DE102004012960A1 - Antrieb eines Rotors einer Arbeitsmaschine, insbsondere des Schaufelrades eines Schaufelradbaggers - Google Patents

Abstract

Herkömmliche Rotor-Antriebe erfolgen im Allgemeinen durch schnelllaufende elektrische Motoren, die über Kupplungen und Getriebe mit der Arbeitsmaschine verbunden sind. Als konventionelle Direktantriebe kommen langsamlaufende Drehstrommotoren oder Hydromotoren auf der Welle des anzutreibenden Rotors zur Anwendung. Die ungünstige Lage des Masseschwerpunktes der Antriebseinheiten hat negative Auswirkungen auf die Gesamtstabilität und -masse einer Anlage. Aus dem Umfang der erforderlichen peripheren Baugruppen ergeben sich weitere Nachteile. Der Linearmotorantrieb soll die Massemomentsituation verbessern und durch Reduzierung der Baugruppenanzahl Wirkungsgrad und Verfügbarkeit erhöhen. Stufenlose Drehzahlregelung, Drehrichtungsumkehr und Überlastschutz sind einfach zu verwirklichen. Das Anfahrverhalten im Teillastbereich ist unkritisch. Beim Antrieb und Bremsen sind hohe Momente realisierbar. DOLLAR A Der Antrieb des Rotors (1) einer Arbeitsmaschine ist mit dem ringförmigen Läufer (2) eines Linearmotors drehfest verbunden. Der Stator (3) des Linearmotors stützt sich auf dem Traggerüst (4) der Arbeitsmaschine ab. Der Stator (3) ist vorzugsweise als Kreissegment (Kurzstator) mit Ausrichtung zum Masseschwerpunkt der Gesamtmaschine hin ausgebildet. Der Stator (3) des Linearmotors lässt sich auf einer Achse (9) aus dem Eingriff des Läufers (2) schwenken. Eine Scheibenbremse (7, 8) ist einfach zu realisieren. DOLLAR A Dieses Linearmotor-Antriebskonzept eigent sich für alle Rotorantriebe, ...

Description

• Für den Antrieb eines Rotors einer Arbeitsmaschine, z.B. des Schaufelrades eines Schaufelradbaggers, werden im Allgemeinen schnelllaufende elektrische Motoren verwendet, die zur Anpassung der Drehzahl und des Momentes über Getriebe und Kupplungen kardanisch mit der Arbeitsmaschine verbunden sind (Zeitschrift „Surface Mining" Jahrgang 2001, Heft 3, Seiten 329 bis 346; Buch W. Durst u. W. Vogt, „Bucket Wheel Excavators", Series on Mining Engineering, Vol. 7, Clausthal-Zellerfeld, 1988, Trans Tech Publications, Seiten 49 bis 73).
• Ein derartiger Antriebsaufbau ist verhältnismäßig aufwändig sowohl in der Errichtung als auch hinsichtlich Wartung und Instandsetzung im Betrieb.
• Bekannte technische Maßnahmen zum Direktantrieb eines Schaufelrades beziehen sich beispielsweise auf den Einsatz eines langsamlaufenden rotationssymmetrischen Elektromotors zwischen Schaufelradachse und Schaufelradkranz ( DE 32 47 888 A1 , P 21 38 597.7-25) oder auf den Reiheneinsatz einer Vielzahl kleinerer Elektromotoren, die gemeinsam über einen großen Zahnkranz den Schaufelradkranz antreiben ( P 23 59 162 ).
• DD 239 495 A1 sieht für den Antrieb eines rotationssymmetrischen Körpers zwar auch das bekannte Linearmotorprinzip vor, jedoch ist hier die Auslegung speziell auf die Verwendung des Körpers einer Mischertrommel bezogen, während vorliegende Erfindung einen universell einsetzbaren kompletten Motor darstellt, der an das anzutreibende Objekt angesetzt wird.
• Für bekannte konventionelle Direktantriebe kommen vorzugsweise langsamlaufende Drehstrommotoren (Zeitschrift „Braunkohle Surface Mining" Jahrgang 1996, Heft 5, S. 487-494), für kleinere Antriebsleistungen auch Hydromotoren (Zeitschrift „Braunkohle" Jahrgang 1998, Heft 3, Seite 307) zur Anwendung, die auf der Welle des anzutreibenden Rotors angeordnet sind, womit sich der Masseschwerpunkt der Antriebseinheit ebenfalls in diesem exponierten Bereich befindet.
• Alle aufgeführten elektro-mechanischen Antriebslösungen haben aufgrund konstruktiver und physikalischer Gegebenheiten sowie im Umfang der für einen sicheren Betrieb erforderlichen peripheren Baugruppen folgende Nachteile:
• – hoher Materialeinsatz (dadurch ungünstiges Masse-Leistungs-Verhältnis sowie erhöhter Gestaltungsaufwand zur Realisierung der Schwerpunktsoptimierung und Systemstatik sowie Stabilität des Gesamtgerätes),
• – geringerer Wirkungsgrad komplexer Systeme,
• – deutlich höhere Anzahl verschleißender Komponenten,
• – hoher Umfang an für den Betrieb erforderlichen peripheren Systemen zur Funktionssicherung (Schmierung, Kühlung, Heizung, Condition Monitoring, Diagnose),
• – höhere Verletzbarkeit / Störanfälligkeit durch hohe Anzahl eingesetzter Komponenten,
• – vermehrter Aufwand für Inspektion, Wartung und Instandsetzung (dadurch erhöhte Kosten und reduzierte Verfügbarkeit).
• Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Massemomentsituation für die exponierte Lage eines Schaufelradantriebes zu verbessern, durch Reduzierung der Komponenten den Leistungswirkungsgrad und die Verfügbarkeit zu erhöhen sowie die Life Cycle Costs zu verringern.
• Durch den Direktantrieb eines Rotors mittels eines Linearmotors ist der wesentliche Aufwand auf die Motorkomponente beschränkbar.
• Bei Anwendung des Linearmotorprinzips ist die Baumasse geringer bzw. der Schwerpunkt der Masse des Antriebes günstiger zu positionieren als bei herkömmlichen Antrieben. Störanfälligkeit und Instandhaltungsaufwand werden deutlich verringert. Eine stufenlose Drehzahlregelung ist einfach und ohne zusätzliche mechanische Komponenten realisierbar. Eine Drehrichtungsumkehr ist mit einfachen Mitteln zu verwirklichen. Das Anfahrverhalten im Teillastbereich ist unkritisch. Ein Überlastschutz ist einfach umzusetzen. Sowohl beim Antrieb als auch beim Bremsen sind höhere Momente als bei Einsatz mechanischer Übertragungskomponenten realisierbar.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Entsprechend technischem Leistungsbedarf ist die Erzielung höherer Antriebsmo mente nicht nur durch Maximierung des Durchmessers, Vergrößerung/Optimierung des Segmentes und Verstärkung der elektrischen Komponenten, sondern auch durch parallele Anordnung mehrerer Antriebssegmente möglich.
• Durch die im Patentanspruch 3 angegebene Möglichkeit, das Funktionsprinzip der elektrischen Bremse zur Anwendung zu bringen, wird für den normalen Betriebsfall sichergestellt, eine Drehzahlregelung ohne weiteren mechanischen Aufwand zu realisieren und den entsprechenden sicherheitstechnischen Forderungen in vorteilhafter Weise Rechnung getragen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
• Der Antrieb eines Rotors (1) einer Arbeitsmaschine (z.B. der Schaufelradkörper) ist mit dem ringförmig ausgebildeten Läufer (2) eines Linearmotors drehfest verbunden. Der Stator (3) des Linearmotors stützt sich zur Drehmomenteneinleitung auf dem Traggerüst (4) der Arbeitsmaschine (z.B. Schaufelradausleger) ab.
• Der Stator (3) ist zum Zwecke der für die Gesamtballance und -masse der Arbeitsmaschine günstigen Gestaltung vorzugsweise nur als Kreissegment (Kurzstator) mit Ausrichtung zum Masseschwerpunkt der Gesamtmaschine hin ausgebildet.
• Zur Sicherung eines gleichmäßigen Arbeitsspaltmaßes zwischen Stator (3) und Läufer (2) sowie einer geeigneten Führung ist der umgreifende Aufbau konstruktiv als elektrisch gekoppeltes Doppelspulenpaket vorgesehen. Im Falle ungenügend sicherbarer Eigensteifigkeit des Läufers (2) und/bzw. Lageabweichungen gegenüber dem Stator (3) im Arbeitsprozess bei extremen Belastungssituationen ist ggf. eine Abstandssicherung über Laufrollen in sinnvoller Anordnung zu installieren.
• Neben einer Überdachung (5) des Antriebsbereiches als Schutz vor Witterungseinflüssen und sonstigen Verschmutzungen wird, besonders bei Einsatz eines vorgeschlagenen Antriebes in stark staub- oder grobstaubbelasteter Umgebung der Luftspaltbereich zwischen Stator (3) und Läufer (2) durch ein Abstreifsystem sowie im Bedarfsfall durch weitere zusätzliche Einrichtungen, z.B. Druckluftschleier (6), vor Eintritt von störenden Verunreinigungen geschützt. Der Stator (3) des Linearmotors lässt sich auf einer Achse (9) sinnvoll so verlagern, dass er sich (z.B. zu Wartungs- und Instandsetzungszwecken) aus dem Eingriff des Läufers (2) schwenken lässt.
• Für einen sicheren Betrieb ist im einfachsten Falle unter Nutzung des Grundkörpers des Läufers (2) oder ggf. durch Einsatz einer separaten Bremsscheibe (7) eine Bremse (8) als Scheibenbremse auszuführen. Zur Gewährleistung des erforderlichen sicheren Stillstandes des Rotors (1), z.B. bei Montage- und Reparaturarbeiten, ist die Bremse (8) als wirksame Halte- bzw. Feststelleinrichtung ausgebildet. Diese ist mechanisch/elektrisch logisch mit dem Schaltzustand des Antriebes verknüpft.

1

Rotor der Arbeitsmaschine (z.B. Schaufelrad)

2

Läufer des Motors

3

Stator des Motors

4

Traggerüst der Arbeitsmaschine

5

Überdachung

6

Reinigungseinrichtung

7

Bremsscheibe

8

Bremse

9

Schwenkachse für Stator

Claims (3)

1. Antrieb eines Rotors einer Arbeitsmaschine, insbesondere des Schaufelrades eines Schaufelradbaggers, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Direktantrieb nach Linearmotorprinzip zum Einsatz kommt, wobei der Läufer des Motors mit dem anzutreibenden Rotor der Arbeitsmaschine drehfest verbunden ist und der Stator des Motors sich auf dem Tragwerk des Gerätes/der Anlage abstützt und dieses als Drehmomentenstütze nutzt. Zur optimalen Lastverteilung im Gesamtsystem ist vorzugsweise eine Kurzstator-Segmentausführung zu realisieren.
2. Antrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausführung des Antriebes entsprechend technischem Leistungsbedarf als „Mehrscheibenmotor" realisierbar ist, indem zur Erzielung höherer Momente mehrere Antriebssegmente und Läuferscheiben konstruktiv parallel angeordnet werden.
3. Antrieb gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den normalen Betriebsfall das Funktionsprinzip der elektrischen Bremse zur Anwendung gebracht wird, um den Rotor der Arbeitsmaschine abzubremsen bzw. stillzusetzen.