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Elektrohydraulischer Schüttelrutschenantrieb
Bei der Schüttelrutschenförderung
wird bekanntlich eine das zu fördernde Gut aufnehmende Rinne derart hin und her
bewegt, daß dem Fördergut eine in der Förderrichtung überwiegende Bewegung erteilt
wind. Die Bewegung der Rinne in der Förderrichtung nennt man den Hingang. Bei ihm
wird das auf der Rinne liegende Fördergut in der Förderrichtung beschleunigt. Der
Hingang muß so erfolgen, daß die Beschleunigung möglichst nahe an den durch die
Reibung gegebenen Wert ,t g herankommt, ohne diesen Wert jedoch zu überschreiten,
damit der Reibungsschluß zwischen Rinne und Fördergut nicht unterbrochen wird. Beim
Rückgang wird die Rinne plötzlich mit anfangs möglichst hoher Beschleunilg,ung unter
dem Fördergut hinweg entgegen der Förderrichtung zurückgezogen, wobei das Gut vermöge
seiner kinetischen Energie auf der Rinne vorwärts rutscht, bis es unter der Wirkung
der gleitenden Reibung zum Sti.l4stand kommt. Danach beginnt der nächste Hingang
usf. Die wirtschaftlichste Förderung wird dann erzielt, wenn die Zeit für den Rückgang
der Rinne so bemessen wird, daß dieser gerade dann beendet ist, wenn das Gut gegenüber
der Rinne zum Stillstand kommt.
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Die kinetischen Forderungen der Schüttelrutschenbewegung lassen sich
am besten. mit Kolbenantrieben erfüllen. Aus diesem Grunde waren bisher die Preßluftantriebe
den elektrischen Schüttelrutschenantrieben praktisch überlegen. Da jedoch, der Energieverbrauch
eines Preßluftantriebes ein Vielfaches desjenigen eines elektrischen Antriebes beträgt,
ist die Schaffung eines betriebssicheren und leistungsfähigen elektrischen Schüttelrutschenantriehes
aus wirtschaftlichen Gründen. eine Notwendigkeit
Die Schwierigkeiten
für den elektrischen Antrieb liegen darin begründet, daß die elektrisch erzeugte
mechanisch Energie wirktschaftlich nur in Form einer gleichförmigen Drehbewegung
geliefert werden kann, während die Schüttelrutschenförderung eine ungleichförmig
hin und her gehende Bewegung verlangt. Um die gleichförmige Drehbewegung des Elektromotors
für die Rutschenförderung verwendbar zu machen, hat man verschiedene Wege beschritten.
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Zunächst bat man dien normalen Kurbeltrieb dadurch abgewandelt, daß
man ihn mit einer verkürzten Pleuelstange versah, die die normale Sinuskurve des
Kurbeltriebes etwas verschob. Da das nicht ausreichte, schaltete man eine Schwingwelle
zwischen Kurbeltrieb und Förderrinne und verlagerte die Drehpunkte von Kurhehveile
und Schwingwelle gegeneinander. Dadurch ergab sich eine gewisse Annäherung des Geschwindigkeitsdiagramms
des Triebes an das der Schüttelrutschenförderung. Aber auch diese reichte noch nicht
aus, um genügend große Förderleistungen zu erz.ietlen.
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Man versuchte dann die Zwischenschaltung von Federn; die für Hin-
und Rückgang Ider Rutsche verschiedene Härte aufwiesen.Diese Federn bewährten sich
aber infolge Ermüdungserscheinungen betrieblich nicht.
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Scließlich ging man dazu über, das Zahnradgetriebe, das ohnehin für
die Anpassng der Drehzahl des schnell laufenden@Elektromotors an die niedrigen Hubzahlen
der Rutsche erforderlich war, mit einem unrunden, z. B. elliptischen Zahnradpaar
zu versehen, um die ungleichförmige Bewegung des urbelzapfens zu erreichen. Derartige
Antriebe sind auch heute noch gebräuchlich. Sie befriedigen aber nicht und sind
nicht geeignet, den Preßluftantrieb zu verdrängen, da vor allem ihre Förderleistung
zu gering ist, außerdem aber ihre Anschaffungskosten und die betriebliche Abnutzung
zu hoch sind.
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Es lag nahe, die Lösung ,dier Aufgabe, eine hochtourige Drehbewegung
in eine langsame Hinundherbewegung umzuwandeln, auf hydraulischem Wege zu suchen.
Derartige Antriebe sind auch in neuerer Zeit schon vorgeschlagen worden und werden
teilweise noch erprobt. Hierbei i,st eine von einem Elektromotor unmittelbar angetriebene
Pumpe, und zwar kreisel- oder Zahnradpumpe und ein Zylinder vorgesehen, in dem ein
Kolben durch den von der Pumpe erzeugten Flüssigkeitsstrom hin und her bewegt wird.
dieser Kolben wird in geeigneter Form mit der Schüttelrutsche verbunden und bewegt
diese etwa nach dem geforderten Bewegungsdiagramm, ganz ähnlich, wie es beim Preßluftkolbenantrieb
durch die Preßluft geschieht. Die Steuerung der Kolbenbewegung erfolgt dabei, ebenfalls
ähnlich wie beim Preßluftmotor, durch Ein-und Auslaßventile oder -schieber am Zylinder.
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Elektrohydraulische Schüttelrutschenantriebe dieser Art sind zwar
hinsichtlich Förderleistung und Erzielung eines guten Bewegungsverlaufes der Rutsche
wesentlich besser als die zuerst beschriiebenen elektromechanischen Antriebe, praktisch
haften jedoch auch ihnen noch eine ganze Reihe schwerwiegender Nachteile an: 1.
Die Fördercharakteristik der verwendeten Pumpen entspricht nicht den Anforderungen
des Bewegungsvorganges.
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Bei der Kreiselpumpe ist entsprechend ihrem Druckvolumendiagramm
die Fördermenge weitgehend abhängig vom Druck und umgekehrt der Druck von der Fördermenge.
Der Bewegungsverlauf kann also nur annähernd dem Bestwert entsprechen und ist außerdem,
je nach der Belastung der Rutsche, starken Schwankungen unterworfen.
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Die Zahnradpumpe liefert bei gleichbleibender Drehzahl den Antniebs,motors
ein gleichbleibendes Volumen bei allen Drücken. Demgegenüber verlangt aber jeder
einzelne Förderhub der Schüttelrutsche eine Fördermenge, die bei mehr oder weniger
veränderlichen Drücken stetig zwischen Null und einem Höchstwert verändert wenden
muß.
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Diese Bedingung ist bei beiden vorstehend beschriebenen Anordnungen,
mit Kreiselpumpe sowohl wie mit Zahnradpumpe, nur durch Zwischenschaltung eines
Speichers (Windkessel oder federbelasteter Kolben) zwischen Pumpe und Antriebszylinder
in einiger Annäherung erreichbar. Ein solcher Speicher ist aber wirtschaftlich wie
betrieblich ein äußerst unangenehmes Glied der Anlage, zumal er so groß bemessen
werden rouß, daß keine wesent lichen Druckschwankngen auftreten.
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2. Sowohl Kreiselpumpe wie Zahnradpumpe gestatten nur, verhältnismäßig
niedrige Betriebsdrücke zu erzeugen, wenn sie mit ausreichend hohem Wirkungsgrad
und genügend großer Betriebssicherheit arbeiten sollen. Das hat zur Folge, daß Antriebszylinder,
Rohrleitungen und Speicher große Abmessungen erhalten müssen. Trotzdem werden die
hydrodynamischen Verluste sehr groß, da ,die großen Flüssigkeitsmengen entsprechend
,dem Förderspiel der Schüttelrutsche ständig hin und her bewegt werden müssen.
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3. Die Steuerung des Arbeitskolbens mittels Ventilen oder Schiebern
am Zylinder verursacht ebenfalls zusätzliche Verluste, die bei der infolge des niedrigen
Druckes großen Flüssigkeitsmenge erhebliche Werte annehmen und den Wirkungsgrad
des ganzen Systems so verschlechtern können, daß die Abführung der Verlustwärme
im Dauerbetrieb Schwierigkeiten macht.
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Die Nachteile der vorerwähnten elektrohydraulischen Schüttelrutschenantriebe
können verrnieden werden, wenn für die Förderung des flüssigen Druckmittels eine
Pumpe verwendet wird, die eine beliebige Änderung des Fördervolumens unabhängig
von den Druckverhältnissen gestattet. Solche Pumpen sind z. B. die rotierenden Kolbenpumpen
mit veränderlichem Hub nach Prof. Thoma, die sogenannten Schwenkpumpen. Durch Schwenken
.des Zylinderkörpers dieser Pumpe wird eine völlige eindeutige Änderung des Fördervolumens
ganz unabhängig von dn auftretenden Drücken erreicht Es ist nun bereits vorgeschlagen
worden, bei Verwendung einer derartigen, der Förderung des
Druckmittels
dienenden Pumpe für einen Schüttelrutschenantrieb den Regelteil der Pumpe entsprechend
dem Bewegungstakt der Pumpe, d. h. nach der Hubzeit zu beeinflussen. Hierzu wird
der Regelteil der Pumpe von einer Nockenscheibe gesteuert, die auf der vom Pumpenantriebsmotor
an getriebenen Welle sitzt. Bei dieser zeitabhängigen Steuerung kann jedoch eine
Nichtübereinstimmung zwischen der Regelung der Pumpe und der tatsächlich eintretenden
Bewegung der Schüttelrutsche auftreten.
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Nach der Erfindung, die ebenfalls zur Förderung des IDruckmittels
eine von einem Elektromotor angetriebene Pumpe verwendet, deren Fördervolumen unabhängig
von den Druckverhältnissen regelbar ist, wird das Fördervolumen der Pumpe in Abhängigkeit
vom Förderweg der Rinne gesteuert.
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Hierdurch kann das vorgeschriebene Geschwindigkeitsdiagramm völlig
eindeutig verwirklicht werden; außerdem gestattet die wegabhängige Steuerung der
Pumpe, zwei enseitig wirkende Antriebe für die Schüttelrutsche zu, verwenidien,
die an den beiden Enden der Rutsche ziehend angreifen und von denen der eine nur
den Hingang, der andere nur den Rückgang der Pumpe bewerkstolligt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindng schematisch
dargestellt: S ist die Schüttelrutsche, die auf den Rollen R und den Laufflächen
L durch den iim Zylinder Z hin und her gehenden Kolben K bewegt wird. P ist die
Schwenkpumpe, die vom Elektromotor M angetrieben wird und über die Flüssigkeitsrohre
O den im Zylinder Z hin und her gehenden Kolben K wechselseitig mit dem Druckmittel
beaufschlagt.
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Däe hin und her gehende Bewegung der Rinne S soll dabei von der Rinne
Selbst gesteuert werden, beispielsweise, wie dargestellt, mittels einer an der Rinne
befestigten Kurvenscheibe oder Kulisse B, die die Rolle A beim Hinundhergang der
Rinne auf und ab bewegt. Die Bewegung der Rolle A w;id durch die Stange F auf den
um den Drehpunkt D drehbaren Winkelhebel W übertragen, von dessen anderem Schenkel
auls über die Stoßstange St die Schwenkung des (nicht gezeichneten) Zylinderkörpers
der Schwenkpumpe P bewerkstelligt wird. Steht die Rolle A in der Höhe der gestrichelten
Linie I-3, so befindet sich Idier Zylinderkörper der Schwenkpumpe in seiner Mittelstellung.
Die Fördermenge der Pumpe ist dann gleich Null. Bei Stellung der Rolle A oberhalb
der Linie I-3 fördert die Pumpe die Flüssigkeit von der linken zur rechten Zylinderseite.
Der Kolben bewegt siich also von rechts nach links.
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Bei Stellung der Rolle A unterhalb der Linie 1-3 ist die Förderrichtung
umgekehrt.
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Bewegt sich beispielsweise die Rinne R von ihrem rechten Totpunkt
nach links, so läuft die Rolle A von Punkt I der Kulisse über 2 nach 3.
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Von I-2 erfolgt ein stetiges Anwachsen der Geschwindigkeit, also gleichmäßige
Beschleunigung der Rinne und des Fördergutes. Von 2-3 wird sehr stark verzögert
bis in die o-Stellung der Schwenkpumpe, also bis zum Stillstand der Rinne.
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Bei 3 erfolgt die Umkehr Ider Bewegung. Die Rinne bewegt sich jetzt
von links nach rechts, wird sehr schnell bi,s zum Punkt 4 in Rückwärtsrichtung beschleunigt,
um von 4-1 allmählich stillgesetzt zu werden. Bei I erfolgt wieder die Umsteuerung
auf den Hingang, und das Spiel beginnt von neuem.
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Die Formgebung der Kulisse oder Kurvenscheibe B legt also ,den Bewegungsverlauf
der Rutsche eindeutig fest. Damit ist es möglich das bestmögliche Bewegungsdiagramm
für die Förderuing zu verwirklichen, ganz unabhängig von den Belastungsverhältnissen.
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Wie das Beispiel zeigt, kann der Hingang oder Förderhub der Rinne
unabhängig vom Rückhub gesteuert werden, was bewegungstechnisch besonders zweckmäßig
ist.
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Ein weiterer Vorteil ,der Erfindung besteht darin, daß durch Verwendung
der Schwenkpumpe der Druck des Betriebsmittels bei gutem Wirkungsgrad beliebig hoch
getrieben werden kann, z. B. auf Ioolatü und darüber. Dadurch werden die Abmessungen
,des Zylinders Z und der Rohrleitungen 0 verkleinert und die Fördermenge und die
hydraulischen Verluste stark vermindert.
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Die Steuerung des Bewegungsvorganges braucht nicht durch Ventile
oder Schieber am Arbeitszylinder Z zu erfolgen, sondern sie kann, wie ebenfalls
an dem Beispiel gezeigt wird, ausschließlich durch das in Abhängigkeit vom Förderweg
gesteuerte Schwenken des Zylinderkörpers der Schwenkpumpe vorgenommen werden. Bei
dieser Anordnung werden die hydraulischen Verluste des Antriebes weiter vermindert
und der Wirkungsgrad verbessert.
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Die bisher bekannten elektromechanischen Schüttelrutschenantriebe
hatten alle den großen betrieblichen Nachteil, Idiaß sie zweiseitig wirken müssen,
d. h. sie müssen von einer Stelle aus sowohl den Hingang wie den Rückgang der Rinne
durchführen. Dadurch muß die Rinne also jedesmal bei einem der Hübe auf Knickung
beansprucht werden, was sich bei großen Rutschenlängen und hohen Förderleistungen
tim Betrieb als, untragbar herausgestellt hat.
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Deshalb hat man, bei ,den Preßluftkolbenantrieben schon seit längeren
Jahren die Aufteilung in Arbeitsmotor und Gegenmotor durchgeführt, Der Gegenmotor
ist ein dauernd unter gleichbleibendem Preßluftdruck stehender ungesteuerter Kolbenantrieb,
der also ohne eigenen Luftverbrauch lediglich wie eine Ender wirkt. Er bewerksteiligt
gewöhnlich den Hingang der Rutsche. Den Rückgang besorgt der gesteuerte Arbeitsmotor,
der dabei gleichzeitig den Gegenmotor gegen den Druck des Preßluftnetzes zurückzieht
und damit gewissermaßen die Feder wieder spannt. Beide Motoren greiifen. jeweils
an den Enden ,des Rutschenstranges an, so daß sie diesen sowohl beim Hingang wie
beim Rückgang lediglich auf Zug beanspruchen. Statt des Preßluftgegenzylinders kann
auch eine Gegenfeder verwendet werden.
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Die elektrohydraulischen Antriebe geben die Möglichkeit, den Arbeitskolben,
genau wie die Preßluftantriebe, auch einseitig wirken und den Hingang der Rutsche
ebenfalls durch einen Gegenmotor vornehmen zu lassen. Der Nachteil dieses Verfahrens
besteht aber darin, daß die Kraft für den Rückhub der Rinne vermehrt werden muß
um die Kraft, .diie zum Zurückziehen des Gegenkolbens bzw. zum Spannen der Feder
erforderlich ist. Dadurch ergibt sich ein sehr großer Ungleichförmigkeitsgrad der
Belastung der Pumpe und des Motors, weil die Leistung beim Hingang der Rinne gleich
Null ist, während beim Rückgang die Summenleistung für Hin- und Rückgang vom Antrieb
aufzubringen ist.
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Der Antrieb gemäß der Erfindung gibt infolge der genauen und eindeutigen
Steuerbarkeit der Kolbenbewegung die Möglichkeit, bei sehr langen Rutschensträngen,
wie sie im modernen mechanisierten Abbaubetrieb im Bergbau auftreten können, die
ziehende Arbeitsweise dadurch zu verwirklichen, daß man je einen einseitig wirkenden
Antrieb am Anfang und am Ende des Rutschenstranges vorsieht. Der Gegenmotor kommt
dadurch in Fortfall bzw. wird durch den zweiten Antriebsmotor ersetzt. Damit kann
man Rutschenstränge von praktisch beliebiger Länge nach dem bestmöglichen Bewegungsdiagramm
betreiben und damit den Bestwert der Förderleistung erreichen. Die Ungleichförmigkeit
der Belastung der Antriebe ist dabei sehr viel geringer, weit der Antrieb nur die
für seinen Rinnenhub benötigte Energie aufzubringen hat.