DD218756A3 - Hydrostatischer kabeltrommelantrieb - Google Patents

Abstract

DER HYDROSTATISCHE KABELTROMMELANTRIEB BEZIEHT SICH AUF DAS GEBIET DER HANDHABUNG VON KABEL. DIE MINDERUNG DER AUSRUESTUNGSKOSTEN ZUR STEUERUNG DES GENANNTEN ANTRIEBES SOLL DURCH DIE DIREKTE KOPPLUNG DER FAHRGESCHWINDIGKEIT DES VERBRAUCHERS MIT DER UMFANGSGESCHWINDIGKEIT DER KABELTROMMEL ERREICHT WERDEN. ERFINDUNGSGEMAESS WIRD DAS STELLGLIED FUER DEN FAHRANTRIEB ZUR BETAETIGUNG EINES DRUCKREGELVENTILES HERANGEZOGEN, WELCHES IN ABHAENGIGKEIT VON DER FAHRGESCHWINDIGKEIT DEN DRUCK AM HYDRAULIKMOTOR FUER DIE KABELTROMMEL EINSTELLT. DER VORSCHLAG LAESST SICH IM BERGBAU, IN DER BAUINDUSTRIE UND LANDWIRTSCHAFT ANWENDEN.

Description

Titel der Erfindung Hydrostatischer Kabeltrommelantrieb

Anwendungsgebiet der Erfindung ,

Die Erfindung gehört in das Gebiet der Handhabung von Kabel. Zweckmäßig läßt sich der Vorschlag bei Stromversorgungskar bei ortsveränderlicher Verbraucher mit ortsfester Einspeisung anwenden, bei denen die Speicherung des Stromversorgungskabels auf dem Verbraucher angeordnet ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Aus energetischer Sicht werden zunehmend ortsveränderliche Arbeitsmaschinen mit begrenztem Aktionsradius elektrisch betrieben. Die Energiezuführung erfolgt über ein Stromversorgungskabel mit ortsfester Einspeisung. Auf der Arbeitsmaschine ist eine Kabeltrommel angebracht, die das¹ Strom-Versorgungskabel speichert. Der Antrieb der Kabeltrommel ist so ausgelegt, daß zwischen der fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine und der Drehgeschwindigkeit der Kabeltrommel Übereinstimmung besteht. Andernfalls würden beispielsweise unzulässige Zugspannungen im Stromversorgungskabel oder sogenanntes "Schlappseil" entstehen und die Arbeitsweise der Arbeitsmaschine beträchtlich beeinflussen. Durch die DE-OS 3140 065 ist eine Lösung bekannt gemacht worden, bei welcher die Seilspannung, die Seilgeschwindigkeit und das Drehmoment der Trommel in elektrische Signale umgewandelt und für die Steuerung des Antriebes in elektrischen Baugruppen verarbeitet werden. Der beachtliche Aufwand an elektrischen Geräten und deren besondere Störanfälligkeit bei mobilen Maschinen sind der wesentliche Nachteil solcher ,Lösungen.

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Gleichermaßen offenbart die DE-OS 2600 564 eine Lösung mit stufenloser Regelung des Antriebes der Kabeltrommel über deren Drehmoment, indem eine konstante Zugspannung im Stromver-. sorgungskabel gewährleistet wird« Über ein Potentiometer und ein Federelement wird die Zugspannung abgetastet. Ein Steuergerät, Widerstände und weitere Potentiometer dienen zur Steuerung von Motor und Getriebe. Außer den bereits genannten Nachteilen besteht ein .weiterer erheblicher darin, daß mit kon- : stanter Zugspannung nur begrenzt auf Geschwindigkeitsveränderungen reagiert werden kann. Bei starker Beschleunigung oder Verzögerung der Maschine kann es dadurch zu Störungen in der Arbeitsweise der Maschine kommen*

In der DE-OS 2716 124 ist ein Antrieb der Kabeltrommel mittels eines hydrodynamischen Getriebes dargestellt. Die Strömungskupplung ist auf die maximal mögliche Geschwindigkeit der Maschine ausgelegt. Die Anpassung der Kabeltrommel an diese Geschwindigkeit erfolgt so, daß die Strömungskupplung Schlupf hat. Dieser wird über Regelkreise gesteuert, damit die Verlustleistung in Grenzen bleibt« Der Nachteil solcher Lösungen besteht insbesondere im hohen gerätetechnischen Aufwand und in der auftretenden Verlustleistung.

Die Mehrzahl der hydraulischen Antriebe von Kabeltrommeln der genannten Art' laufen auf die Regelung des Volumenstromes'eines hydrostatischen Getriebes'hinaus. Dieses Getriebe wird durch eine Verstellpumpe und einen Konstantmotor gebildet und die Fördermenge der Verstellpumpe wird über Meß- und Regelkreise beeinflußt. Als Ausgangssignale werden hydraulisch oder elek-" tromechanisch abgenommene Größen, wie die Zugkraft, das Drehmoment der Kabeltrommel oder der Druck bzw. der Volumenstrom der Hydraulik verwendet. Beispiele sind in den DE-AS 2603 551, DE-OS 2729 512, DE-OS 21 oO 147 dargestellt. Die abgenommenen Größen werden in Steuergeräten verarbeitet und wirken, indirekt oder auch direkt auf die Verstellung der Fördermenge der Verstellpumpe.. Der Nachteil dieser Lösungen kommt darin zum Tragen, daß relativ teuere Verstellpumpen als Druckerzeuger eingesetzt werden müssen und umfangreiche Regelkreise erforderlich sind. ·>'.'

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat zum Ziel, bei Antrieben von Kabeltrommeln der genannten Art, die Kosten für die Ausrüstung zu senken und die energetische Effektivität zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, für einen ortsveränderlichen ' Verbraucher der genannten Art als Ausgangsgröße für die Übereinstimmung von Fahrgeschwindigkeit des Verbrauchers und Umfangsgeschwindigkeit der Kabeltrommel erstere zu nutzen, um das Stromversorgungskabel im abgelegten Zustand frei von Zugspannungen zu belassen.

Auf dem ortsveränderlichen Verbraucher ist die Kabeltrommel einschließlich ihres hydrostatischen Antriebes angeordnet.

Erfindungsgemäß teilt sich der von einer hydraulischen Konstantpumpe gelieferte Volumenstrom in einen solchen zum umkehrbaren Hydraulikmotor und in einen zu einem Druckregelventil. Die Kreisläufe Konstantpumpe - Hydraulikmotor bzw. Druckregelventil sind offen. Die Betätigung des Druckregelventiles ist bei "Rückwärtsfahrt" mit dem Stellglied für die Fahrgeschwindigkeit des Verbrauchers gekoppelt. Diese Kopplung ist so gestaltet, daß eine Veränderung des Stellgliedes zur Herbeiführung einer beabsichtigten Fahrgeschwindigkeit einem Druck des Volumenstromes am Hydraulikmotor entspricht, , 90 welcher die erforderliche Leistung zur der Fahrgeschwindigkeit äquivalenten Drehbewegung der Kabeltrommel erzeugt. Das Druckregelventil hat eine Vorspannung, welche im Hydromotor die Leistung zur Überwindung der Trägheit der Kabeltrommel erzeugt. Im Betriebszustand "Stillstand'¹ des Verbrauchers, bei dem dessen Antriebsmotor im Leerlauf läuft und die Konstantpumpe einen konstanten Volumenstrom liefert, bewirkt das auf einen vorgegebenen Wert vorgespannte Druckregelventil mittels des Hydraulikmotors in dem, von der Kabeltrommel ablaufenden Teil des Stromversorgungskabels, Gleichgewicht der Zugkräfte. Die Größe dieser Zugkräfte' ist so gewählt, daß die Kabeltrommel still steht und das abgelegte Stromversorgungskabel frei von Zugspannungen ist.

Der Volumenstrom der Konstantpumpe fließt über das Druckregelventil in den Behälter, Im Betriebszustand "Rückwärtsfahrt·¹, d. h. die Kabeltrommel wickelt das Stromversorgungskabel auf, bewirkt die Betätigung des Stellgliedes für die Fahrgeschwin-, digkeit gleichzeitig im Druckregelventil eine Veränderung der

Vorspannung so, daß die Drehzahl der Kabeltrommel bzw. deren ^ömfangsgeschwindigkeit, bezogen auf den jeweiligen Durchmesser der äußeren Lage des aufgewickelten Stromversorgungskabels, der Fahrgeschwindigkeit entspricht. Das abgelegte Strom-.... Versorgungskabel wird kontinuierlich vom Verbraucher .ent spre- '' chend seiner Bewegung aufgenommen. Der von der Konstantpumpe

gelieferte Volumenstrom fließt anteilig über den ;Hydraulikmotor und das Druckregelventil in den Behälter zurück. Bei "Vorwärtsfahrt wird die Kopplung des Stellgliedes für die ffahrge- : schwindigkeit mit dem Druckregelventil außer Eingriff ge-

bracht. Durch die unter "Stillstand" beschriebene Vorspannung .'· . des Druckregelventiles wird das Stromversorgungskabel mit' einer, das Gleichgewicht verändernden Zugkraft, von der Kabeltrommel abgezogen. Das Stromversorgungskabel bleibt unmit- - telbar nach dem Auflegen, ζ. B, auf' den Erdboden, unbelastet auf Zug liegen. Der Hydraulikmotor arbeitet in diesem Betriebszustand als Pumpe. Der Volumenstrom der Konstantpumpe und des Hydraulikmotors fließt über das Druckregelventil in den Behälter. ,. .

Ausführungsbeispiel . ' . '

Die Erfindung' ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt schematisch die Anordnung der Bauelemente des Vorschlages.

Ein Schaufellader für den Einsatz im untertägigen Bergbau ; wird elektrisch betrieben. Die Energiezuführung erfolgt über ' ein Stromversorgungskabel 1 mit ortsfester Einspeisung. Die Kabeltrommel 2 einschließlich ihres hydrostatischen Antriebes ist auf dem Schaufellader montiert. Der' hydrostatische An-.

trieb besteht im wesentlichen aus der hydraulischen Konstantpumpe 3, dem umkehrbaren Hydraulikmotor 4 mit konstantem Schluckvolumen pro Umdrehung und dem Druckregelventil 5. Wie " die Zeichnung veranschaulicht, sind die Konstantpumpe 3, der

HO Hydraulikmotor 4 und das Druckregelventil 5 mit dem Behälter

für die Hydraulikflüssigkeit in offene Kreisläufe eingebunden. Zur Betätigung des Druckregelventiles 5 ist. das Stellglied 7, ein Fußhebel für den Fahrantrieb des Schaufelladers,, vorgesehen. Die Kopplung des Druckregelventiles 5 mit dem-Stellglied 7 ist so gestaltet, daß ein bestimmter Ausschlag des Stellgliedes 7 - gleichbedeutend für eine bestimmte_> Fahrgeschwindigkeit des Schaufelladers - einem bestimmten Druck im Volumenstrom am Hydromotor 4 - gleichbedeutend einer bestimmten Leistung der Kabeltrommel 2 - entspricht.

Diese Kopplung ist aufhebbar ausgelegt, indem das Stellglied 7 außer Eingriff mit dem Druckregelventil 5 genommen wird. ' Vorschlagsgemäß ist das Druckregelventil 5 mit einer Vorspannung beaufschlagt. Diese Vorspannung ist so ausgelegt, ^r daß bei Stillstand des Schaufelladers annähernd Gleichgewicht an der Kabeltrommel 2 zwischen den Drehmomenten zum Auf- und Abwickeln des Stromversorgungskabels 1 besteht^ Da-' bei sind der Durchhang des Stromversorgungskabels 1:. bis zum Erdboden und seine Dimensionen sowie die Reibverluste in der Kabeltrommel 2 die wesentlichen erfaßbaren Größen. Diese Auslegung verhindert das nachlaufen der Kabeltrommel 2, sowohl im Stillstand als auch im Fahrbetrieb des Schaufelladers, Das Stromversorgungskabel 1 unterliegt unmittelbar nach dem Ablegen auf dem Erdboden keinen Zugbeanspruchungen mehr, was insbesondere bei kurvenreichen Strecken' zu einer wesentlichen Verschleißminderung des Stromversorgungskabels 1 führt. Bei "Vorwärtsfahrt", wenn die Kopplung zwischen dem Druckregel-•ventil 5 und dem Stellglied 7 aufgehoben ist, wird das Stromversorgungskabel 1 durch die genannten Kräfte gegen das von der Vorspannung des Drehregelventiles 5 erzeugte Drehmoment von der Kabeltrommel 2 abgezogen. Die zulässige Zugspannung im Stromversorgungskabel 1 wird dadurch immer unterschritten. Da die Umfangsgeschwindigkeit der Kabeltrommel 2 der Fahrgeschwindigkeit des Schaufelladers bei der "Rückwärtsfahrt" äquivalent ist, kann es ebenfalls zu keiner Verwerfung des aufzunehmenden Stromversorgungskabels 1 kommen, was wiederum dessen Verschleiß mindert und Havarien durch Überfahren desselben ausschließt.

Claims (3)

Erfindungsansprüche .
1. .. 1. Hydrostatischer Kabeltrommelantrieb, insbesondere für das Stromversorgungskabel eines ortsveränderlichen Verbrauchers mit ortsfester Einspeisung, unter Verwendung einer hydraulisehen Konstantpumpe, eines., umkehrbaren Hydraulikmotors mit
   konstantem Schluckvolumen und eines Druckregelventiles, welche in einem offenen Kreislauf miteinander verbunden sind
   und wobei das hydraulische Getriebe mit der Kabeltrommel auf dem Verbraucher montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung des Druckregelventiles (5) mit einem Stellglied (7) für die Fahrgeschwindigkeit des Verbrauchers während des Aufspulens des Stromversorgungskabels ' (1) gekuppelt und während des Abspulens entkuppelt ist und daß das Druckventil (5) mit einer Vorspannung beaufschlagt ist.
2. 2. Hydrostatischer Kabeltrommelantrieb nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil (5) mit dem Stellglied (7) vorwiegend kraftschlüssig gekuppelt ist, wobei die Charakteristik der Verstellung des Druckregelventiles (5) mit der Charakteristik der Verstellung der Fahrgeschwindigkeit

   des Verbrauchers durch das Stellglied (7) übereinstimmt.
3. 3. Hydrostatischer Kabeltrommelantrieb nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das .durch die Vorspannung des Druckregelventiles (5) erzeugte Drehmoment am Hydraulikmotor (4) . geringfügig über dem, sich aus der Masseträgheit der bewegten Kabeltrommel· (2) ergebenden liegt, .

   Hierzu 1 Blatt Zeichnung