EP2741980A1 - Stetigförderer zum transport von schwerem schütt- oder stückgut - Google Patents

Stetigförderer zum transport von schwerem schütt- oder stückgut

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EP2741980A1
EP2741980A1 EP12719677.2A EP12719677A EP2741980A1 EP 2741980 A1 EP2741980 A1 EP 2741980A1 EP 12719677 A EP12719677 A EP 12719677A EP 2741980 A1 EP2741980 A1 EP 2741980A1
Authority
EP
European Patent Office
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synchronous motor
continuous conveyor
drive
conveyor according
speed
Prior art date
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Ceased
Application number
EP12719677.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sepp Lachenmaier
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Caterpillar Global Mining Europe GmbH
Original Assignee
Powertrans SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Powertrans SA filed Critical Powertrans SA
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Publication of EP2741980A1 publication Critical patent/EP2741980A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
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    • B65G23/00—Driving gear for endless conveyors; Belt- or chain-tensioning arrangements
    • B65G23/24—Gearing between driving motor and belt- or chain-engaging elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G15/00—Conveyors having endless load-conveying surfaces, i.e. belts and like continuous members, to which tractive effort is transmitted by means other than endless driving elements of similar configuration
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    • B65G39/00—Rollers, e.g. drive rollers, or arrangements thereof incorporated in roller-ways or other types of mechanical conveyors 
    • B65G39/10—Arrangements of rollers
    • B65G39/12—Arrangements of rollers mounted on framework
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/02—Synchronous motors
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/1004—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with pulleys
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    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears

Definitions

  • the invention relates to continuous conveyors, which are used for the transport of large quantities of bulk material such as sand, stone or ore and for the transport of heavy cargo, for example in mining, over or underground mining or loading and unloading of ships, silos, etc.
  • the bulk or general cargo is charged in a loading station on the transport traction means and transported to a dispensing or transfer station.
  • a typical example of a continuous conveyor is a conveyor belt for the removal of crushed ore.
  • the conveyor belt runs on support rollers which are mounted in an elongated support structure made of steel profiles.
  • the drive station comprises, in addition to one or more drive shafts, at least one electric motor, which is usually designed as an asynchronous motor and runs at a relatively high rotational speed, for example 1500 rpm.
  • the continuous conveyor may also comprise a plurality of drive stations, for example two head stations and one or more intermediate stations, each drive station having one or two electric motors and a corresponding number of drive rollers.
  • Faults during transport are passed as shock loads on the drive roller on the output shaft of the transmission and transmitted from there into the drive motor.
  • the transport traction means can suddenly come to a standstill for a short time. Rotor of the engine, shafts and gears of the transmission and the coupled drive roller but move because of the large inertia of the entire drive system on, at least until an automatic shutdown or decoupling of the engine takes place when certain forces are exceeded. This can lead to strong mechanical stresses in the gearbox, engine and transport traction means, as a result of which the traction means is damaged, e.g. tears.
  • an overload clutch is often installed in the prior art between the drive roller and the reduction gear which automatically opens when predetermined loads are exceeded above the normal operating loads, thus separating the electric drive from the drive roller.
  • the invention is based on the finding that the large mass inertia of conventional drive systems is responsible for the fact that the transport traction means is rapidly mechanically overloaded in the event of a malfunction, and that therefore the reduction of the mass inertia of the drive system must be a developmental goal.
  • the object is achieved according to the characterizing part of the first claim, characterized in that instead of a high-speed electric motor with flanged multistage reduction gear, a permanently excited high-pole synchronous motor is used, whose speed is at most 15 times as high as the working speed of the drive shaft he delivers a torque of at least 30 kNm.
  • a slow-running electric motor with high torque makes a complex multi-stage reduction gear superfluous.
  • the acting on the drive roller mass moment of inertia of the drive is thereby reduced to less than 20% of the moment of inertia of a conventional drive.
  • the kinetic energy of the drive system is considerably smaller due to the much lower engine speed. In the event of a malfunction during the transport of bulk or piece goods, the relatively light drive unit reacts faster.
  • the driving force of the motor can be reduced or turned off before unacceptably high forces are introduced via the drive roller in the traction means.
  • the occurring impact torque is significantly lower, whereby the load on the mechanical components is significantly reduced.
  • a deformation or even a crack of the transport traction means is thus practically impossible, an overload clutch unnecessary.
  • the electric motor can drive the drive roller of the transport traction device directly.
  • the engine speed corresponds to the working speed of the drive shaft.
  • a reduction gear is thus completely unnecessary, the mass moment of inertia of the drive is reduced to a minimum.
  • the mass moment of inertia can be reduced by a factor of 10 compared to a conventional drive with a high-speed asynchronous motor and an intermediate reduction gearbox.
  • the efficiency of a drive system with torque motor is about 5% greater. This means lower energy consumption and lower cooling capacity. Rotor cooling is not required for torque motors.
  • the synchronous motors with a large number of pole pairs used here are, in principle, large hollow shaft servomotors optimized for high torques.
  • Rotary direct drives or torque motors have hitherto been used primarily in production machines, such as Laser cutting machines, milling and grinding machines or extruders used, but not in heavy carriers.
  • the rated speed of the synchronous motor is preferably between 5 and 100 revolutions per minute, in particular between 20 U / min and 50 U / min, when the motor drives the drive shaft directly.
  • the output torque is preferably between 50 and 800 kilonewtons, in particular 100 kNm to 500 kNm.
  • Such slow-running synchronous motors with such high torque allow only the direct drive of the transport traction means.
  • the power output of the drive is preferably between 50 and 2000 kilowatts, in particular 100 kW to 1000 kW.
  • the preferred rated speed is higher by a factor of 2 to 10, depending on the reduction ratio, and the torque output by the motor is preferably about half lower. Even in this case, a significant reduction of the moment of inertia results by at least a factor of 5 in comparison to conventional drives.
  • the drive with synchronous motor and single-stage reduction gear has significantly fewer moving parts compared to conventional gearboxes. This means higher system reliability.
  • High-pole synchronous motors or rotary direct drives can be controlled quickly and precisely by means of a frequency converter. Thanks to the use of variable-speed drives, considerable system advantages can be achieved compared to conventional solutions without speed control. Due to the speed and torque control, the conveying process can be fundamentally optimized. This includes monitoring and limiting the speed and torque of the synchronous motor as well as the performance data of the synchronous motor
  • the load can be fixed and thus a smooth and gentle operation of the ascending conveyor can be achieved.
  • the number of pole pairs is preferably between 6 and 50, in particular around 10.
  • FIG. 1 shows a conveyor belt for heavy bulk material, schematically, in an i o horizontal section
  • Figure 2 shows the conveyor belt of Figure 1, schematically, in plan view.
  • FIG. 3 shows the electric motor of the conveyor belt according to FIG.
  • FIG. 5 shows a block diagram of a continuous conveyor with rotary direct-injection
  • Figure 6 is a block diagram of a continuous conveyor with slow-running
  • a conveyor belt is shown schematically in Fig. 1.
  • Whose endless conveyor belt 1 runs between a drive roller 2 and a guide roller 3 in a circle.
  • a heavy bulk material 4 such as ore or broken rock, abandoned and transported substantially horizontally, in the figure from left to right.
  • Support rollers 5 are arranged, which support the weight of the conveyor belt 1 and the bulk material 4.
  • the conveyor belt is driven by a low-speed, high-poled synchronous motor 6 with high torque.
  • the synchronous motor 6 drives the drive roller 2 of the conveyor belt directly, i. without intermediate mechanical gearbox, on.
  • the working speed of the drive roller 2 is about 40 revolutions per minute, so that the synchronous motor 6 has a rated speed of 40 U / min.
  • the synchronous motor 6 outputs a torque in the region of 300 kilonewtons.
  • a second synchronous motor of the same type can be coupled to the drive roller 2. If for reasons of space, the length of the synchronous motor 6 is limited, and a single-stage 15 reduction gear between the drive roller 2 and synchronous motor 6 may be provided, which reduces the speed of the synchronous motor 6, for example by a factor of 5.
  • the synchronous motor 6 is about 20 times as long as it is wide.
  • the segmented design modular synchronous motor 6 has a housing jacket 7, which extends between two end-side end plates 8a and 8b.
  • the bearing plates 8a, 8b are the bearings 9a, 9b for the rotor shaft 10, on which the rotor 1 1 sits.
  • the rotor 1 1 carries a plurality of magnetic poles 12.
  • Drive of the conveyor belt 1 are connected by a permanently excited high-pole synchronous motor with high torque.
  • An electronic frequency converter 14 is connected to the 3-phase AC power supply and generates a changeable in amplitude and frequency AC voltage, which is given to the stator 6 of the Synchronmo- sector 6.
  • the rotating alternating field drives the rotor.
  • the total mass moment of inertia of the drive which essentially consists of the mass moment of inertia M m of the synchronous motor 6, the mass moment of inertia M t of the conveyor belt 1 together with the drive roller 2 and the mass moment of inertia M u of the deflection roller 3. Since the synchronous mode
  • 20 tems is about 10 times smaller than with conventional drives.
  • the spring and damping characteristics of the powertrain are also significantly better.
  • the drive system which in principle comprises only the synchronous motor 6 and the drive roller 2, is capable of torsional vibration due to the mechanical elasticities 25 both in the axial and in the radial direction.
  • the spring stiffness F M of the elasticities on the motor side comprises the torsional stiffness of the motor shaft of the synchronous motor 6 and the axial spring rigidity.
  • the friction damping in the bearings and the damping in the air gap by magnetic reversal are characterized by the damping D m . at
  • the drive system for the conveyor belt 1 shown in Fig. 6 differs from the drive of FIG. 5 only by the interposition of a single-stage reduction gear 15 between the synchronous motor 6 and drive roller 2 of the conveyor belt 1.
  • the synchronous 5 motor 6 no longer necessarily run at the same speed as the drive roller 2.
  • the io reduction gear 15 can be executed.
  • the additional mass moment of inertia M g for the reduction gear 15 increases the total inertia of the drive by two to three times, which is still five to ten times smaller than in conventional drives.
  • the motor-side spring stiffness F m is increased by the additional spring stiffness F g of the transmission-side elasticities.
  • the torsion spring stiffness flows in

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  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
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Abstract

Ein Stetigförderer wie zum Beispiel ein Förderband zum Transport von schwerem Schütt- oder Stückgut umfasst ein endloses Transportband (1), das zwischen einer Antriebsrolle (2) und einer Umlenkrolle (3) umläuft. Die Antriebsrolle (2) wird von einem permanent erregten hochpoligen Synchronmotor (6) angetrieben, welcher bei vergleichsweise niedriger Nenndrehzahl ein sehr hohes Drehmoment abgibt. Der Synchronmotor (6) kann die Antriebsrolle (2) direkt antreiben oder alternativ auch über ein einstufiges Untersetzungsgetriebe (15) mit niedrigem Untersetzungsfaktor. Der erfindungsgemäße Antrieb zeichnet sich durch ein bis zu 10-fach geringeres Massenträgheitsmoment gegenüber herkömmlichen Antriebssystemen aus. Dadurch wird die Gefahr einer Beschädigung oder gar eines Risses des Transportbands (1) bei Störungen stark verringert, so dass sich die Betriebssicherheit wesentlich erhöht.

Description

Stetigförderer zum Transport von schwerem Schütt- oder Stückgut
Die Erfindung betrifft Stetigförderer, die für den Transport von großen Mengen von Schüttgut wie Sand, Steine oder Erz sowie zum Transport von schwerem Stückgut eingesetzt werden, beispielsweise im Bergbau, Über- oder Untertagebau oder bei der Be- und Entladung von Schiffen, Silos usw. Das Schüttoder Stückgut wird dabei in einer Aufgabestation auf das Transport-Zugmittel aufgeladen und zu einer Abgabe- oder Übergabestation transportiert. Ein typisches Beispiel für einen Stetigförderer ist ein Förderband zum Abtransport von gebrochenem Erz. Das Förderband läuft auf Tragrollen, die in einer langgestreckten Tragkonstruktion aus Stahlprofilen gelagert sind. Die Antriebsstation umfasst neben einer oder mehrerer Antriebswellen wenigstens einen Elektromotor, der zumeist als Asynchronmotor ausgebildet ist und mit relativ großer Drehzahl, z.B. 1500 U/min, läuft. Die das Förderband vortreibende Antriebsrolle dreht sich dagegen relativ langsam, mit einer Drehzahl zwischen 5 und 100 U/min. Zwischen dem Asynchronmotor und der Antriebsrolle muss deshalb ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen werden, das typischerweise als mehrstufiges Stirnrad-Getriebe oder Planetengetriebe ausge- führt ist und ein Untersetzungsverhältnis zwischen 15:1 und 150:1 hat. Es kommen auch Getriebe mit veränderlicher Übersetzung zum Einsatz, mit deren Hilfe die Arbeitsdrehzahl der Antriebsrolle eingestellt werden kann. Der Antriebsmotor und gegebenenfalls auch das Untersetzungsgetriebe kann in der Antriebsrolle integriert sein als so genannter Trommelmotor. Der Stetigförderer kann auch mehrere Antriebsstationen umfassen, z.B. zwei Kopfstationen und eine oder mehrere Zwischenstationen, wobei jede Antriebstation einen oder zwei Elektromotoren und eine entsprechende Zahl von Antriebsrollen aufweist.
Störungen beim Transport werden als Stoßbelastungen über die Antriebsrolle auf die Abtriebswelle des Getriebes geleitet und von dort in den Antriebsmotor übertragen. Bei größeren Störungen, beispielsweise durch Stau des Schüttguts oder Verklemmen von Gegenständen, kann das Transport-Zugmittel plötzlich kurzzeitig zum Stillstand kommen. Rotor des Motors, Wellen und Zahnräder des Getriebes sowie die damit gekoppelte Antriebsrolle bewegen sich aber aufgrund der großen Massenträgheit des gesamten Antriebssystems weiter, jedenfalls so lange, bis bei Überschreiten bestimmter Kräfte eine automatische Abschaltung oder Abkoppelung des Motors stattfindet. Dies kann zu starken mechanischen Spannungen in Getriebe, Motor und Transport-Zugmittel führen, in deren Folge das Zugmittel beschädigt wird, z.B. reißt. Zur Vermeidung solcher unzulässig hohen Stoßbelastungen mit möglichen Beschädigungen des Transport-Zugmittels wird beim Stand der Technik zwischen Antriebsrolle und Untersetzungsgetriebe oft eine Überlastkupplung ein- gebaut, die bei Überschreiten vorgegebener Lasten oberhalb der üblichen Betriebslasten automatisch öffnet, den elektrischen Antrieb also von der Antriebsrolle trennt.
Speziell bei großen und sehr großen Steigförderern, wie sie im Berg- oder Tagebau eingesetzt werden, ist ein Reißen des Transport-Zugmittels mit einem derart hohen Aufwand an Kosten und Zeit für die dann notwendige Reparatur verbunden, dass ein solcher Schaden unter allen Umständen vermie- den werden muss. Entsprechend hoch ist der konstruktive Aufwand für die Überlastkupplung und die Überwachungs- und Steuersysteme, die eine rechtzeitige Notabschaltung auslösen. Es stellt sich somit die Aufgabe, einen Stetigförderer speziell für schweres Schütt- oder Stückgut so zu konstruieren, dass er gegen Störungen beim Transport weniger empfindlich ist und die Gefahr verringert wird, dass das Transport-Zugmittel durch solche Störungen überlastet und beschädigt wird. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die große Massenträgheit herkömmlicher Antriebssysteme dafür verantwortlich ist, dass das Transport- Zugmittel im Störfall schnell mechanisch überlastet ist, und dass deshalb die Verringerung der Massenträgheit des Antriebssystems Entwicklungsziel sein muss.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruchs dadurch, dass an Stelle eines schnell laufenden Elektromotors mit angeflanschtem mehrstufigem Untersetzungsgetriebe ein permanent erregter hochpoliger Synchronmotor eingesetzt wird, dessen Drehzahl höchs- tens 15-mal so hoch ist wie die Arbeitsdrehzahl der Antriebswelle, wobei er ein Drehmoment von mindestens 30 kNm abgibt. Ein solcher, langsam laufender Elektromotor mit hohem Drehmoment macht ein aufwendiges mehrstufiges Untersetzungsgetriebe überflüssig. Das an der Antriebsrolle wirkende Massenträgheitsmoment des Antriebs verringert sich dadurch auf unter 20 % des Massenträgheitsmoments eines herkömmlichen Antriebs. Die kinetische Energie des Antriebssystems ist durch die wesentlich niedrigere Motordrehzahl erheblich kleiner. Im Falle einer Störung beim Transport des Schütt- oder Stückguts reagiert die relativ leichte Antriebseinheit schneller. Bei einer fremdgesteuerten Abbremsung oder gar einem kurzzeitigen Stillstand des Transport-Zugmittels kann die Antriebskraft des Motors verringert oder abgeschaltet werden, bevor unzulässig hohe Kräfte über die Antriebsrolle in das Zugmittel eingeleitete werden. Im Fehlerfall, z.B. bei Kurzschluss im Umrichter oder Motor, ist das auftretende Stoßmoment deutlich geringer, womit die Belastung der mechanischen Komponenten erheblich reduziert wird. Eine Deformation oder gar ein Riss des Transport-Zugmittels ist damit praktisch ausgeschlossen, eine Überlastkupplung entbehrlich.
In konsequenter und vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gedankens, das Massenträgheitsmoment des Antriebs möglichst weit zu verringern, kann der Elektromotor die Antriebsrolle des Transport-Zugmittels direkt antreiben. Bei einem solchen rotativen Direktantrieb mit hohem Drehmoment, auch Torque-Motor genannt, entspricht die Motordrehzahl der Arbeitsdrehzahl der Antriebswelle. Ein Untersetzungsgetriebe wird damit ganz überflüssig, das Massenträgheitsmoment des Antriebs auf ein Minimum reduziert. Bei einem derartigen Direktantrieb kann das Massenträgheitsmoment im Vergleich zu einem herkömmlichen Antrieb mit schnell laufendem Asynchronmotor und zwischengeschaltetem Untersetzungsgetriebe um den Faktor 10 verringert werden.
Der Wirkungsgrad eines Antriebssystems mit Torque-Motor ist ca. 5% größer. Dies bedeutet geringeren Energieverbrauch und geringere Kühlleistung. Eine Rotorkühlung ist für Torque-Motoren nicht erforderlich.
Bei den hier eingesetzten Synchronmotoren mit großer Polpaarzahl handelt es sich im Prinzip um auf hohe Drehmomente optimierte große Servomotoren mit Hohlwelle. Rotative Direktantriebe oder Torquemotoren wurden bisher vor allem bei Produktionsmaschinen wie z.B. Laserschneidmaschinen, Fräs- und Schleifmaschinen oder Extrudern eingesetzt, nicht aber bei schweren Fördermaschinen.
Die Nenndrehzahl des Synchronmotors beträgt bevorzugt zwischen 5 und 100 Umdrehungen pro Minute, insbesondere zwischen 20 U/min und 50 U/min, wenn der Motor die Antriebswelle direkt antreibt. Das abgegebene Drehmoment beträgt vorzugsweise zwischen 50 und 800 Kilonewton, insbesondere 100 kNm bis 500 kNm. Derart langsam laufende Synchronmotoren mit so hohem Drehmoment ermöglichen erst den direkten Antrieb des Transport- Zugmittels. Die Leistungsabgabe des Antriebs beträgt vorzugsweise zwischen 50 und 2000 Kilowatt, insbesondere 100 kW bis 1000 kW.
5
Treibt der Synchronmotor die Antriebsrolle über ein einstufiges Untersetzungsgetriebe an, so liegt die bevorzugte Nenndrehzahl je nach Untersetzungsverhältnis um den Faktor 2 bis 10 höher und liegt das vom Motor abgegebene Drehmoment bevorzugt um rund die Hälfte niedriger. Auch in diesem i o Fall ergibt sich eine signifikante Reduzierung des Massenträgheitsmoments mindestens um den Faktor 5 im Vergleich zu herkömmlichen Antrieben. Der Antrieb mit Synchronmotor und einstufigem Untersetzungsgetriebe hat im Vergleich zu herkömmlichen mit mehreren Getriebestufen deutlich weniger bewegte Teile. Dies bedeutet höhere Systemzuverlässigkeit. Ein Torque-
15 Motor mit einstufigem Getriebe führt zu einem wesentlich kompakteren Antrieb.
Hochpolige Synchronmotoren bzw. rotative Direktantriebe lassen sich mittels Frequenzumrichter schnell und präzise regeln. Durch den Einsatz von Fre- 20 quenzumrichtern können im Vergleich zu konventionellen Lösungen ohne Drehzahlregelung erhebliche Systemvorteile erzielt werden: Aufgrund der Drehzahl- und Drehmomentregelung kann der Förderprozess grundsätzlich optimiert werden. Dazu gehört die Überwachung und Begrenzung von Drehzahl und Drehmoment des Synchronmotors sowie der Leistungsdaten des
25 Förderprozesses, und weiter die zugehörige Dokumentierung der tatsächlich gefahrenen Lasten (Condition Monitoring). Durch Regelung der Geschwindigkeit des Transport-Zugmittels kann die Beladung verstetigt und damit ein gleichmäßiger und schonender Betrieb des Steigförderers erreicht werden.
30 Für den erfindungsgemäßen Stetigförderer finden vorzugsweise Motoren
Verwendung, die in Abhängigkeit der Anzahl ihrer Polpaare die benötigte Motordrehzahl bei einer Motorenfrequenz zwischen 20 und 150 Hertz, vorzugs- weise im Bereich 5 Hz bis 100 Hz, liefern. Die Polpaarzahl beträgt bevorzugt zwischen 6 und 50, insbesondere um 10.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beige- 5 fügten Abbildungen näher beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1 ein Förderband für schweres Schüttgut, schematisch, in einem i o Horizontalschnitt;
Figur 2 das Förderband von Fig. 1 , schematisch, in Draufsicht;
Figur 3 den Elektromotor des Förderbands gemäß Fig 2, im Längs-
15 schnitt;
Figur 4 den Elektromotor von Fig. 3, im Querschnitt;
Figur 5 ein Blockschaltbild eines Stetigförderers mit rotativem Direktan-
20 trieb;
Figur 6 ein Blockschaltbild eines Stetigförderers mit langsam laufendem
Synchronmotor und Untersetzungsgetriebe.
Als Beispiel für einen Stetigförderer ist in Fig. 1 ein Förderband schematisch dargestellt. Dessen endloses Transportband 1 läuft zwischen einer Antriebsrolle 2 und einer Umlenkrolle 3 im Kreis. Auf den Teil des Transportbands 1 , der gerade das Obertrum bildet, wird ein schweres Schüttgut 4, z.B. Erz oder gebrochenes Gestein, aufgegeben und im Wesentlichen horizontal transportiert, in der Abbildung von links nach rechts. Unter dem Transportband 1 sind Stützrollen 5 angeordnet, die das Gewicht des Transportbands 1 und des Schüttguts 4 abstützen.
Angetrieben wird das Förderband durch einen langsam laufenden, hochpoli- 5 gen Synchronmotor 6 mit hohem Drehmoment. Wie in Fig. 2 zu sehen, treibt der Synchronmotor 6 die Antriebsrolle 2 des Förderbands direkt, d.h. ohne zwischengeschaltetes mechanisches Getriebe, an. Die Arbeitsdrehzahl der Antriebsrolle 2 beträgt ungefähr 40 Umdrehungen pro Minute, so dass auch der Synchronmotor 6 eine Nenndrehzahl von 40 U/min hat. Der Synchronmo- i o tor 6 gibt dabei ein Drehmoment im Bereich von 300 Kilonewton ab.
Bei erhöhtem Leistungsbedarf kann ein zweiter Synchronmotor desselben Typs mit der Antriebsrolle 2 gekoppelt werden. Falls aus Platzgründen die Baulänge des Synchronmotors 6 beschränkt ist, kann auch ein einstufiges 15 Untersetzungsgetriebe zwischen Antriebsrolle 2 und Synchronmotor 6 vorgesehen sein, welches die Drehzahl des Synchronmotors 6 zum Beispiel um den Faktor 5 untersetzt.
Gemäß den Schnittbildern von Fig. 3 und Fig. 4 ist der Synchronmotor 6 etwa 20 doppelt so lang wie breit. Der in Segmentbauweise modular aufgebaute Synchronmotor 6 hat einen Gehäusemantel 7, der sich zwischen zwei stirnseitigen Lagerschilden 8a und 8b erstreckt. In den Lagerschilden 8a, 8b befinden sich die Lager 9a, 9b für die Rotorwelle 10, auf welcher der Rotor 1 1 sitzt. An seiner Peripherie trägt der Rotor 1 1 eine Vielzahl von Magnetpolen 12. Durch
25 einen schmalen Luftspalt vom Rotor 1 1 getrennt sitzt der Stator 13 im Gehäusemantel 7. Es handelt es sich also hier um einen Innenläufer. Die an der einen (rechten) Seite aus dem Lagerschild 8b herausragende Rotorwelle 10 ist mit der Antriebsrolle 2 des Förderbandes gekoppelt (vgl. Fig. 2).
30 Das Blockschaltbild von Fig. 5 verdeutlicht die Vorteile, die mit dem direkten
Antrieb des Transportbands 1 durch einen permanent erregten hochpoligen Synchronmotor mit hohem Drehmoment verbunden sind. Ein elektronischer Frequenzumrichter 14 ist an das 3-Phasen- Wechselstromnetz angeschlossen und generiert eine in Amplitude und Frequenz veränderbare Wechselspannung, die auf den Stator des Synchronmo- 5 tors 6 gegeben wird. Das umlaufende Wechselfeld treibt den Rotor an. Durch die Ansteuerung des Frequenzumrichters 14 ist die Drehzahl des Synchronmotors 6 zwischen Null und der Nenndrehzahl variierbar, so dass das Förderband aus dem Stillstand mit hohem Drehmoment angefahren werden kann, ohne dass zwischen Antriebsrolle 2 und Synchronmotor 6 eine Kupplung i o zwischengeschaltet werden muss. Entsprechend klein ist das gesamte Massenträgheitsmoment des Antriebs, welche sich im Wesentlichen aus dem Massenträgheitsmoment Mm des Synchronmotors 6, dem Massenträgheitsmoment Mt des Transportbandes 1 mitsamt Antriebsrolle 2 und dem Massenträgheitsmoment Mu der Umlenkrolle 3 zusammensetzt. Da der Synchronmo-
15 tor 6 die Antriebsrolle 2 direkt antreibt und deshalb mit relativ kleiner Drehzahl betrieben wird, ist das Massenträgheitsmoment Mm des kompletten Antriebssystems wesentlich kleiner als bei herkömmlichen Antrieben mit schnell laufendem Asynchronmotor, mehrstufigem Getriebe und Überlastkupplung. Das transformierte Massenträgheitsmoment des erfindungsgemäßen Antriebssys-
20 tems ist ca. 10-mal kleiner als bei herkömmlichen Antrieben.
Auch die Feder- und Dämpfungseigenschaften des Antriebsstrangs sind erheblich besser. Das im Prinzip nur den Synchronmotor 6 und die Antriebsrolle 2 umfassende Antriebssystem ist aufgrund der mechanischen Elastizitäten 25 sowohl in axialer als auch in radialer Richtung drehschwingungsfähig. Die Fe- dersteifigkeit FM der motorseitigen Elastizitäten umfasst dabei die Drehfeder- steifigkeit der Motorwelle des Synchronmotors 6 sowie die Axialfedersteifig- keit. Die Reibungsdämpfung in den Lagern sowie die Dämpfung im Luftspalt durch Ummagnetisierung werden durch die Dämpfung Dm charakterisiert. Bei
30 der direkten Ankopplung des Synchronmotors 6 an die Antriebsrolle 2 kann die Federsteifigkeit Fm praktisch vernachlässigt werden. Das in Fig. 6 dargestellte Antriebssystem für das Transportband 1 unterscheidet sich von dem Antrieb gemäß Fig. 5 nur durch die Zwischenschaltung eines einstufigen Untersetzungsgetriebes 15 zwischen Synchronmotor 6 und Antriebsrolle 2 des Transportbands 1. Bei dieser Variante muss der Synchron- 5 motor 6 nicht mehr unbedingt mit derselben Drehzahl laufen wie die Antriebsrolle 2. Dies erlaubt einen kleiner bauenden Synchronmotor 6, der allerdings eine etwas höhere Nenndrehzahl hat. Es genügt aber ein kleines einstufiges Untersetzungsgetriebe 15, da die Drehzahl nur um maximal den Faktor 15 herabgesetzt werden muss. Entsprechend einfach, klein und leicht kann das i o Untersetzungsgetriebe 15 ausgeführt sein.
Das zusätzliche Massenträgheitsmoment Mg für das Untersetzungsgetriebe 15 erhöht die gesamte träge Masse des Antriebs um das zwei bis dreifache, was aber immer noch fünf bis zehnmal kleiner ist als bei herkömmlichen Antrieben.
15
Auch die Feder- und Dämpfungseigenschaften des Antriebsstrangs verschlechtern sich durch das relativ kleine Untersetzungsgetriebe nur wenig. Die motorseitige Federsteifigkeit Fm wird durch die zusätzliche Federsteifigkeit Fg der getriebeseitigen Elastizitäten erhöht. Darin fließen die Drehfedersteifigkei-
20 ten der Getriebewellen und der Welle-Nabe-Verbindungen im Getriebe, die
Zahnsteifigkeit durch elastische Zahnverformung sowie die Radialfedersteifig- keit und Axialfedersteifigkeit der Welle-Nabe-Verbindungen, Wellen, Lager und Zahneingriffe innerhalb des Getriebes ein. Zu der Dämpfungskonstante Dm des Synchronmotors 6 ist die Dämpfungskonstante Dg der getriebeseitigen 25 Dämpfung zu berücksichtigen, welche sich aus der Reibungsdämpfung in den Lagern im Getriebe, dem Dämpfungsmaß der Zahnradpaarungen durch Torsion, der Reibungsdämpfung in den Zahnradpaarungen sowie der Reibungsdämpfung im Ölbad ergibt. Insgesamt sind die Feder- und Dämpfungseigenschaften des gesamten Antriebsstrangs auch unter Berücksichtigung der Fe-
30 dersteifigkeit Fg und die getriebeseitige Dämpfung Dg des Untersetzungsgetriebes 15 immer noch erheblich besser als bei herkömmlichen Antriebssystemen. Bezugszeichenliste
Transportband
Antriebsrolle
Umlenkrolle
Schüttgut
Stützrollen
Synchronmotor
Gehäusemantel
a, 8b Lagerschilde
a, 9b Lager
0 Rotorwelle
1 Rotor
2 Magnetpole
3 Stator
4 Frequenzumrichter
5 Untersetzungsgetriebe

Claims

Patentansprüche
Stetigförderer zum Transport von schwerem Schütt- oder Stückgut, mit einem endlosen Transport-Zugmittel, das zwischen einer Antriebsrolle und einer Umlenkrolle umläuft, und einem elektromotorischen Antrieb, der mit der Antriebsrolle gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb wenigstens einen permanent erregten hochpoligen Synchronmotor (6) umfasst, dessen Drehzahl höchstens 15-mal so hoch ist wie die Arbeitsdrehzahl der Antriebsrolle (2) des Transport- Zugmittels (1 ).
Stetigförderer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronmotor (6) die Antriebsrolle (2) direkt antreibt, so dass die Motordrehzahl der Arbeitsdrehzahl der Antriebsrolle (2) entspricht.
Stetigförderer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nenndrehzahl des Synchronmotors (6) im Bereich 5 U/min bis 100 U/min, vorzugsweise 20 U/min bis 50 U/min, liegt.
Stetigförderer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronmotor (6) ein Drehmoment zwischen 50 kNm und 800 kNm, vorzugsweise 100 kNm bis 500 kNm, abgibt.
Stetigförderer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronmotor (6) eine Leistung im Bereich 50 kW und 2000 kW, vorzugsweise 100 kW bis 1000 kW, abgibt.
Stetigförderer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronmotor (6) die Antriebsrolle (2) über ein einstufiges Untersetzungs- getriebe (15) mit einer Untersetzung im Bereich 2 bis 15, vorzugsweise 5 bis 10, antreibt.
7. Stetigförderer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
5 Nenndrehzahl des Synchronmotors im Bereich 10 U/min bis 700 U/min, vorzugsweise 50 U/min bis 300 U/min, liegt.
8. Stetigförderer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronmotor ein Drehmoment zwischen 30 kNm und 400 kNm, i o vorzugsweise 50 kNm bis 250 kNm, abgibt.
9. Stetigförderer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorfrequenz des Synchronmotors (6) zwischen 20 und 150 Hz beträgt.
15
10. Stetigförderer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Polpaare des Synchronmotors (6) zwischen 6 und 50, vorzugsweise zwischen 8 und 15, liegt.
20 1 1 . Stetigförderer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronmotor (6) von einem elektronischen Frequenzumrichter (14) angesteuert wird.
12. Stetigförderer nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Dreh- 25 moment und Drehzahl des Synchronmotors (6) in Abhängigkeit vom
Förderprozess überwacht, geregelt und begrenzt werden.
13. Stetigförderer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Drehzahlregelung des Synchronmotors (6) die Geschwindigkeit des 30 Transport-Zugmittels geregelt wird und so eine Verstetigung der Beladung des Transport-Zugmittels erfolgt. Stetigförderer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächlich gefahrenen Lasten über den Frequenzumrichter (14) erfasst und dokumentiert werden.
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