DE4242693A1 - Verfahren zum Einstellen der Vorspannkraft und entsprechend selbstspannender Antrieb für zugmittelbetriebene Anlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Vor­ spannkraft von Gurt-, Kettenkratz- und ähnlichen zugmittel­ betriebenen Förderern und Hobeln durch Veränderung des Achs­ abstandes zwischen den Umkehren von Antrieb und Hilfsantrieb. Die Erfindung betrifft außerdem einen Antrieb von Gurt-, Kettenkratz- und ähnlichen zugmittelbetriebenen Förderern und Hobeln, der zur Anpassung der Vorspannkraft in Längsrichtung des Förderers verschiebbaren Rahmen gelagert ist.

Gurtförderer und Kettenkratzförderer werden im untertägigen Bergbau zum Transport der Kohle und der Berge eingesetzt. Aufgrund laufend wechselnder Belastung sind diese Förderer erheblichen Beanspruchungen ausgesetzt. Der Gummigurt bzw. die Ketten müssen mit einer bestimmten Vorspannung belegt werden, um sicherzustellen, daß die Antriebskräfte gleich­ mäßig und möglichst vollständig über die Umkehren auf den Gummigurt bzw. die Ketten übertragen werden können. Dabei wird die Vorspannung im ruhenden Zustand grundsätzlich so vorgewählt, daß auch der ungünstigste Fall, der sich für den stationären Betriebszustand aus den Belastungen des laufenden Förderers ergibt, sicher ohne Überspringen der Kette bzw. ohne Durchrutschen des Gummigurtes beherrscht werden kann. Besonders kritisch sind Hochlaufvorgänge und Blockierungen des Zugmittels. Aus den genannten Gründen erfolgt die Ein­ stellung der Vorspannung in der Regel auf die Nennwerte des jeweiligen Betriebsmittels. Die Nennwerte sind in der Regel die installierten Leistungen, die dazugehörigen Nennmomente und Nennkräfte. Während der Betriebszeit laufen die Förderer überwiegend nicht im Nennpunkt, sondern nur mit Teillast. Aus diesem Grunde sind die vorab gewählten Vorspannkräfte zu hoch und führen demnach im Betrieb zu unnötig hohen Restvorspan­ nungen. Bei Gurtförderern mit Vorspannung durch Gewichte wird diese Vorspannung zudem auch im beladenen Zustand jeweils dem mit Teillast laufenden Gummigurt überlagert. Weil diese auf den Nennpunkt bezogenen Vorspanneinstellungen im betrieb­ lichen Ablauf bereits zu sehr hohen Kräften im Gurt bzw. im Zugmittel führen, werden letztlich auch unnötig viel Ver­ schleiß und unnötig viel Alterung herbeigeführt. Proble­ matisch werden die Verhältnisse, wenn nicht auf den Nennpunkt eingestellt wird, sondern aus betrieblichen Gründen auf einen maximal betrieblich auftretenden Belastungszustand, was bei­ spielsweise bei Kettenkratzförderern notwendig ist, wenn Blockierungsgefahr bei entstehender Hängkette auftreten kann. Zur Einstellung einer auf den jeweiligen Betriebszustand hin optimierten Vorspannkraft und einer Minimierung der in den Zugmitteln herrschenden Kräfte während des Betriebes ist es bekannt, mittelbar auf die in den Zugmitteln herrschenden Kräfte einzugehen. Hierzu werden die Lagerkräfte, die Ströme oder die Drehmomente oder andere mittelbare Werte ermittelt, die dann zu Signalen ausgenutzt werden, um damit ein zweites, extern angetriebenes Spannmittel zu aktivieren und durch Veränderung der Achsabstände die in den Zugmitteln herr­ schenden Kräfte zu vergrößern oder zu verringern, je nach Anforderung des Betriebes. Diese bekannten Mittel bzw. Ein­ richtungen bedingen aber immer, daß man zusätzliche externe Versorgungen, extern gespeiste Sensoren und eine entspre­ chende Kopplung über Regler herbeiführt. Dies bedeutet gerä­ tetechnischen Aufwand, Wartungsaufwand und bedeutet letztlich auch in gewissem Maße Betriebsunsicherheit durch die Anzahl der zusätzlich im Betrieb zu haltenden Einrichtungen und Ge­ räte. Nachteilig ist außerdem, daß durch die aufwendige Zu­ sammensetzung teilweise erhebliche Verzögerungen auftreten, ehe das Spannmittel aktiviert ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Antrieb zu schaffen, mit denen eine nahezu verzö­ gerungsfreie Reaktion des Antriebes auf Laständerung er­ reichbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Drehmoment des Antriebes direkt oder indirekt ausgenutzt wird, um die Vorspannkraft der zugeordneten Umkehre durch Verschieben diesem anzupassen.

Durch die kinematische Kopplung der Drehmomentabstützung des Hauptantriebes mit dem Verstellmechanismus der Kehre des Zugmittels werden die Bandkräfte an dieser Kehre passend eingestellt. Merkmal dieser kinematischen Kopplung ist somit, daß das Drehmoment des Antriebes zu einer Spannkraft der Kehre führt. Durch diese kinematische Auslegung kann das Spannkraftverhältnis in Bezug auf das Drehmoment so vorge­ wählt werden, wie es für den jeweiligen Förderer zweckmäßig ist. Die Drehmomentabstützung, an der kinematisch die Lei­ stung und Verstellung des Rahmens abgegriffen wird, kann z. B. motorseitig erfolgen. Diese Abstützung kann jedoch auch bei feststehendem Motor, z. B. in einer Getriebestufe zwischen dem Antrieb des Motors und zwischen dem Abtrieb über die Trommel bzw. dem Kettenstern, z. B. an einem Überlagerungsgetriebe abgegriffen werden. Auch bei Kettenkratzförderern ist dabei im dynamischen Betrieb gewährleistet, daß bei schnellen Kraftanstiegen im Zugmittel und somit schnell auftretender Hängkettengefahr trotzdem eine ausreichende Leistung, nämlich die Leistung des gesamten Antriebes zur Verfügung steht, um hier entsprechend dem eingeleiteten Drehmoment der Antriebe passend dazu den Rahmen zu spannen. Diese Spannwege können lang sein, so daß es hier vorteilhaft ist, daß auf externe Antriebe verzichtet werden kann. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist vielmehr sichergestellt, daß hier stets ein Gleichgewicht zwischen der Spannkraft und dem in das Band bzw. die Kette eingeleitete Moment gegeben ist. Bis auf ge­ wisse Trägheiten aus dem jeweilig unterschiedlichen dynami­ schen Verhalten der reduzierten Schwungmassen bzw. der translatorischen Massen kann ein Ungleichgewicht zwischen Spannkraft und Antrieb nicht auftreten. Dadurch ist gewähr­ leistet, daß aus betrieblicher Sicht überwiegend ohne Häng­ kette gefahren wird und daß die Kettenvorspannung stets exakt in dem Verhältnis, das durch die kinematische Auslegung der Anlage definert ist, vorgegeben ist. Dieses Verhältnis wird z. B. so eingestellt, daß die Lagerkraft z. B. das 1,1-fache des Wertes erreicht, der, bezogen auf das Drehmoment, er­ forderlich wäre. Hierdurch ist dann für alle streuenden Be­ triebsverhältnisse gewährleistet, daß immer mit minimaler Bandvorspannung gearbeitet wird. Bei Kettenkratzförderern kann dieses Verhältnis auch unter 1 gewählt werden, weil durch die Zähne bedingt und durch das Gewicht der Ketten hier auch bedingt mit Hängkette gearbeitet werden kann.

Die kinematische Kopplung zwischen der Antriebsabstützung und der Kraft am Spannrahmen wird zweckmäßigerweise dadurch her­ beigeführt, daß das Gehäuse des Antriebes sein Reaktions­ moment übertragend mit dem Rahmen kinematisch mit einem Rödertrieb oder hydrostatisch verbunden ist. Hierdurch wird direkt sichergestellt, daß stets ein Gleichgewicht zwischen der Spannkraft und dem in das Band eingeleiteten Moment eingehalten wird, was auch für Kettenkratzförderer und vergleichbare Förderer gilt. Zwischen Spannkraft und Antrieb herrscht annähernd konstant ein Gleichgewicht, wobei eine nahezu verzögerungsfreie Reaktion des Antriebs auf auftre­ tende Laständerungen sichergestellt ist.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß der Antrieb bzw. sein Gehäuse drehbar im Rahmen gelagert und mit einem drehfest angeordneten Zahnrad ausge­ rüstet ist, wobei das Zahnrad in einer in Längsrichtung des Förderers verlaufenden und mit dem Rahmen verbundenen Zahn­ stange kämmend angeordnet ist. Da der gesamte Antrieb in Richtung des Zugmittels beweglich gelagert ist, ist sicher­ gestellt, daß das Reaktionsmoment des Antriebsmomentes für das Treibrad bzw. die Antriebstrommel des Zugmittels zum Er­ zeugen der notwendigen Spannkraft ausgenutzt wird. Hierbei kann der Spannweg dem Prinzip nach beliebig groß sein, so daß eine Anpassung an betriebliche Notwendigkeiten ohne großen Aufwand möglich ist. Die Spannkraft des Zugmittels ist dem dynamischen Verhalten des Antriebes angepaßt, so daß die Spannkraft zulässige Werte nicht überschreitet. Das Moment des Antriebes wird dabei über Zahnrad und Zahnstange gleichmäßig und je nach Durchmesser des Zahnrades gleich­ förmig übertragen. Bei fest montiertem Motor und einem Hauptantriebszweig mit Planetengetriebe, wie sie im Bergbau bereits bekannt sind, ergibt sich auch die Möglichkeit, die Abstützung des Drehmomentes am Hohlrad des Planetengetriebes vorzunehmen, wobei dieses Hohlrad nicht fest im Gehäuse ge­ lagert ist. Das Hohlrad ist drehbar in einer kinematischen Kette geführt, über die der Rahmen gespannt wird. Das Dreh­ moment wird somit in eine Spannkraft umgesetzt, die den Spannrahmen gegen die Kettenkräfte drückt. Auch hier bestimmt die Getriebeübersetzung des Planetengetriebes im stationären Betriebszustand das Drehmoment, was an der Hohlwelle wirkt und somit die Lagerkraft, die in den Rahmen eingeführt wird, entsprechend der Kinematik des dem Hohlrad nachgeschalteten Getriebes wirkt. Für den Fall eines Schweranlaufes eines Kettenkratzförderers z. B. wird sich somit der Rahmen solange nach hinten verfahren, bis die Lagerkraft eine so große Ab­ stützung herbeiführt, daß auch das Kettenband wieder über den Kettenstern mit Drehmoment beaufschlagt werden kann und der Förderer hochläuft. Die Bewegung kommt dann zum Stillstand, wenn zwischen Umfangskraft am Zahnrad und der Summe Trum­ kräfte des Förderbandes bzw. des Kettenbandes Gleichgewicht herrscht.

Um auch beim Bremsen die Antriebskräfte mit ausnutzen zu können, sieht die Erfindung vor, daß beidseitig des Gehäuses Zahnräder und beidseitig des Rahmens korrespondierende Zahn­ stangen angeordnet sind. Bei umgekehrtem Richtungsinn des Antriebsmomentes, also beim Bremsen, sind die Zahnstangen auf der Gegenseite der Zahnräder angesprochen. Durch die doppelt vorhandenen Zahnräder und Zahnstangen können auch wechselnde Momente ausgenutzt werden. Darüber hinaus kann jedes Zahnrad über schaltbare Kupplungen mit dem Gehäuse verbunden werden, um bei wechselnden Momenten die Spannkraft des Förderers immer dem Betrag des Antriebsmomentes anzupassen.

Zahnrad und Förderband liegen nicht genau in einer Ebene, so daß durch die versetzt angreifenden Kräfte ein Moment auf­ tritt, das abgestützt werden muß, was zweckmäßigerweise da­ durch erfolgt, daß im Abstand zu dem oder den Zahnräder in die Zahnstangen angreifende und über eine Welle drehfest miteinander verbundene Ausgleichszahnräder im Rahmen gelagert sind. Wird diese Einrichtung mit einem nach Bedarf kuppel­ baren Antrieb versehen, läßt sich darüber hinaus von außen eine gezielte Bewegung des gesamten Antriebes erreichen, um beispielsweise die Vorspannkraft zusätzlich zu beeinflussen.

Weiter vorne ist bereits erwähnt worden, daß die Länge der Zahnstangen den Bedürfnissen des Betriebes angepaßt werden kann. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, durch die be­ wegliche Lagerung des gesamten Antriebes diesen gleichzeitig als Bandspeicher zu nutzen, was dadurch erreicht wird, daß die Zahnstangen einen Bandspeicher ergebend lang ausgebildet sind. Bei Veränderung der Gesamtlänge des Förderers wird der Antrieb entsprechend verschoben, so daß ein Einkürzen und verlängern des Förderbandes bzw. des Zugmittels in wesentlich größeren Abständen vorgenommen werden kann.

Die Vorspannkraft im Zugmittel kann im Verhältnis zum An­ triebsmoment variabel gestaltet werden, wenn das Gehäuse des Antriebes jeweils mehrere, unterschiedliche Durchmesser auf­ weisende Zahnradsätze bzw. Zahnräder aufweist. Durch Anpas­ ung bzw. Veränderung des Durchmessers des Zahnrades zum Durchmesser der Antriebstrommel und/oder durch Beaufschlagung des Zahnrades nicht mit dem vollen Antriebsmoment, sondern durch Abgreifen von Teilmomenten aus dem Antrieb, kann ein variables Verhältnis zwischen Antriebsmoment und Vorspann­ kraft erzielt werden. Das Differenzmoment muß dann am Rahmen bzw. im Rahmen abgestützt werden.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein für den Betrieb im untertägigen Bergbau sehr zweckmäßiges System geschaffen worden ist, über das eine praktisch ver­ zögerungsfreie Reaktion auf Laständerungen möglich wird. Durch die drehbare Lagerung des Motors bzw. Antriebes im Rahmen und die verschiebbare Anordnung kann bei auftretenden Laständerungen die Vorspannkraft unmittelbar angepaßt werden, wobei die Bewegung dann zum Stillstand kommt, wenn zwischen Umfangskraft, beispielsweise am Zahnrad, und der Summe der Trumkräfte des Förderbandes bzw. der Kette wieder Gleichge­ dicht erreicht ist. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß zu­ sätzlich zur nahezu verzögerungsfreien Anpassung hier zusätzliche Fremdkräfte nicht benötigt werden. Vielmehr rea­ giert das System aus sich.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Aus­ führungsbeispieles näher erläutert.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Gurtförde­ rers mit Antriebstrommel und integriertem Antrieb und

Fig. 2 ein als Bandspeicher arbeitendes Antriebssystem.

In Fig. 1 ist das System eines selbstspannenden Antriebes am Beispiel eines Gurtförderers wiedergegeben, wobei dieser Gummigurtförderer allgemein mit 1 bezeichnet ist. In die An­ triebstrommel 4, die drehbar im Rahmen 3 gelagert ist, ist ein Antrieb 5 mit Getriebe 6 integriert. Der Gummigurt 2 wird über diese Antriebstrommel 4 geführt.

Die Antriebstrommel 4 ist über die Lager 7 im Rahmen 3 gela­ gert. Über die Getriebeausgangswelle 9 wird die Antriebs­ trommel 4 mit dem notwendigen Antriebsmoment angetrieben. Das Gehäuse 8 des Antriebes 5 muß mit dem entsprechenden Reak­ tionsmoment abgestützt werden. Nach dem hier gezeigten Kon­ zept wird dieses Moment über ein Zahnrad 10, das drehfest mit dem Gehäuse 8 verbunden ist, auf eine beliebig lang ausge­ führte Zahnstange 11 abgestützt. Da die Einheit Antrieb 5 und Getriebe 6 drehbar im Rahmen 3 gelagert ist, wird somit das Reaktionsmoment des Gehäuses 8 umgesetzt in eine Abrollbe­ wegung des Zahnrades 10 auf der Zahnstange 11. Diese Abroll­ bewegung ist für den Antrieb 5 eine translatorische Bewegung in Richtung des Gummigurtes 2. Diese Bewegung kommt dann zum Stillstand, wenn zwischen Umfangskraft am Zahnrad 10 und der Summe der Trumkräfte des Gummigurtes 2 Gleichgewicht herrscht.

Um auch bei umgekehrtem Richtungssinn des Antriebsmomentes bzw. bei wechselnden Momenten arbeiten zu können, sind beid­ seitig Zahnräder 10 und Zahnstangen 11, 12 vorgesehen. Dar­ über hinaus sind zweckmäßigerweise oben und unten Zahnstangen angeordnet, um auch bei wechselnden Momenten die Spannkraft des Förderbandes immer dem Betrag des Antriebsmomentes an­ passen zu können.

Aus Fig. 1 wird deutlich, daß das Zahnrad 10 und der Gummi­ gurt 2 nicht in einer Ebene liegen. Die dabei auftretenden Momente können ohne Probleme aufgenommen werden, weil im Ab­ stand zu der Antriebstrommel 4 mit dem Zahnrad 10 Aus­ gleichszahnräder 15, 17 angebracht sind, die über eine Welle 16 drehfest miteinander verbunden und im Eingriff mit der gleichen Zahnstange 11 bzw. 12 sind. Zusätzlich ist hier noch ein Drehantrieb 18 vorgesehen, der an die Welle 16 ange­ kuppelt werden kann, so daß dann von außen her beispielsweise die Vorspannkraft beeinflußt werden kann.

Weiter oben ist bereits erläutert worden, daß die Einheit Antrieb 5 und Getriebe 6 drehbar im Rahmen gelagert ist. Der Gesamtantrieb ist beweglich gelagert, so daß bei entsprechend langer Ausführung ein Bandspeicher 20 verwirklicht werden kann, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Dieser Bandspeicher 20 wird durch die Veränderung der Gesamtlänge des Gummigurtes 2 erreicht, wobei die Umkehren 21, 22, 23 im Gegensatz zum Ge­ samtantrieb fest angeordnet sind.

Die Ausführung ist bei entsprechender Anpassung auch für Kettenkratzförderer und für jede Art von zugmittelbetriebene Systeme anwendbar.

Bezugszeichenliste

 1 Gummigurtförderer
 2 Gummigurt
 3 Rahmen
 4 Antriebstrommel
 5 Antrieb
 6 Getriebe
 7 Lager
 8 Gehäuse
 9 Getriebeausgangswelle
10 Zahnrad
11 Zahnstange
12 Zahnstange
15 Ausgleichszahnrad
16 Welle
17 Ausgleichszahnrad
18 Drehantrieb
20 Bandspeicher
21 Umkehre
22 Umkehre
23 Umkehre

Claims (12)

1. Verfahren zum Einstellen der Vorspannkraft von Gurt-, Kettenkratz- und ähnlichen zugmittelbetriebenen För­ derern und Hobeln durch Veränderung des Achsabstandes zwischen den Umkehren von Antrieb und Hilfsantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment des Antriebes direkt oder indirekt ausgenutzt wird, um die Vorspann­ kraft der zugeordneten Umkehre durch Verschieben diesem anzupassen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment des Antriebes in einem Überlagerungs­ getriebe abgestützt und über eine kinematische oder hydrostatische Drehmoment-, Kraft- und Leistungsüber­ tragung zum Spannen der Umkehre benutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Zugmittelkraft und Lagerkraft, das über das kinematische bzw. hydrostatische Übersetzungs­ verhältnis konstruktiv vorgegeben ist, bei ket­ tenbetriebenen Zugmitteln auch unter 1 eingestellt wird.

4. Antrieb von Gurt-, Kettenkratz- und ähnlichen zugmit­ telbetriebenen Förderern zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, der zur Anpassung der Vorspannkraft in Längsrichtung des Förderers ver­ schiebbar im Rahmen gelagert ist, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (8) des Antriebes (5), sein Reak­ tionsmoment übertragend, mit dem Rahmen (3) kinematisch mit einem Rädertrieb oder hydrostatisch verbunden ist.

5. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (5) bzw. sein Gehäuse (8) drehbar im Rahmen (3) gelagert und mit einem drehfest angeordneten Zahnrad (10) ausgerüstet ist, wobei das Zahnrad in einer in Längsrichtung des Förderers (1) verlaufenden und mit dem Rahmen verbundenen Zahnstange (11) kämmend angeordnet ist.

6. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig des Gehäuses (8) Zahnräder (10) und beid­ seitig des Rahmens (3) korrespondierende Zahnstangen (11, 12) angeordnet sind.

7. Antrieb nach Anspruch 3 und Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rahmen (3) mit weiteren Zahnstangen ausgerüstet ist, die auf der Gegenseite der Zahnräder (10) am Rahmen angebracht sind.

8. Antrieb nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zahnrad (10) über schaltbare Kupplungen mit dem Gehäuse (8) verbunden ist.

9. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand zu dem oder den Zahnrädern (10) in die Zahn­ stangen (11, 12) eingreifende und über eine Welle (16) drehfest miteinander verbundene Ausgleichszahnräder (15, 17) im Rahmen (3) drehbar gelagert sind.

10. Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichszahnräder (15, 17) mit einem kuppelbaren Drehantrieb (18) ausgerüstet sind.

11. Antrieb nach Anspruch 2 bis Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zahnstangen (11, 12) einen Band­ speicher (20) ergebend lang ausgebildet sind.

12. Antrieb nach Anspruch 2 bis Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gehäuse (8) des Antriebes (5) je­ weils mehrere, unterschiedliche Durchmesser aufweisende Zahnradsätze aufweist.