DE3318462A1

DE3318462A1 - Stroemungskupplung

Info

Publication number: DE3318462A1
Application number: DE3318462A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 4270 Dorsten Ahrens; Peter Dipl.-Ing. 5600 Wuppertal Brychta
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1983-05-20
Filing date: 1983-05-20
Publication date: 1984-11-22
Also published as: GB2140536A; FR2546249A1; GB2140536B; DE3318462C2; US4581892A; GB8412817D0; FR2546249B1

Description

BERGWERKSVERBAND GMBH

VERSUCHSBETRIEBE DER BERGBAU-FORSCHUNG GMBH

Patent- und. Hilfsge- . 1. März 1983

brauchsmusteranmeldung A8/79/82 Ha/ds

Strömungskupplung

Die Erfindung betrifft eine Strömungskupplung zur Übertragung
eines Drehmomentes bei koaxialen Wellenenden, insbesondere für den Einsatz in Arbeitsmaschinen im untertägigen Berg- und Tunnelbau, mit einem mit Betriebsflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum und einer damit zu verbindenden Verzögerungskammer, deren Füllung und Entleerung über Stellglieder erfolgt.

Derartige Strömungskupplungen werden insbesondere im untertägigen Berg- und Tunnelbau dort eingesetzt, wo sehr hohe Antriebsleistungen erforderlich sind und gleichzeitig die elektrische

Energieversorgung schwach ist. Strebförderer lassen sich häufig nach längeren Stillstandzeiten nur schwer wieder anfahren, weil durch den Nachfall von Kohle und Nebengestein und durch das Anbacken feuchter Kohle das Kettenband festsitzen kann. In solchen Fällen muß der Strebförderer von Hand geleert werden, um dann wieder anfahren zu können und ihn anschließend mit dem entnommenen Fördergut zu beladen. Dadurch entstehen erhebliche Produktionsausfälle, abgesehen davon, daß beim Leeren des Förderers die Strebbelegschaft durch Kohlenfall gefährdet ist.

Bei Strebförderer werden Strömungskupplungen konstanter Füllung mit Vorkammer oder ventilgesteuerter Strömungskupplungen bei Gummigurtförderern, Strömungskupplungen konstanter Füllung mit Vorkammer eingesetzt.

Derartige Strömungskupplungen müssen genau dimensioniert und gefüllt werden. Dennoch sind sie an sich ändernde Betriebsverhältnisse für den Schwer-/Sanftanlauf und gleichzeitig für den Dauerbetrieb nicht anpaßbar.

Bekannte regelbare Störmungskupplungen beispielsweise mit einem Schöpfrohr erfordern einen hohen Aufwand und sind insbesondere für den Einsatz an Strebförderern und an Gurtbandanlagen wegen des großen Platzbedarfes nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Strömungskupplungen so weiter zu entwickeln, daß diese bei geringem Platzbedarf stets die maximal mögliche Losbrechkraft in das Kettenband des Förderers einleiten können. ·.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zwischen Arbeitsraum und Verzögerungskammer angeordneten Stellglieder als

aktive Stellglieder ausgebildet sind.

Bei einer derart ausgebildeten Strömungskupplung kann bei geringem Pl atzbedarf die Füllung bzw. Entleerung des Arbeitsraumes den jeweiligen Gegebenheiten entsprechend geregelt werden. Es ist eine einfache ventilgeregelte Strömungskupplung geschaffen, die im Gegensatz zu den bekannten fliehkraftgesteuerten Strömungskupplungen keine optimale Füllmenge hat, sondern vielmehr einen optimalen Füllmengenbereich. Die Grenzen dieses Bereiches werden je nach Anwendungs- bzw. Einsatzfall festgelegt. Damit ist sichergestellt, daß auch bei Leckverlusten oder ungenauer Fül!menge in weiten Gren-.zen sets die maximal mögliche Losbrechkraft in das Kettenband des Förderers eingeleitet wird oder aber bei Einsatz in Gurtbändern für den Sanftanlauf das Drehmoment in definierter Höhe eingeleitet wird.

Eine zweckmäßige Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß dieaktiven Stel1glieder.geregelte Ventile, Schieber oder Drehschieber sind. Diese aktiven· Stellglieder ersetzen die fliehkraftgesteuerten Ventile der heute bekannten Strömungskupplungen.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Füll volumen der Verzögerungskammer auch größer als das des Arbeitsraumes sein kann. Bei Gefahr von Leckagen ist das Füllvolumen der Verzögerungskammer zweckmäßig um einige Liter größer, so daß je nach den Gegebenheiten ausreichende Mengen an Betriebsflüssigkeit in den Arbeitsraum gebracht werden können. ·

In Verbindung mit. den·vorgesehenen aktiven Stellgliedern kann die Strömunggkupplung in ihren Abmessungen optimal klein ge-

halten werden, wenn, wie erfindungsgemäß vorgesehen, die Meßglieder, eine Aliswerteeinheit und die elektrische Versorgung innerhalb des Kupplungsgehäuses angeordnet sind. Dabei ist es als vorteilhaft erkannt, die Auswerteeinheit und die elektrische Versorgung in dem Hohlraum anzuordnen, der zwischen der Motorwelle und Getriebewelle verbindenden Anschlußkupplung und dem Kupplungsgehäuse verbleibt. Damit ist nicht nur eine raumsparende Anordnung geschaffen, sondern gleichzeitig auch eine betriebssichere Strömungskupplung, da alle Teile innerhalb des Kupplungsgehäuses optimal untergebracht sind.

Zweckmäßig werden den Erfordernissen entsprechend eine oder mehrere mechanische Größen, wie Wellenmomente, Beschieünigungsmomente, Drehzahlen, Drehbeschleunigungen, Durchflußmengen durch die Stellglieder und ähnliches gemessen und. der Auswerteeinheit zugeführt. Hierzu können gemäß der Erfindung Meßglieder beispielsweise auf der Motorwell.e, im Bereich zwischen Sekundärrad und Kupplungsschale oder auch beiden Wellenenden züge- ■ ordnet sein. Zur Erfassung der Durchflußmenge und/oder -richtung sind den aktiven Stellgliedern Meßglieder zugeordnet. Die Auswerteeinheit bildet aus den Werten der einzelnen Meßgrößen Steuerbefehle und leitet diese zeitgerecht an die Stellglieder, d. h. an die Ventile, Schieber oder Dreh schieber weiter. Die elektrische Energieversorgung speist die Elementede Auswerteeinheit und der Meßgeber sowie der Stellglieder.

Aus konstruktiven oder Stabil itätsgründen der Baueinheit Strömungskupplun kann es zweckmäßig sein, wenn mehrere Arbeitsräume und Verzögerungskammer vorgesehen sind. =. ·

Auch stellgliedlöse Strömungskupplungen können' in vorteilhafter Weise so ausgebildet werden, daß diese bei geringem Platzbedarf eine hohe Lpsbrech kraft in das Kettenband des Förderers einleiten oder sogar einen Sanftanlauf ohne Momentenüberhöhung ermöglichen können. Hierzu ist er'f indungsgemäß vorgesehen, daß mehrere Bohrungen zwischen Arbeitsraum und Verzögerungskammer vorgesehen und mit jeweils unterschiedlichem Bohrungsmesser· ausgebildet sind. Auf diese Art und.Weise ist es möglich, auch bei stellgl iedl ösen Strömungskuppl ungen definierte und gestaffelte Momentenanstieg vorzugeben und damit eine Momentenbegrenzung zu erreichen. Durch entsprechende Anordnung und Wahl der unterschiedlichen Bohrungen- kann die Momentenbegrenzung optimiert werden.

Der technische Fortschritt der vorliegenden Erfindung ist ins- ^ <■

besondere darin zu sehen, daß eine einfache und raumsparend ausgebildete, ventilgeregelte Strömungskupplung geschaffen ist; Diese Strömungskupplung bietet mehrere Vorteile. So gibt es nicht nur eine optimale Füllmenge, sondern vielmehr, wie schon erwähnt, einen optimalen Füllmengenbereich. Die Grenzen dieses Bereiches werden bei einer gegebenen Größe der Vorratskammer festgelegt durch:

- im Stil 1 stand· der Anlage muß soviel Flüssigkeitsmenge im Vorratsraum sein, daß ein weitgehend lastfreier Hochlauf des Antriebsmotors gewährleistet ist,

- beim Anlaufvorgang der Arbeitsmaschine muß die Füllmenge im Arbeitsraum entsprechend den geforderten Drehmoment-Sollwerten variiert werden können,

- der Arbeitsraum ist maximal zu füllen, wodurch der Kupp!ungsschlupf im Dauerbetrieb minimal ist.

Leckageverluste wirken sich bei der erfindungsgemäßen Strömungskupplung solange nicht aus, wie die untere Grenze des Füllmengenbereiches nicht unterschritten wird. Durch eine zusätzliche Temperaturüberwachung des Füllmediums im Arbeitsraum wird ein Auslaufen der Strömungskupplung durch Überhitzung sowohl beim Anlaufvorgang als auch im Dauerbetrieb verhindert. Bei Erreichen einer vorgebbaren kritischen Temperatur wird der Arbeitsraum möglichst weit entleert. Zusätzlich ist eine Schmel zsi ch.erungsschraube als Sicherheit vorgesehen. Bei Unterschreiten einer unteren Temperaturgrenze wird die Arbeitskammer wieder optimal gefüllt. Vorteilhaft ist insbesondere auch die günstige und raumsparende Anbringung der einzelnen Elemente innerhalb des Kupplungsgehäuses

- 10 -

Der Anmeldungsgegenstand wird nachfolgend anhand einer einzigen Figur weiter erläutert.

Diese Figur zeigt eine Strömungskupplung 1 im Schnitt, die zwischen dem Motor 2 mit einer Motorwelle 3 und dem Getriebe 11 mit einer Getriebewelle 12 angeordnet ist. Zum Ausgleich geringer Montageungenauigkeiten ist eine elastische Anschlußkupplung 4 vorgesehen, die auf der Motorwelle 3 sitzt. .

Die Strömungskupplung 1 weist ein mehrteiliges Kupplungsgehäuse 6 auf, das einen Arbeitsraum 7 und eine Verzögerungskammer 8 einschließt. Arbeitsraum 7 und Verzögerungskammer 8 sind über Stellglieder 9 miteinander verbunden, so daß die Betriebsflüssigkeit zwischen beiden Kammern ausgetauscht werden kann.

Das Kupplungsgehäuse 6 enthält ein Primärrad 14 und das auf der. Nabe 17 aufsitzende Sekundärrad 16. An einer Stirnseite ist die Füllschraube 18 für die Betriebsflüssigkeit 10 angebracht.

Zwischen der Motorwelle 3 und der Getriebewelle 12 verbleibt ein Hohlraum 20, in dem die für die Regelung der Stellglieder 9 vorgesehene Auswerteeinheit 21 mit der elektrischen Versorgung 22 untergebracht ist. Die Auswerteeinheit 21 ist mit den verschiedenen Meßgliedern 23, 27, 28, 29 verbunden. Diese Meßglieder oder Meßgeber sind je nach den zu messenden Größen auf den Wellen 3 und/oder 12 angebracht oder aber sie sind an den Stellgliedern 9 bzw. an dem kupplungsgehäuse 6 angeordnet, um beispielsweise die Durchflußmengen oder die Temperatur innerhalb des Arbeitsraumes 7 zu überwachen. Als zusätzliche Sicherheit ist die Schmelzsicherungsschraube 30 vorgesehen.

- 11 -

Eine derartige ventilgeregeite Strömungskupplung 1 kann sowohl zum Schweranlauf von Strebförderern im Steinkohlenbergbau oder von Arbeitsmaschinen mit großen Trägheitsmomenten, wie beispielsweise Zentrifugen, Mühlen oder ähnliches, oder aber zum Sanftanlauf von Arbeitsmaschinen mit Antriebselementen begrenzter Festigkeit, wie Gummigurtförderer, eingesetzt werden.

Beim Schweranlauf von Strebförderern wird beispielsweise das Eingangsdrehmoment der Strömungskupplung 1 gemessen. Nach dem Hochlauf des Asynchronmotors 2 werden die Stellglieder 9a geschlossen, der Wert der aufbereiteten Meßgröße steigt stetig· an. Bei Erreichen des maximal gemessenen Wertes wird durch Öffnen bzw. Schließen der Stellglieder 9a dieser Maximalwert beibehalten. Unabhängig von den momentan vorliegenden elektri* sehen Netzverhältnissen wird das Kippmoment immer optimal eingestellt. Bei T-Antrieben wird stets die Summe der maximal möglichen Kippmomente der einzelnen Elektromotoren abgegeben, unabhängig von irgendwelchen Einschaltzeitdifferenzen. Desweiteren werden Momentenpulsationen wie bei den fl iehkraftgesteu.erten Strömungskupplungen mit bezogen auf die vorliegenden Netzverhältnisse zu großer Füllmenge vermieden.

Beim Sanftanlauf von Arbeitsmaschinen wird nach dem weitgehend lastlosen Hochlauf des Elektromotors bis zum Erreichen des maximal zulässigen Drehmomentes der Momentenanstieg vorgegeben. Danach wird das Moment konstant geregelt.

Weiter ist es möglich, durch entsprechende Ansteuerung der Stellglieder 9a und/oder 9b das durch Laständerungen der Arbeitsmaschine, durch Spannungsschwankungen im elektrischen Netz oder durch ähnliche Ursachen in Schwingung versetzte System aktiv zu dämpfen.

- 12 -

Ai

- yt -

Statische Lastverschiebungen durch Unsymmetrien in den Antriebsstationen (wie z. B. unterschiedliche Mjenndrehzahl en der Elektromotoren oder unterschiedliche Klemmenspannungen), die z. B. auf den gemeinsamen Kettenstern arbeiten oder beispielsweise über das endlose Kettenband elastisch gekoppelt sind, oder statische Lastverschiebungen durch Unsymmetrien in der Arbeitsmaschine können aktiv ausgeglichen werden. Weiter ist ein Überlastschutz gegeben. Bei Überschreiten z. B. eines vorgebbaren maximalen Wertes des Drehmomentenanstieges werden die Stellglieder 9 geöffnet, und die Arbeitsmaschine wird soweit wie nötig entlastet; oder falls erforderlich nur teil ent!astet, in dem nur eine definierte Füllmenge aus dem Arbeitsraum in die Verzögerungskammer zurückfließt.

In der Figur sind zwei unterschiedliche Betriebszustände gezeigt, der untere Teil der Zeichnung zeigt den Anfahrzustand, der obere Teil den Betriebszustand der Strömungskupplung 1.

- 13· -

-Μ

Ι · Strömungskupplung

2 Motor

3 .Motorwelle

4 Anschlußkupplung

6 Kupplungsgehäuse

7 Arbeitsraum

8 Verzogerungskammer 9a + b Stellglieder

10 Betriebsflüssigkeit

11 Getriebe

12 Getriebewelle 14 Primärrad

16 Sekundärrad

17 Nabe zu 16

18 Füll schraube

20 Hohlraum

21 Auswerteeinheit

22 elektrische Versorgung

23 Meßglied an

25 Wellenende Motor

26 Wellenende Getriebe

27 Meßglied an

28 Meßglied an 9a und/oder 9b

29 Meßgl ied an

30 Schmelzsicherungsschraube

Claims

BERGWERKSVERBAND GMBH

VERSUCHSBETRIEBE DER BERGBAU-FORSCHUNG GMBH

Patent- und Hilfsge- 1. März 1983

brauchsmusteranmeldung A8/79/82 Ha/(

Strömungskupplung

Patentansprüche:

Strömungskupplung zur Übertragung eines Drehmomentes bei koaxialen Wellenenden, insbesondere für den Einsatz in Arbeitsmaschinen im untertätigen Berg- und Tunnelbau, mit einem mit Betriebsflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum und einer damit zu verbindenden Verzögerungskammer, deren Füllung und Entleerung über Stellglieder erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Arbeitsraum (7) und Verzögerungskammer (8) angeordneten Stellglieder (9) als aktive Stel1glieder ausgebildet sind. ·
2. Strömungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Stellglieder (9) von Meßgliedern (23, 28, 29) geregelte Ventile, Schieber oder Drehschieber sind.
3. Strömungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet^ daß das Füllvolumen der Verzögerungskammer (8) auch größer als das des Arbeitsraumes (7) sein kann.
4. Strömungskupplung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßglieder (28, 29) eine Auswerteeinheit (21) und eine elektrische Versorgung (22) innerhalb des Kupplungsgehäuses (6) angeordnet sind.
5. Strömungskupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (21) und die elektrische Versorgung (22) in dem Hohlraum (20) angeordnet sind, der zwischen der Motorwelle (3) und Getriebewelle (12) verbindenden Anschlußkupplung (4··) und dem Kupplungsgehäuse (6) verbleibt.
6. Strömungskupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßglieder (23) auf der Motorwelle (3) angeordnet sind. .
7. Strömungskupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßglieder (27) auf der Getriebewelle (26) angeordnet sind.
8. Strömungskupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Meßglieder (29) im Bereich zwischen Sekundärrad (16) und Kupplungsgehäuse (6) vorgesehen sind.
9. Strömungskupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beiden Wellen (3, 12) Meßglieder (23, 27) zur Erfassung der Drehzahl und/oder Drehbeschleunigung und/oder Wellenmoment zugeordnet und mit der Auswerteeinheit (21) verbunden sind. - _
10. Strömungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß. den aktiven Stellgliedern (9) Meßglieder (28) zur Erfas sung der Durchflußmenge und/oder -richtung zugeordnet sind.
11. Strömungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Arbeitsräume (7) und VerzÖgerungskammern (8) vorsehbar sind.
12. Strömungskupplung zur Übertragung eines Drehmomentes bei koaxialen Wellenenden mit einem mit Betriebsflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum und damit zu verbindenden Verzögerungskammern, deren Füllung und Entleerung über Bohrungen in den Kammerwänden erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bohrungen zwischen Arbeitsraum (7) und Verzögerungskammer (8) vorgesehen und mit jeweils unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern ausgebildet sind.