12, 22 sind mit der Strebwasserversorgung jeweils über Leitungen 14, 24 mit Hauptventilen 15, 25 und Leitungen 16, 26 mit Bypassventilen 17, 27 verbunden, unter Vorschaltung einer Drucküberwachung 4.

Die Überwachung des Anfahrvorganges und des Lastbetriebes des Antriebes erfolgt über eine - in der Zeichnung nicht dargestellte - Antriebssteuerung, die in die allgemeine Strebsteuerung integriert ist. Als Paramenter werden dieser Antriebssteuerung die Motorströme sowie die über einen Aufnehmer 5 gemessene Laufgeschwindigkeit des Strebförderers 3 rückgemeldet.

Zum Anfahren des Strebförderers 3 werden die Motoren 11, 21 an Haupt- und Hilfsantrieb 1, 2 bei entleerten Flüssigkeitskupplungen 12, 22 lastfrei an das Netz angeschaltet. Nach Beendigung des Motorhochlaufes erst startet die Antriebssteuerung die Befüllung der Flüssigkeitskupplungen 12, 22 mit Wasser aus der Strebwasserversorgung über die Leitungen 14, 24, wobei die Befüllung so geregelt wird, daß das Verhältnis der Anstiege der Motorströme gleich dem Verhältnis der Nennleistungen der Motoren ist. Nach dem Losbrechen der Mitnehmerkette des Strebförderers 3 erfolgt darüber hinaus der weitere Hochlauf des Antriebes 1 entlang einer vorgegebenen parametrierbaren Sollwertkurve, wobei im gezeigten Beispiel die Drehzahl des Kettensternes bzw. die Laufgeschwindigkeit des Förderers 3 als Parameter dient.

Im Nennbetrieb wird zur Kühlung der Flüssigkeitskupplungen 12, 22 ständig gerade soviel Wasser aus den Flüssigkeitskupplungen 12, 22 entnommen und zweckmäßigerweise über Bypassleitungen 16, 26 durch Frischwasser ersetzt, wie zum Abführen der entstehenden Schlupfwärme erforderlich ist. Die Bypassleitungen 16, 26 sind wegen der benötigten unterschiedlichen Wassermengen während des Befüllens der Kupplungen (ca. 80 l/min) einerseits und im Nennbetrieb (ca. 6 bis 8 l/min) andererseits zweckmäßig.

Das aus den Flüssigkeitskupplungen 12, 22 abgezogene Wasser wird in einer drucklosen Kammer des Kupplungsgehäuses gesammelt und durch Saugstrahlpumpen weggefördert.

Wie in Fig. 2 am Beispiel des Hauptantriebes 1 gezeigt ist, wird als Treibmittel für die Saugstrahlpumpe 8 das aus der Motor- und Getriebekühlung abfließende Kühlwasser, das noch unter einem Druck von 20-25 bar steht, benutzt. Das über Leitung 7 aus der Strebwasserversorgung mit einem Druck von ca. 25 bis 30 bar entnommene Kühlwasser wird zunächst durch den Motor 11 und danach über Leitung 9 zu dem Getriebe 13 geführt. Das über Leitung 10 aus dem Getriebe 13 abfließende Kühlwasser dient nun als Treibmittel der Saugstrahlpumpe 8. Das gesamte Abwasser wird über Leitung 20 in einen Auffangbehälter 6 geführt und von dort in üblicher Weise entsorgt.

Claims (3)

1. Verfahren zum Anfahren von schweranlaufenden Maschinen, im untertägigen Berg- und Tunnelbau, mit mindestens einem aus Elektromotor, einem Getriebe und einer zwischengeschalteten Flüssigkeitskupplung bestehenden Antrieb, wobei die in der Arbeitskammer der Flüssigkeitskupplung befindliche Arbeitsmittelmenge lastabhängig regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Betrieb von außen befüllbare Flüssigkeitskupplung verwendet wird, daß der Hochlauf des Elektromotors lastfrei bei entleerter Flüssigkeitskupplung erfolgt und daß anschließend die Befüllung der Flüssigkeitskupplung entsprechend der vorgegebenen Belastungskurve geregelt erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Parallelschaltung mehrerer Antriebe die Befüllung der einzelnen Flüssigkeitskupplungen abgestimmt so erfolgt, daß das Verhältnis der Anstiege der Motorströme gleich dem Verhältnis der Nennleistungen der Motoren ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise als Arbeitsmittel Wasser verwendet wird.