Titel: JAHNKE-KEINATH: Zur Messung der Beschleunigung auf Förderanlagen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1920, Band 335 (S. 119–125)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj335/ar335029

Zur Messung der Beschleunigung auf Förderanlagen.

Von Geh. Bergrat Prof. Dr. E. Jahnke, Berlin, und Oberingenieur Dr.-Ing. G. Keinath, Berlin-Siemensstadt.

Wer die Maschinenhalle einer modernen Förderanlage betritt, dem fällt unter den wenigen Meßapparaten, die dort anzutreffen sind, der Karlikmesser auf. Dieser hat den Zweck, die Geschwindigkeit des Förderkorbes zu messen und auf einem Papierstreifen aufzuzeichnen. Das geschieht nicht unmittelbar am Korbe, es wird die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle gemessen. Im allgemeinen entspricht die Geschwindigkeit auf der ganzen Seillänge der Umfangsgeschwindigkeit der Trommel oder Koepescheibe. Zurzeit ist diese Geschwindigkeitsmessung aus Sicherheitsgründen vorgeschrieben. Höchstgeschwindigkeiten sind allerdings nur für Seilfahrt behördlicherseits festgesetzt, während für die Revisionsfahrt und die Produktenförderung von der betreffenden Grube Höchstwerte festgelegt werden. Durch die Ueberwachung und Registrierung der Geschwindigkeit sollen Schäden an Menschen und Material vermieden werden.

Nun zeigt aber eine einfache Ueberlegung, daß die langsam eintretende Ueberschreitung der zugelassenen Geschwindigkeit für die Sicherheit viel weniger gefahrbringend ist als eine plötzliche Geschwindigkeitsänderung, mit andern Worten, als eine hohe Beschleunigung, die auch bei niedriger Seilgeschwindigkeit verhängnisvolle Folgen zeitigen kann, weil bei diesen unstetigen Geschwindigkeitsänderungen ganz ungewöhnliche Zugkräfte im Förderseil auftreten. Die Karlikdiagramme haben vorwiegend verwaltungstechnische Bedeutung. Sie zeigen dem Revierbeamten an, wie viele Fahrten, insbesondere wie viel Produkten- und Seilfahrten in einer Schicht gemacht worden sind, ob längere Pausen gewesen sind und dergleichen. Dagegen kommen Störungen im Förderbetrieb, die mit der Massenbeschleunigung zusammenhängen, z.B. das Durchgehen des Korbes, nur unvollkommen zum Ausdruck.

Abb. 1 zeigt für eine normale Fahrt mit nachfolgendem, dreimaligem Umsetzen den Verlauf von Geschwindigkeit und Beschleunigung in einem schematischen Bild. Während der Anfahr- und Bremsperiode einer solchen idealen Fahrt ist Beschleunigung und Verzögerung annähernd konstant, sie sind in der Abbildung gleich groß gezeichnet. Das Umsetzen erfolgt bei ganz geringer Seilgeschwindigkeit, der Ausschlag am Karlikmesser ist dementsprechend gering und beim Vorhandensein geringer, Reibungskräfte oft gar nicht sichtbar, die Beschleunigung erhält aber auch beim Umsetzen recht sichtbare Werte.

Textabbildung Bd. 335, S. 119

Abb. 2 zeigt an einem anormalen Diagramm, das aber praktisch sehr oft vorkommt, den Verlauf von Geschwindigkeit und Beschleunigung. Der Anstieg der Geschwindigkeit |120| erfolgt zuerst langsam, dann aber schnell unter hoher Anfahrbeschleunigung. Beim Bremsen ist zunächst die Verzögerung zu gering; sie wird dann auf ein unzulässig hohes Maß gebracht, um die vorgeschriebene Auslaufstrecke nicht zu überschreiten. Bei dem dreimaligen Umsetzen sind die Höchstgeschwindigkeiten zwar gering, trotzdem treten z. T. hohe Beschleunigungen auf. Diese Anomalien sind im Geschwindigkeitsdiagramm kaum sichtbar, im Beschleunigungsdiagramm treten sie aber deutlich hervor.

Daraus folgt, daß es zweckmäßig wäre, an Stelle der Geschwindigkeit die Beschleunigung zu messen und aufzuzeichnen, weil in den Beschleunigungsdiagrammen anormale Betriebszustände, z.dB. ein eingetretener Seilrutsch, in auffallender Weise durch große Ausschläge zu Tage treten, während sie im Geschwindigkeitsdiagramm günstigenfalls nur an dem steileren Ansteigen oder Abfallen der Kurve zu erkennen sind.

Textabbildung Bd. 335, S. 120

Technische Ausführungen von Apparaten zur Messung der Beschleunigung des Förderkorbes sind bisher nicht bekannt geworden.1) Es sind dazu zwei Arten von Apparaten verwendbar, ein Vertikalbeschleunigungsmesser, der, im Korbe aufgehängt, unmittelbar die Beschleunigung des Korbes registriert, und ferner ein Drehbeschleunigungsmesser, der, an der Motorwelle angebracht, die Beschleunigung der Förderschale unter Ausschaltung des Seileinflusses anzeigt und registriert.

In der Literatur sind Vertikalbeschleunigungsmesser nur in der Ausführung als „Erdbeben-Wellenmesser“ beschrieben (Mainka, Z. f. Feinmechanik 1915), wohl aber Ausführungen zur Messung der Horizontal- und Drehbeschleunigung. Der erste Beschleunigungsmesser für Fahrzeuge ist von Lanchester im Jahre 1889 verwendet worden und im Phil. Mag. Bd. 10, 1906 beschrieben. Auf demselben Prinzip beruht der Beschleunigungsmesser von Hess (E. T. Z. 1911, S. 248). Auch die Firma Amsler hat einen Pendelbeschleunigungsmesser für Fahrzeuge gebaut, der für den Meßwagen der Preußischen Eisenbahn-Direktion geliefert wurde.

Textabbildung Bd. 335, S. 120

Nach eingehenden Besprechungen mit den Herren Dr. Köpsel und Boas wurde bei Siemens & Halske ein registrierender Beschleunigungsmesser gebaut, dessen Einrichtung in Abb. 3 schematisch dargestellt ist und mit dem eine Anzahl von Versuchen ausgeführt worden sind. Der Apparat besteht aus einer Masse, die durch einen Arm mit der Drehachse des Meßsystems verbunden ist. Die Masse wird durch eine Spiralfeder im Gleichgewicht gehalten. Wird nun der Apparat vertikalen Stößen ausgesetzt, so gerät die Masse in Schwingungen, welche durch einen Ellipsenlenker in eine geradlinige Bewegung übergeführt werden. Auf der Achse sitzt eine Oeldämpfung, bestehend aus einem Kolben, der sich in einer halbkreisförmig gekrümmten Glasröhre bewegt, die mit zähem Oel gefüllt ist.

Textabbildung Bd. 335, S. 120

Die Größe der Masse und der Federkraft wurden so abgestimmt, daß der Endausschlag des Zeigers bei etwa + 3 m/sek2 erfolgte. Der Nullpunkt befand sich in der Mitte der Skala.

Es war nun notwendig, diesen Apparat zu eichen. Es wäre dazu wünschenswert, eine Einrichtung zu besitzen, mit der Beschleunigungen von 0 bis 3 m/sek2 über einige Sekunden konstant gehalten werden können, damit der Zeiger des Apparats sich auf seinen Endwert einstellt. Als Notbehelf wurde ein Kurbelgetriebe gebaut, durch welches der Apparat in seiner Führung um etwa 50 cm Höhe vertikal auf und ab bewegt wurde. Aus der Drehzahl des Motors sowie aus dem Verhältnis des Kurbelradius zur Schubstangenlänge kann der Verlauf der Beschleunigung als Funktion des Weges rechnerisch ermittelt werden. Diese Eichung erwies sich als etwa nur auf + 10 v. H. genau, da es nicht möglich war, hinreichend große Beschleunigungen auf genügend lange Zeit wirken zu lassen, und da auch die Drehzahl des Motors innerhalb einer Hubperiode nicht konstant blieb. Für bergmännische Zwecke ist dieser Genauigkeitsgrad indessen vorläufig ausreichend.

|121|

Der Papierstreifen, mit einer nutzbaren Breite von 120 mm, wurde durch ein eingebautes Spezialuhrwerk sekundlich um 120 mm vorwärtsbewegt.

Mit diesem Registrierapparat wurde eine Reihe von Vorversuchen vorgenommen, von denen ein Originaldiagramm wiedergegeben ist (Abb. 4). Es zeigt die Beschleunigung im Personenfahrstuhl des Wernerwerkes der Siemens & Halske A.-G. bei einer Fahrt aufwärts vom ersten bis zum fünften Stock. Die maximale Beschleunigung ist dabei etwa 2 m/sek2. Es waren hier bereits deutlich Seilschwingungen in der Längsrichtung des Seiles zu bemerken, wenn sich der Fahrstuhl dem Erdgeschoß näherte.

Nachdem die Vorversuche die Brauchbarkeit des Apparates erwiesen hatten, führten wir im August 1918 auf einer großen Zahl von Gruben des Oberschlesischen Kohlenreviers Versuchsmessungen aus zur Feststellung der maximal auftretenden Beschleunigungen bei -verschiedenen Förderanlagen mit elektrischem und mit Dampfantrieb, mit Flur- und mit Turmförderung, mit Trommel- und mit Koepeförderung.

Textabbildung Bd. 335, S. 121
Textabbildung Bd. 335, S. 121
Textabbildung Bd. 335, S. 121
Textabbildung Bd. 335, S. 121

Der Apparat wurde stets samt dem Holzschutzkasten – der eine Länge von 60 cm hatte – in die Förderschale eingehängt bzw. angeschraubt. Das Aufhängen mit S-förmigen Haken ist in den meisten Fällen möglich, weil die Schalenwände fast immer aus gelochtem Blech bestehen. Ein seitliches Schwingen muß |122| aber auch durchaus vermieden werden, weil sonst der Apparat beim Anschlagen an die Schalenwand Schaden leiden würde.

Textabbildung Bd. 335, S. 122

Es wurden Versuche vorgenommen an folgenden Förderanlagen:

  • 1. Carmerschacht, Hauptschacht, Koepe mit elektr. Antrieb der SSW, Teufe 290 m, dreimaliges Umsetzen, Schwingbühne, Retardierkurven Patent SSW.
  • 2. Carmerschacht, Nebenförderung, Koepe mit elektr. Antrieb der SSW, Teufe 350 m, dreimaliges Umsetzen, Aufsatzvorrichtung.
  • 3. Baptistschacht auf Brandenburggrube, alte Dampfförderung aus dem Jahre 1889, Trommel, Aufsatzvorrichtung.
  • 4. Deutschlandgrube in Schwientochlowitz, Turmkoepe mit elektr. Antrieb der AEG, Teufe 240 m, einmaliges Umsetzen. Retardierkurven Patent AEG.
  • 5. Frankenbergschacht I, Dampf, Spiraltrommel, Teufe 456 m, kein Umsetzen.
  • 6. Frankenbergschacht II, Koepe mit elektr. Antrieb der B. B. C., Teufe 512 m, dreimaliges Umsetzen, Retardierkurven Patent Brown-Boveri.
  • 7. Kaiser Wilhelmschacht I und
  • 8. Kaiser Wilhelmschacht II, auf beiden Dampfförderung, Teufe 400 m, Schacht I umgebaut auf Koepe, Schacht II Trommel, zwei- bzw. dreimaliges Umsetzen.
  • 9. Albertschacht, kleiner Holzhängeschacht, Teufe 190 m, Antrieb durch 37 PS Drehstrommotor, 2 Geschwindigkeiten, 2,5 und 4,5 m/sek. Koepedurchm. 1,80 m.
  • 10. Huldaschacht, Dampfförderung, Maschinen genau wie bei Kaiser Wilhelm II, jedoch mit Koepe statt Trommel, ohne Unterseil, Teufe 349 m.

Wir benutzen gern diese Gelegenheit, um den Direktionen der einzelnen Zechen auch an dieser Stelle unsern verbindlichsten Dank für das große Entgegenkommen auszusprechen, das wir bei unsern Versuchen in Oberschlesien gefunden haben, ganz besonders dem Bergwerksdirektor Bergassessor a. D. Fischer auf Nickischschacht O. S.

Die von den Siemens-Schuckertwerken gelieferte elektrische Einrichtung des Carmerhauptschachtes ergab sehr schöne Kurven (Abb. 5 Fahrt aufwärts, Abb. 6 Fahrt abwärts), namentlich für die Anfahrperioden, die gegenüber sämtlichen andern als geradezu klassisch anzusehen sind. Während der ganzen Anfahrzeit (etwa ein Drittel der gesamten Förderzeit) ist die Beschleunigung nahezu konstant, durchschnittlich gleich 1 m/sek2, abgesehen von kleinen Schwingungen, wie sie entweder durch die Stufen des Anlassers oder durch Seilschwingungen verursacht sein können. Die Auslaufperiode ist nicht so regelmäßig, die Verzögerung ist weniger konstant, nimmt auch, wie bei den andern Anlagen, von vornherein größere Werte an. Auf Carmerschacht betrug sie etwa 1,5 m/sek2. Es ist wohl nie möglich, mit konstanter Verzögerung bis zum Ende zu fahren, wenn man nicht Gefahr laufen will, daß der Korb zu früh oder zu spät zum Stillstand kommt.

Beim Carmer-Nebenschacht (Abb. 7 Fahrt abwärts, Abb. 8 Fahrt abwärts) waren ziemlich starke Schwankungen der Beschleunigung zu beobachten, die in der Hauptsache auf Seilschwingungen (Längsschwingungen) zurückzuführen sind, welche namentlich am Ende eines Zuges, besonders wenn die Schale am Füllort war, stark auftraten. Die Beschleunigung bei der Nebenförderung schwankt zwischen 0 und 1,9 m/sek2, im Mittel ist sie etwas größer als bei der Hauptförderung, etwa 1,3 m/sek2.

Textabbildung Bd. 335, S. 122

Beim Bremsen der Nebenförderung auf Carmerschacht trat stets ein heftiger Beschleunigungsstoß vondetwa 4 m/sek2, vielleicht noch mehr, auf, der wohl in einem Fehler des Steuermechanismus begründet war. Dieser Fehler im Steuermechanismus (Retardierkurven) trat auch auf der Anlage der AEG und der BBC zutage. Immerhin dürfen auch auf der Nebenförderung die Resultate noch als ganz gut bezeichnet werden.

Im Anschluß an die Verzögerungskurve sind stets heftige senkrechte Seilschwingungen zu beobachten, wenn die Förderschale an dem etwa 400 m langen Seil an der Sohle des Schachtes hängt. Hier wie bei andern Anlagen wurde festgestellt, daß diese Seilschwingungen ganz beträchtliche Beanspruchungen des Seils hervorbringen. Am heftigsten sind sie bei Dampfförderanlagen, wo sie noch durch die ungleichförmige Antriebskraft in ihrer Ausbildung begünstigt werden. Abb. 9 zeigt die Beschleunigung und Verzögerung beim Umsetzer der Förderschale an der Sohle in die verschiedenen Etagen. Obwohl die Geschwindigkeiten sehr gering sind, betragen die Beschleunigungen doch etwa 1,2 m/sek2. Abb. 10 zeigt die Beschleunigung beim Umsetzen der Förderschale auf der Hängebank. Auf Abb. 9 sind deutlich |123| Interferenzseilschwingungen zu beobachten (vgl. auch Abb. 13).

Der Unterschied in den einzelnen Förderanlagen trat besonders zutage an dem hierauf untersuchten Baptistschacht der Brandenburggrube in Ruda. Es war dies eine nahezu 30 Jahre alte Dampfförderung, die nicht zur Seilfahrt konzessioniert war, wo der Schacht von unten nach oben Weiten von 8 m, 6 m und 4 m hatte und dazu noch doppelt gekrümmt war. Die Wände in der Schale waren glatt, der Schacht ein nasser, dazu noch als ausziehender Wetterschacht benutzt, im ganzen ein sehr übler Betrieb, wenn auch vielleicht noch lange nicht der schlimmste.

Textabbildung Bd. 335, S. 123
Textabbildung Bd. 335, S. 123

Schon das Anbringen des Beschleunigungsmessers machte Schwierigkeiten, weil die Wände erst angebohrt werden mußten, die erste Befestigung hatte sich gelockert, so daß der Apparat hin- und herschlug. Eine Besichtigung während der Fahrt wäre mit Lebensgefahr verbunden gewesen.

Aber auch, bei ganz solider Befestigung auf einem eingesetzten Rahmen ließen sich nur bei Seilfahrtgeschwindigkeit mit Sicherheit Diagramme aufzeichnen, bei voller Geschwindigkeit wurde die Feder stark geschleudert, obwohl sie dynamisch ausbalanziert war. Das Diagramm für Seilfahrt läßt deutlich erkennen, daß erhebliche Seilschwingungen auftreten, wobei sich anscheinend mit den Kolbenstößen der Dampfmaschine Intereferenzschwingungen ergeben, eine Erscheinung, die später noch mehrfach beobachtet wurde. Bei voller Geschwindigkeit waren die Beschleunigungen schätzungsweise etwa 3 m/sek2.

Viel bessere Erfahrungen wurden dann in Schwientochlowitz auf der Deutschlandgrube gemacht. Es ist dies etwa eine zehn Jahre alte moderne Anlage, von der Gutehoffnungshütte und der AEG ausgerüstet. Sie ist schon dadurch auffällig, daß der gesamte Wagentransport auf der Hängebank vollkommen selbsttätig vor sich geht, so daß nur zwei Mann an der Hängebank sind, der Anschläger und der Mann, der die Maschine zur Wagenbewegung steuert. Nach. Angabe von Maschineninspektor Schulz hat sich diese Anlage vollkommen bewährt.

Die Fördermaschine ist hier wegen Platzmangels auf einem 33 m hohen Turm aufgestellt, auch die Steuerung erfolgt oben. Bei der Steuerung der Maschine hat der Mann dauernd fest gegen den Hebel zu drücken. Infolge allmählicher Ermüdung macht er dies aber nicht, so daß sich eine ganz ungleichmäßige Beschleunigung ergibt, zuerst zwei kleine Stöße, dann noch ein sehr heftiger Stoß von etwa 2 bzw. 3 m/sek2 (Abb. 11 Fahrt aufwärts, Abb. 12 Fahrt abwärts). Diese Unregelmäßigkeit ist schon an den Karlikdiagrammen deutlich zu sehen, die den Abb. 11 und 12 beigefügt sind.

Textabbildung Bd. 335, S. 123

Auch bei dieser Anlage treten ziemlich heftige Seilschwingungen auf, namentlich bei der höchsten Beschleunigung. Wie schon beim Carmerschacht, ist zu bemerken, daß die Frequenz dieser Schwingungen höher ist, wenn die Schale oben, als wenn sie unten ist, entsprechend der geringeren Seillänge.

Weitere Versuche wurden vorgenommen auf den Förderanlagen des Frankenbergschachtes der Kleofasgrube in Zalenze. Es sind hier eine elektrische Anlage

|124|
Textabbildung Bd. 335, S. 124
Textabbildung Bd. 335, S. 124
Textabbildung Bd. 335, S. 124
|125|

von Brown-Boveri & Co., sowie eine ältere Dampfspiraltrommel nebeneinander aufgestellt.

Auf der elektrischen Anlage ergab sich eine sehr gute Beschleunigungskurve (Abb. 14). Auf der Dampfanlage traten aber wiederum heftige Schwingungen auf, die anscheinend stets bei Dampfförderungen zutage kommen infolge der alternierenden Antriebskraft. Abb. 13 zeigt die starken Stöße beim Umsetzen auf dem Frankenberg-Westschacht.

Mittlerweile hatten wir in Erfahrung gebracht, daß auf der Gileschegrube, mit Ausnahme der Turmkoepe, nahezu alle Arten von Förderanlagen vertreten waren, und es wurden deshalb, um Zeit zu gewinnen, die nächsten Versuche auf den nur wenig auseinanderliegenden Schächten der Gileschegrube gemacht.

Auf Kaiser Wilhelmschacht arbeiten zwei Dampfförderungen, eine mit einer Hochdruckmaschine, die andere mit einer Compoundmaschine. Beide Förderungen arbeiten nach Augenschein schon sehr gut (Abb. 15 Fahrt aufwärts, Abb. 16 Fahrt abwärts). Auf dem einen Schacht wollten wir zuerst nicht daran gehen, den Beschleunigungsmesser einzubauen, weil wir mit dem Karlikmesser eine durchschnittliche Anfahrbeschleunigung von mindestens 2 m/sek2 errechnet hatten. Die Versuche ergaben aber nur etwa den halben Wert. Die Ursache des Unterschiedes liegt wahrscheinlich in einer großen Dehnung des in diesem Falle sehr langen Antriebsriemens des Karlikmessers während der Anlaufperiode.

Auf Huldaschacht arbeitete die gleiche Hochdruckdampfmaschine wie auf dem einen Kaiser Wilhelmschacht, nur mit dem Unterschied, daß di6 Trommel auf Hulda noch nicht gegen Koepe ausgetauscht war. Wider Erwarten ergab sich aber kein, nennenswerter Unterschied, obgleich auch die sonstigen Umstände, insbesondere die Teufe, bei beiden Anlagen fast dieselben waren.

Der Albertschacht wurde noch geprüft als Vorversuch für spätere Arbeiten. Die Beschleunigung ist gering, aber es treten, merkwürdigerweise bei der kleinen Geschwindigkeit, ziemlich erhebliche Seilschwingungen auf, ein mehrfaches der Anfahrbeschleunigung. Dabei sind sehr deutlich Interferenzpunkte zu bemerken. Wir vermuten, daß dies in einem periodisch veränderlichen Reibungswiderstand begründet ist, dadurch verursacht, daß die Schale in der Führung etwas eckt und sich immer in gewissen Abständen losreißt.

Aus diesen Versuchen, die sich etwa über zwei Wochen erstreckten, wurde eine ganze Anzahl wertvoller Anregungen gewonnen. Sie werden zu gegebener Zeit mit neuen Apparaten fortgesetzt werden, welche hinsichtlich Genauigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen die ersten Versuchsausführungen wesentliche Verbesserungen aufweisen. Die Verfasser möchten auch an dieser Stelle den Herren Betriebsleitern, die allenthalben die Versuche unter beträchtlichen Schwierigkeiten in entgegenkommendster Weise förderten, vor allem Herrn Maschineninspektor Diederichs auf Carmerschacht, Herrn Maschineninspektor Kuhnert auf Cleofas, Herrn Maschineninspektor Schulz auf Deutschlandgrube und Herrn Direktor Dr. Lange auf der Brandenburggrube ihren herzlichsten Dank aussprechen.

|120|

Wie uns erst jetzt, durch eine freundliche Mitteilung des Geheimen Bergrats Professor Dr. Treptow, bekannt wird, soll in der Sammlung für Maschinenlehre an der Bergakademie Freiberg ein seinerzeit von Undeutsch gebauter Beschleunigungsmesser für Schachtförderung vorhanden sein.

Suche im Journal   → Hilfe
Alternative Artikelansichten
  • XML
  • Textversion
    Dieser XML-Auszug (TEI P5) stellt die Grundlage für diesen Artikel.
  • BibTeX
Feedback

Art des Feedbacks:
Ihre E-Mail-Adresse:
Anmerkungen: