DE102004033934A1

DE102004033934A1 - Schaufelradbagger zum Abbau von Materialien mit hoher Festigkeit für kontinuierliche Baggerung, vorzugsweise Tiefschnitt unterhalb der Aufstandsfläche des Baggers und/oder unterhalb des Wasserspiegels

Info

Publication number: DE102004033934A1
Application number: DE102004033934A
Authority: DE
Inventors: Viktor Dr.-Ing. Raaz; Ulrich Dipl.-Ing. Mentges; Thomas Dipl.-Ing. Mendel; Horst Dipl.-Ing. Kolleth
Original assignee: ThyssenKrupp Foerdertechnik GmbH
Current assignee: Koch Solutions De GmbH
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2004-07-14
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-15
Also published as: DE102004033934B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schaufelradbagger zum Abbau von Materialien mit hoher Festigkeit für kontinuierliche Baggerung, vorzugsweise im Tiefschnitt unterhalb der Aufstandsfläche des Baggers und/oder vorzugsweise unterhalb des Wasserspiegels, wobei die Haupt-Arbeitsbewegung beim Baggern die Kombination aus der Rotation des Schaufelrades um eine im Wesentlichen horizontale Achse und einer seitlichen Schwenkbewegung des Schaufelrades ist, mit einer Reihe von Schaufeln, die am Umfang des Schaufelrades angeordnet sind, und mit nach außen gerichteten Meißeln zum Lösen des Materials. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Meißel (7) auf Meißelträgern (10, 12) befestigt sind, wobei die Meißelträger (10, 12) aus Segmenten (S) bestehen und die Meißel (7) in der radialen Draufsicht von außen auf das Schaufelrad (6) in Schnittrichtung (R) in vorne auseinander gerichteter Abfolge zueinander auf den Meißelträgern (10, 12) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schaufelradbagger gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruches 14.

Schaufelradbagger der gattungsgemäßen Art werden üblicherweise im Tagebau zum Abtrag und zum Abtransport großer Mengen an festen und/oder lockeren Materialien verwendet. Die Schaufelräder können dabei Durchmesser von mehr als 10 m haben. Ein derartiger Schaufelradbagger ist z.B. in der DE 40 15 340 A1 dargestellt. Das Schaufelrad hat hierbei eine Reihe von Schaufeln, die an einem um eine im Wesentlichen horizontale Achse drehbaren Radkörper befestigt sind. Der Abbau erfolgt hierbei im Wesentlichen durch die waagerechte Schwenkbewegung des Auslegers mit dem am Ende befestigten rotierenden Schaufelrad und eine jeweilige Vorwärtsbewegung des Baggers im Bereich der Endpunkte der Schwenkbewegung. Die eimerartigen Schaufeln haben hierbei zwar eine gezahnte Vorder- und auch Seitenkante. Mit diesen Schaufelrädern können aber in der Regel noch keine Materialien mit hoher Festigkeit in einem Arbeitsgang abgebaut werden. Dazu bedarf es zusätzlicher Einrichtungen. Die Grenze des noch wirtschaftlich sinnvollen Abbaues härterer Materialen mit dem Schaufelradbagger liegt z.Zt. bei ca. 10 MPa Druckfestigkeit.

Der von der Anmelderin stammende Krupp Surface Miner KSM 2000R (vgl. Sonderdruck aus Heft 4, 1996 der Zeitschrift Braunkohle Surface Mining mit dem Titel "Krupp Surface Miner KSM 2000 R im Russischen Tagebau Taldinskij") besteht aus vier mit Rundschaftmeißeln besetzten Fräs- oder Schrämmwalzen, wobei durch Drehung der Walzen und gleichzeitige Vorfahrt der Maschine der Abbaublock vor den Walzen von den Meißeln abgetragen wird. Mit dieser Meißelanordnung können zwar Materialschichten sehr hoher Festigkeit gelöst und abtransportiert werden. Durch eine gezielte Anordnung der Meißel beim Surface Miner wird dabei die Materialzerspanung mit mehreren Meißeln gleichzeitig an kleinen Spanquerschnitten durchgeführt. Dank dieser Anordnung kann ein Surface Miner auch noch Materialien bis zu einer Druckfestigkeit von ca. 100 MPa wirtschaftlich abbauen. Es hat sich aber gezeigt, dass die bisherige Anordnung der Meißel für den Einsatz des Schaufelradbaggers bei Mineralien mit hoher Festigkeit aus Festigkeits- und maschinendynamischen Gründen verbesserungswürdig ist.

In der Zeitschrift "BRAUNKOHLE, Tagebautechnik, Heft 11/1991" ist unter Abschnitt 4.2.1 die Kombination eines sogenannten Krupp Surface Miners (KSM) mit einem Schaufelradbagger zur Gewinnung verschieden harter Einlagerungen beschrieben, wobei der Kalk als härtestes Material mit einer Druckfestigkeit von bis zu 65 MPa ausgewiesen ist. Für die härteren Materialien wird hierbei das KSM-Gerät mit der Fräs- oder Schrämmwalze und für die weicheren Materialien der schwenkbare Schaufelradbagger verwendet.

Zum Stand der Technik gehören auch Schaufelräder an im Schwenkbetrieb abbauenden Schaufelradbaggern, bei denen sich am Umfang geschlossene und rückenoffene Schaufeln abwechseln (vgl. Zeitschrift für Bergbau und Energiewirtschaft, November 1995, Anzeigenblatt der Krupp Fördertechnik GmbH mit der Überschrift "Es muss nicht immer der Größte sein"). Hierbei dient die sogenannte rückenoffene Schaufel als Vorschneider des härteren Materiales, das anschließend von der Schaufel aufgenommen wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die Anordnung und Befestigung von Meißeln an dem Schaufelrad des Schaufelradbaggers zu verbessern, um auch Materialien mit Druckfestigkeiten bis ca. 50 MPa wirtschaftlich lohnend abbauen zu können.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Schutzanspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche 2 bis 13 enthalten sinnvolle Ausführungsformen dazu, während in den Ansprüchen 14 bis 16 ein entsprechendes Verfahren beschrieben ist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die auf Meißelträgern befestigten Meißel im Wesentlichen V-förmig angeordnet sind, um bei der Schwenkbewegung des Auslegers mit dem daran am Ende angeordneten Schaufelrad auch die Materialen mit hoher Festigkeit zu lösen. Durch die im Wesentlichen V-förmige Anordnung der Meißel, bei der die Spitze des "V" nicht geschlossen sein muss, wird gewährleistet, dass bei der Schwenkbewegung in beiden Richtungen jeweils die Meißel auf den Meißelträgern der der Schwenkrichtung jeweils zugewandten Seite des Schaufelrades in optimalem Winkel zum abzubauenden Material bewegt werden. Die Meißel sind dabei auf den als Segmente bezeichneten Schenkeln der Meißelträger in Schnittrichtung von vorn nach hinten auf ansteigenden Radien angeordnet. Der in Schnittrichtung gemessene Abstand zwischen dem ersten und letzten Meißel eines Segmentes sollte mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 50% der Umfangsteilung von einem zum nächsten Segment betragen. Vorzugsweise verlaufen dabei die Spitzen der Meißel eines Segmentes in der Seitenansicht und/oder Draufsicht auf einer geraden, konvexen, konkaven oder wellenförmigen Verbindungslinie und die Meißel an zwei in Schnittrichtung hintereinander liegenden Segmente können sich teilweise überdecken. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung der Meißel auf den Meißelträgern lassen sich sehr viel mehr Meißel als sonst an dem Schaufelrad unterbringen, welche bei Drehung des Schaufelrades um die waagerechte Drehachse und gleichzeitigem Schwenken des Auslegers um eine senkrechte Achse ein gleichmäßiges, schwingungsarmes Lösen des Materials dadurch ermöglichen, dass die Meißel teils gleichzeitig nebeneinander bzw. nacheinander angreifen und auf jeweils nur kleine Spanquerschnitte konzentriert einwirken. Damit lässt sich die Grableistung des Baggers wesentlich erhöhen, der Verschleiß der Grabwerkzeuge verringern und man erreicht eine wesentlich günstigere Dynamik des Grabvorganges. Das äußert sich in niedrigeren Kraft- und Beanspruchungsspitzen an Meißeln, Schaufeln, Lagern und dem Ausleger und in wesentlich geringeren Schwingungen von Ausleger und Gesamtbagger, einschließlich der positiven Rückwirkung auf den eigentlichen Grabvorgang am Material/Stein.

Zum Abtransport des von den Meißeln gelösten Materials hat sich erfindungsgemäß als günstig erwiesen, jeder oder jeder zweiten Schaufel mindestens einen Meißelträger zuzuordnen, wobei die Meißelträger vorzugsweise im Bereich der Schaufelöffnung und/oder des Rückens der Schaufel angeordnet sind. Entsprechend den tatsächlichen Erfordernissen, insbesondere in Abhängigkeit von der Härte des Materiales können auch zwischen den Schaufeln ein oder mehrere als Vorschneider ausgebildete Meißelträger angeordnet sein.

Insbesondere für den Tiefschnitt im Unterwasserbetrieb kann der Rücken der Schaufel als Kettenmatte oder in ähnlicher Weise durchlässig ausgebildet sein, wobei sich die Kettenmatte zwischen der Schaufelöffnung und dem Schaufelgrund im Bereich der folgenden Meißelträger oder unter dem folgenden Vorschneider hindurch bis zur nächsten Schaufel erstreckt. Hierbei werden die von den Meißeln gelösten Materialien von den nächsten unter bzw. hinter den Meißelträgern angeordneten Schaufeln aufgenommen, wobei das Wasser weitgehend durch die Kettenmatten abfließt.

Die Meißel können als feststehende oder um ihre Längsachse drehbewegliche Meißel mit Hartspitzen an den Meißelträgern befestigt sein, wobei die Meißelträger in Schnittrichtung im hinteren, höheren Bereich über Ständer an dem Schaufelradkörper abgestützt sein können.

Das Schaufelrad ist vorzugsweise an einem Ausleger in der maschinendynamisch besonders günstigen Waagebalkenausführung befestigt, wobei der Ausleger durch Drehen um eine waagerechte Achse für eine Höhenverstellbarkeit des Schaufelrades sorgt und für die Vorschubbewegung auf einem Drehgestell um eine senkrechte Drehachse schwenkbar ist. Für das Drehen des Schaufelrades um die waagerechte Achse und das Schwenken des Auslegers um die senkrechte Achse sind jeweils regelbare Antriebe vorgesehen. Die durch die Drehbewegung des Schaufelrades erzeugte Schnittgeschwindigkeit und die durch die Schwenkbewegung erzeugte Schwenkgeschwindigkeit werden erfindungsgemäß in ein bestimmtes Verhältnis zueinander gebracht. Dazu wird die Schnittgeschwindigkeit auf einen den Umständen (z.B. Festigkeit, Klebrigkeit, Abrasivität usw. des abzubauenden Gutes) angepassten konstanten Wert eingestellt und die Schwenkgeschwindigkeit, vorzugsweise vom Baggerführer von Hand oder auch durch eine Steuerung den Erfordernissen (= Spantiefe, Förderleistung etc.) entsprechend verändert. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes für das Verhältnis von Schwenkgeschwindigkeit zu Schnittgeschwindigkeit wird die Schnittgeschwindigkeit automatisch proportional erhöht bzw. beim Wiederabsenken der Schwenkgeschwindigkeit wird die Schnittgeschwindigkeit bis auf den ursprünglich eingestellten Wert automatisch proportional gesenkt. Vorzugsweise wird der Grenzwert für das Verhältnis von Schwenkgeschwindigkeit zu Schnittgeschwindigkeit zwischen 1% und 20% eingestellt. Für weniger inhomogene Materialbeschaffenheit innerhalb eines Abbauabschnittes kann der Grenzwert sich auch zwischen 5% und 10% bewegen. Anders ausgedrückt bedeutet das, dass die Schnittgeschwinigkeit etwa 5 bis 100 mal, vorzugsweise etwa 10 bis 20 mal so hoch ist wie die Schwenkgeschwindigkeit.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten 1 bis 8 beispielsweise näher erläutert. Es zeigen
1 einen erfindungsgemäßen Schaufelradbagger 1 in der Seitenansicht
2 den Schaufelradbagger 1 nach 1 in der Draufsicht
3, 3a, 3b schematische Darstellungen der Anordnung der Meißel 7 auf den Verbindungslinien 9 in der Draufsicht radial von außen auf ein Schaufelrad 6
4 in der Seitenansicht ein Segment S mit der Anordnung der Meißel 7
5 in perspektivischer Darstellung als Ausschnitt die Anordnung der Meißel 7 auf Meißelträgern 10, 12 auf einem Schaufelrad 6
6 in der Seitenansicht schematisch die Anordnung der Meißel 7 auf Segmenten S auf einem Teil eines Schaufelrades 6
7 in perspektivischer Darstellung einen äußeren Ring eines Schaufelrades 6
8 in der Seitenansicht schematisch die Anordnung der Meißel 7 auf Meißelträgern 10, 12 in Schnittrichtung R hintereinander abwechselnd an einer Schaufelöffnung und einem als Vorschneider ausgebildeten Meißelträger.
Die 1 und 2 zeigen einen Schaufelradbagger 1 im Tiefschnitt zur Bearbeitung unterhalb der Aufstandsfläche 3 und unterhalb des Wasserspiegels 2, wobei das Schaufelrad 6 an einem Ausleger 16 angeordnet ist, der um ein Gelenk 25 mit waagerechter Achse auf einem Drehgestell 24 mit senkrechter Drehachse schwenkbar ist. Das Drehgestell 24 ist in an sich bekannter Weise auf einem Drehkranz 19 und auf einem Fahrwerk 18 befestigt. Auf dem Schaufelrad 6 sind am Umfang an dem Schaufelgrund 5 die Schaufeln 4 schematisch dargestellt. Das Schaufelrad 6 wird vom Antrieb 23 in Schnittrichtung R bewegt. Das abgebaute Material wird von den Schaufeln 4 über den Drehteller 22 auf das Förderband 17 und von dort über eine besonders groß dimensionierte Übergabeschurre 27 an das abfördernde Transportband 21 übergeben. In den 1 und 2 ist das Profil der abzubauenden Fläche jeweils schraffiert dargestellt, wobei nach 2 der eigentliche Abbau durch Schwenken des Auslegers 16 (mit schneidend daran rotierendem Schaufelrad 6) um eine senkrechte Achse erfolgt und das Schaufelrad den dargestellten schraffierten, kreisbogenförmigen Bereich abbaut. In den beiden Endstellungen wird der Schaufelradbagger 1 dann jeweils um eine Schnitttiefe rückwärts gefahren, was ein Vorfahren des Schaufelrades um diese Schnitttiefe bewirkt, sodass ein Abbau in beiden Schwenkrichtungen vorgenommen wird. Um das gesamte Schaufelrad 6 z.B. aus dem Wasser heben zu können, wird der das Drehgestell 24 mit dem Ausleger 16 verbindende Teleskopzylinder 26 betätigt.
In den 3 bis 8 sind jeweils die Meißel 7 in den verschiedensten Anordnungen auf den Meißelträgern 10, 12 dargestellt. 3 zeigt eine spiegelsymmetrische Anordnung der Segmente S zum Meißel-Hüllkreis 29. Die 3a und 3b zeigen weitere Ausführungsformen, wobei jeweils nur die Verbindungslinie 9 für die Spitzen der Meißel 7 im Verhältnis zur Schaufelradmittelebene 30 dargestellt sind.
In 4 ist ein Segment S mit einer Reihe von Meißeln 7 und den zugehörigen Halterungen 8 zu sehen. Ein letzter Meißel des voraufgehenden und der erste Meißel des nachfolgenden Segmentes S sind zusätzlich angedeutet.
Bei der perspektivischen Darstellung des Ausschnittes nach 5 sind mehrere V-förmig zueinander angeordnete Segmente S dargestellt, die sich in Umfangsrichtung teilweise überlappen. Diese Segmente S sind einerseits direkt am Schaufelgrund 5 und andererseits über Ständer 11, 13 an Querstreben 15 befestigt.
Die 6 und 7 zeigen zur besseren Verdeutlichung auf einem Halbkreis bzw. auf einem gesamten Ring des Schaufelgrundes 5 die Segmente S mit den darauf befestigten Meißeln 7.
8 zeigt schließlich rein schematisch die Position mehrerer Schaufeln 4 auf dem Schaufelgrund 5, wobei der Meißel-Innenkreis 28 und der Meißel-Hüllkreis 29 angedeutet sind, zwischen denen sich jeweils die Meißelträger 10 und 12 erstrecken. Zusätzlich ist gestrichelt der jeweilige Rücken 20 einer Schaufel 4 dargestellt, der auch als Kettenmatte 14 ausgeführt sein kann.

1: Schaufelradbagger
2: Wasserspiegel
3: Aufstandsfläche von 1
4: Schaufel
5: Schaufelgrund
6: Schaufelrad
7: Meißel
8: Halterung von 7
9: Verbindungslinie
10: Meißelträger an der Schaufelöffnung
11: Ständer von 10
12: Meißelträger des Vorschneiders
13: Ständer von 12
14: Kettenmatte an 10 und 5
15: Querstrebe
16: Ausleger
17: Förderband
18: Fahrwerk
19: Drehkranz
20: Rücken von 4
21: Transportband
22: Drehteller
23: Antrieb für 6
24: Drehgestell
25: Gelenk zwischen 24 und 16
26: Teleskopzylinder zwischen 24 und 16
27: Übergabeschurre
28: Meißel-Innenkreis
29: Meißel-Hüllkreis
30: Schaufelradmittelebene
A: Abstand zwischen den Spitzen des ersten und letzten Meißels 7 eines
: Segmentes S
R: Schnittrichtung
S: Segment mit 7 auf 9
UT: Umfangsteilung = Abstand in Schnittrichtung zwischen den Spitzen der
: jeweils ersten Meißel 7 zweier in Schnittrichtung direkt benachbarter
: Segmente S

Claims

Schaufelradbagger (1) zum Abbau von Materialien mit hoher Festigkeit für kontinuierliche Baggerung, vorzugsweise im Tiefschnitt unterhalb der Aufstandsfläche (3) des Baggers (1) und/oder vorzugsweise unterhalb des Wasserspiegels (2), wobei die Haupt-Arbeitsbewegung beim Baggern die Kombination aus der Rotation des Schaufelrades (6) um eine im Wesentlichen horizontale Achse und einer seitlichen Schwenkbewegung des Schaufelrades (6) ist, mit einer Reihe von Schaufeln (4), die am Umfang des Schaufelrades (6) angeordnet sind und mit nach außen gerichteten Meißeln (7) zum Lösen des Materials, dadurch gekennzeichnet, dass die Meißel (7) auf Meißelträgern (10, 12) befestigt sind, wobei die Meißelträger (10, 12) aus Segmenten (S) bestehen und die Meißel (7) in der radialen Draufsicht von außen auf das Schaufelrad (6) in Schnittrichtung (R) in vorne auseinander gerichteter Abfolge zueinander auf den Meißelträgern (10, 12) angeordnet sind.
Schaufelradbagger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in Schnittrichtung (R) gemessene Abstand (A) zwischen dem ersten und letzten Meißel (7) eines Segmentes (S) mindestens 30% der Umfangsteilung (UT) beträgt.
Schaufelradbagger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzen der Meißel (7) auf den einzelnen Segmenten (S) in Schnittrichtung (R) von vorne nach hinten auf ansteigenden Radien angeordnet sind.
Schaufelradbagger nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzen der Meißel eines Segmentes (S) auf einer Verbindungslinie (9) angeordnet sind, die in der Seitenansicht und/oder radialen Draufsicht auf das Schaufelrad (6) gerade, konvex, konkav oder wellenförmig verläuft.
Schaufelradbagger nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Meißel (7) an zwei in Schnittrichtung (R) hintereinander liegenden Segmenten (S) sich in Schnittrichtung (R) teilweise überdecken.
Schaufelradbagger nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder oder jeder zweiten Schaufel (4) mindestens ein Meißelträger (10, 12) zugeordnet ist.
Schaufelradbagger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Meißelträger (10, 12) im Bereich der Schaufelöffnung und/oder des Rückens (20) der Schaufel (4) angeordnet sind.
Schaufelradbagger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schaufeln (4) ein oder mehrere als Vorschneider ausgebildete Meißelträger (12) angeordnet sind.
Schaufelradbagger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücken (20) der Schaufeln (4) als Kettenmatte (14) oder in ähnlicher Weise durchlässig ausgebildet ist und sich zwischen der Schaufelöffnung und dem Schaufelgrund (5) im Bereich der folgenden Meißelträger (12) oder unter dem/den folgenden Vorschneidern hindurch bis zur nächsten Schaufel (4) erstreckt.
Schaufelradbagger nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Meißel (7) als feststehende oder um ihre Längsachse drehbewegliche Meißel mit Hartspitzen an den Meißelträgern (10, 12) befestigt sind.
Schaufelradbagger nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Meißelträger (10, 12) im in Schnittrichtung (R) hinteren, höheren Bereich über Ständer (11, 13) an dem Schaufelrad (6) abgestützt sind.
Schaufelradbagger nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelrad (6) an einem Ausleger (16) in Waagebalkenausführung befestigt ist, wobei der Ausleger durch Drehen um eine waagerechte Achse für eine Höhenverstellbarkeit des Schaufelrades (6) sorgt und auf einem Drehgestell (24) um eine senkrechte Drehachse schwenkbar ist.
Schaufelradbagger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelrad (6) und das Drehgestell (24) jeweils mit regelbaren Antrieben für unterschiedliche Schnittgeschwindigkeiten und Schwenkgeschwindigkeiten des Schaufelrades (6) ausgestattet sind.
Verfahren zum Abbau von Materialen mit hoher Festigkeit in kontinuierlicher Baggerung unter Verwendung eines Schaufelradbaggers (1) mit den Merkmalen nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Schnittgeschwindigkeit in Umfangsrichtung des Schaufelrades (6) auf einen den Umständen angepassten Wert eingestellt wird, – die Schwenkgeschwindigkeit des Auslegers (16) und damit des Schaufelrades (6) um eine senkrechte Achse verändert wird, – bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes für das Verhältnis von Schwenkgeschwindigkeit zu Schnittgeschwindikgeit die Schnittgeschwindigkeit automatisch proportional erhöht wird und – beim Wiederabsenken der Schwenkgeschwindigkeit die Schnittgeschwindigkeit bis auf den ursprünglich eingestellten Wert automatisch proportional gesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert für das Verhältnis von Schwenkgeschwindigkeit zu Schnittgeschwindigkeit zwischen 1% und 20% eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert für das Verhältnis von Schwenkgeschwindigkeit zu Schnittgeschwindigkeit zwischen 5% und 10% eingestellt wird.