DE102007007996B4 - Antrieb für die Grabtrommel eines Tagebaugewinnungsgerätes - Google Patents

Abstract

Antrieb für das Gewinnungsorgan (3) eines als Surface Miner ausgebildeten kontinuierlich arbeitenden Tagebaugewinnungsgerätes, das einseitig oder beiderseits im Inneren je einen Einzelantrieb aufnimmt und jeder dieser Einzelantriebe vom zentralen Antrieb des Gerätes über Energiezuführungen gespeist wird, gekennzeichnet dadurch, dass der Antrieb ein dieselelektrischer Antrieb ist, der in bekannter Weise aus einem Dieselaggregat (4), einem Generator (5) und mindestens einem Elektromotor (70) besteht und folgende Merkmale aufweist
• der Generator (5) wird direkt vom Dieselaggregat (4) des Tagebaugewinnungsgerätes angetrieben,
• das Gewinnungsorgan (3) wird mit einem oder zwei Antriebseinheiten (7) bestückt, die axial im Inneren angeordnet werden,
• jede der Antriebseinheiten (7) besteht aus einem Elektromotor (70) und einem Getriebe (71),
• das Getriebe (71) ist ein ein- oder mehrstufiges Planetengetriebe, dessen Endstufe ein Hohlrad ist, das außen mit einem das Getriebe (71) umschließenden Gehäuse (710) verbunden ist,
• der Stator des Elektromotors (70) ebenfalls ein...

Description

• Die Erfindung betrifft einen dieselelektrischen Antrieb für die Grabtrommel eines kontinuierlich arbeitenden Tagebaugewinnungsgerätes von der Gattung eines Surface Miners.
• Bekannte technische Lösungen
• Für den Grabtrommelantrieb eines Continous Surface Miners wird im Verhältnis zum Gesamtenergiebedarf des Gerätes viel Energie benötigt. Der Anteil beträgt ca. 80%. Deshalb soll die Leistungsübertragung von der zentralen Antriebseinheit zur Grabtrommel so verlustarm wie möglich erfolgen. Die Grabtrommel kann einseitig oder beidseitig angetrieben werden. Ein einseitiger mechanischer Antrieb ist aus der Offenlegungsschrift DE 199 32 396 A1 für eine Straßenbaumaschine mit einer Grabtrommel bekannt. Von einem Verbrennungsmotor wird die Antriebsenergie über einen Riementrieb auf die Grabtrommel übertragen. Bei einem beiderseitigen Antrieb einer solchen Trommel werden günstigere kinematische Verhältnisse erreicht. Dabei haben sich wegen der günstigen Lastverteilung insbesondere hydraulische Antriebe durchgesetzt. Bei dieser Art von Antrieben werden die auf beide Grabtrommelseiten einwirkenden Kräfte in einfacher Weise gleichmäßig verteilt. Bei unterschiedlichen Grabwiderständen auf beiden Seiten der Grabtrommel erfolgt ein selbsttätiger Druckausgleich. Gleichartige Antriebslösungen sind auch aus den Patentschriften US 4,536,037 und US 4,690,461 bekannt.
• Ein zweiseitiger Grabtrommelantriebe ist aus der Patentschrift DE 100 59 841 C1 , der aus beiderseits im Inneren der Grabtrommel koaxial angeordneten Einzelantrieben besteht. Von je einem feststehenden, auf hydraulischer Grundlage arbeitenden Radialkolbenmotor wird die Drehbewegung von einem Ritzel auf die mit dem Grabtrommelmantel in Verbindung stehenden Planetenräder übertragen. Durch dieses Planetenradgetriebe wird beiderseits eine gleichmäßige Kraftübertragung erreicht. Die Lagerung des Trommelmantels ist zwischen der rohrförmig ausgebildeten Motoraufnahme und dem äußeren Getriebegehäuse untergebracht. Da dieses Getriebegehäuse den Trommelmantel an seinen beiden Enden noch verstärkt, wird eine biegesteife stabile Lagerung erreicht. Beide Radialkolbenmotoren sind über durchgehende Hydraulikleitungen an einer gemeinsamen, im zentralen Maschinenraum untergebrachten Hydraulikpumpe angeschlossen.
• Der Wirkungsgrad eines solchen hydraulischen Grabtrommelantriebes beträgt ca. 75%. Mit mechanischen Grabtrommelantrieben hingegen werden höhere Wirkungsgrade von ca. 90% erreicht.
• Ein solcher mechanischer Grabtrommelantrieb ist aus der Patentschrift DE 102 35 144 C1 bekannt. Bei dieser Lösung wird der vom zentralen Antrieb des Gerätes wegführende Antriebsstrang geteilt und auf beiden Seiten des Gerätes zu je einem Außengetriebe geführt. Das Außengetriebe ist mittels einer Koppelwange am Chassis des Gerätes angeordnet und mit mehreren Stirnradstufen zur Untersetzung der Drehzahl und Überbrückung der Höhendifferenz bis zur Grabtrommel ausgerüstet. Von der Abtriebswelle des Außengetriebes wird der Antrieb oberhalb der Grabtrommel jeweils von der Seite zu einem in der Grabtrommel angeordneten kompakten Innengetriebe geleitet. Am Chassis wird ein Pendelträger angeordnet und beiderseits durch je eine Koppelstange gelenkig mit dem Gehäuse des Außengetriebes verbunden. Dadurch wird eine gleichmäßige Krafteinleitung vom zentralen Antrieb auf beide Seiten der Antriebstrommel erreicht. Die einzelnen Elemente zur Kraftübertragung werden so dimensioniert, dass sie geräteabhängig vom zentralen Antrieb bis in die Grabtrommel von der Seite hinein reichen. Sie werden drehbar gelagert und vor äußeren Krafteinwirkungen geschützt. Der Nachteil einer solchen Lösung besteht darin, dass zur Kraftübertragung vom im Maschinenhaus untergebrachten Zentralantrieb bis zur Grabtrommel durchgängig Kraftübertragungselemente wie Wellen und Zahnräder sowie Lagerungen dafür erforderlich sind.
• Aus der Patentschrift DE 29 40 089 C2 ist ein, aus einem Elektromotor und einem Getriebe bestehender Antrieb für das Schaufelrad eines Schaufelradbaggers bekannt, bei dem der Elektromotor am Schaufelradausleger und das nachfolgende Getriebe in der Drehmitte des zellenlosen Schaufelrades angeordnet ist. Das Getriebegehäuse ist über einen feststehenden Ringkörper mit dem Schaufelradausleger und der Getriebeausgang mit dem Schaufelrad verbunden. Zur Überbrückung des Abstands und der Fluchtabweichungen der Drehachsen des Elektromotors und des Getriebes ist eine Gelenkwelle vorgesehen. Als Getriebe wird ein kompakt ausgebildetes Planetengetriebe eingesetzt. Es wird im Schaufelradzentrum untergebracht und kann so seine Kräfte vom Getriebeausgang günstig auf das Schaufelrad übertragen. Elektromotor oder Getriebe können getrennt gewartet oder ausgewechselt werden.
• Die Verwendung einer solchen Elektromotor-/Getriebeanordnung als Antrieb für das Gewinnungsorgan eines Tagebaugewinnungsgerätes in der Ausführung als Surface Miner ist nicht möglich, da der Antrieb im Inneren des Gewinnungsorgans untergebracht wird und so der Zugang zum Antrieb immer nur von einer Seite aus möglich ist.
• Aus der Druckschrift DE 30 07 457 A1 ist die Verwendung eines Umlaufrädergetriebes für einen Schaufelradantrieb bekannt. Es wird zentrisch im Schaufelrad angeordnet und ist so breit wie der Tragkörper des Schaufelrades. Es ist im Stande, hohe Kräfte aufzunehmen. Die an dieses Umlaufrädergetriebe angeschlossene Antriebsstufe ist seitlich außerhalb des Schaufelradkörpers auf der dem Schaufelradausleger gegenüber liegenden Seite an der Tragkonstruktion des Schaufelradbaggers angeordnet. Das Gehäuse des Planetengetriebes ist glockenförmig ausgebildet und kann bei der Montage oder Demontage des Antriebes mit einem Hebezeug in einfacher Weise seitlich nach außen entfernt bzw. seitlich von außen eingeführt werden. Die kompakte Bauart des Umlaufrädergetriebes gestattet die Aufnahme der großen, bei der Gewinnungsarbeit auf das Schaufelrad einwirkenden Kräfte über Lager auf das Getriebegehäuse.
• Die weitere Verwendung eines Umlaufrädergetriebes als Schaufelradantrieb ist aus der Druckschrift DE 968 959 C bekannt. Zur gleichmäßigen Krafteinleitung wird auf beiden Seiten des Schaufelrades ein Antriebsmotor angeschlossen. Die Zahnräder des Umlaufrädergetriebes sind paarweise so angeordnet, dass über die Breite des Schaufelradkörpers eine gleichmäßige Kraftübertragung von den Antriebsmotoren über die gemeinsame Antriebswelle auf das Schaufelrad erreicht wird.
• Aufgabe der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den spezifischen Grabtrommelantrieb eines kontinuierlich arbeitenden Tagebaugewinnungsgerätes in der Ausführung als Surface Miner eine Lösung für die Anwendung des Prinzips eines dieselelektrischen Antriebskonzepts eine Lösung für einen Antrieb zu schaffen, der von einer Seite des Gewinnungsorgans in dessen Inneren ein- und ausbaubar ist, der variabel angewendet und universell für verschiedene Gerätetypen und -Größen eingesetzt werden kann, der eine einfache und gleichmäßige Kraftübertrag ermöglicht und der Aufwand zum Schutz der Energiezuführung gering ist.
• Diese Aufgabe wird durch die Verwendung einer aus einem Elektromotor und einem Getriebe bestehenden Antriebseinheit gelöst, die von der Seite aus in das Gewinnungsorgan ein- und ausgebaut werden kann und die Befestigungsanschlüsse im Gewinnungsorgan an unterschiedliche Antriebsgrößen anpassbar sind. Der Elektromotor mit seinem Untersetzungsgetriebe wird als kompakte geschlossene Baueinheit ausgebildet und axial im Inneren des Gewinnungsorgans angeordnet.
• Das Gehäuse der Antriebseinheit ist zweigeteilt und außen zylindrisch ausgebildet. Das eine Gehäuseteil ist feststehend und mit dem Stator des Elektromotors verbunden. Es wird in axialer Stellung zum Gewinnungsorgan am Tragrahmen, der seitlich von außen in das Innere des Gewinnungsorgans hinein geführt wird, angeschraubt. Das zweite Gehäuseteil umschließt das Getriebe, das als Planetengetriebe ausgebildet ist, und ist innen mit der Getriebeendstufe und außen mit dem Mantel des Gewinnungsorgans fest verbunden. Beide Gehäuseteile überschneiden sich axial um ein bestimmtes Maß, wobei die eine Hälfte die andere Hälfte des Gehäuses unter Beibehaltung eines Ringspaltes umschließt. In diesen Ringspalt wird ein Wälzlager angeordnet, so dass die zum Getriebe gehörende drehbare zweite Hälfte des Gehäuses gegenüber der feststehenden ersten Hälfte bei der Drehung zueinander zusätzlich geführt wird. Dieses Wälzlager ist zugleich das Lager des Gewinnungsorgans auf dem Tragrahmen des Gewinnungsgerätes. Bei einer Anordnung dieses Lagers in der Verbindungslinie der Befestigung der Antriebseinheit mit dem Gewinnungsorgan werden durch eine direkte Krafteinleitung die günstigsten Bedingungen für eine hohe Stabilität geschaffen. Um die in Folge des Grabwiderstandes entstehende Durchbiegung des Gewinnungsorgans zu minimieren, werden die Abstände der Verbindungen und damit Abstützungen des Gewinnungsorgans gegenüber den Antriebseinheiten, bezogen auf die Länge des Gewinnungsorgans, danach optimiert.
• Ausführungsbeispiel
• Weitere Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden an Hand der nachfolgenden Beschreibung und der dazugehörigen Zeichnungen an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
• 1 die Draufsicht auf ein kontinuierlich arbeitendes Tagebaugewinnungsgerät in einer schematischen Darstellung und
• 2 eine schematisierte Schnittdarstellung des Antriebs in einer Seitenansicht.
• In der Zeichnung nach 1 sind der Oberbau 1, der Tragrahmen 2 und das Gewinnungsorgan 3 des als Surface Miner ausgeführten kontinuierlich arbeitenden Tagebaugewinnungsgerätes schematisch dargestellt. Auf der Plattform des Oberbaus 1 ist im Antriebscontainer das Dieselaggregat 4 untergebracht. Das Dieselaggregat 4 liefert die gesamte Energie, die für den Betrieb des Gerätes benötigt wird. Die meiste Energie verbraucht der Antrieb für das Gewinnungsorgan 3. Weitere beachtenswerte Energiemengen werden für die Fahr- und zugleich Vorschubbewegung des Gerätes mittels der zeichnerisch nicht dargestellten Raupenfahrwerke und dem Förderband zum Abfordern des gelösten und aufgenommenen Gutes benötigt. Der Energiebedarf wie beispielsweise für die Steuerung des Gerätes, die Schmieranlage, die Beleuchtung und weitere Verbraucher sind dazu vergleichsweise gering. Mit der vom Dieselaggregat 4 erzeugten Energie wird ein Generator 5 angetrieben. Der so erzeugte Strom wird über die Leitungen 6 den die Drehbewegung des Gewinnungsorgans 3 erzeugenden Antriebseinheiten 7 zugeführt. Zur gleichmäßigen Krafteinleitung ist beiderseits des Gewinnungsorgans 3 im Inneren eine solche Antriebseinheit 7 angeordnet. Jede dieser Antriebseinheiten 7 ist axial in der Drehachse 8 des Gewinnungsorgans 3 angeordnet und besteht nach 2 aus einem Elektromotor 70 und einem nachfolgenden Getriebe 71 zur Untersetzung der Motorendrehzahl. Das Getriebe 71 ist ein Planetengetriebe und kann ein- oder mehrstufig ausgebildet sein. Derartige Getriebe haben einen hohen Wirkungsgrad, weisen gute Laufeigenschaften auf und können vergleichsweise zu ihrer Größe hohe Kräfte übertragen.
• Der Elektromotor 70 besteht aus einem äußeren Stator und einem inneren Rotor. Von der Rotorwelle wird die Drehbewegung auf das Getriebe 71 übertragen. Der Stator bildet mit dem Gehäuse 700 des Elektromotors 70 eine Einheit. Das Getriebe 71 wird durch ein weiteres Gehäuse 710 geschützt. Es ist mit dem äußeren Hohlrad des Planetengetriebes verbunden und wird so in eine Drehbewegung versetzt, die zugleich die Ausgangsdrehzahl des Getriebes 71 ist. Beide Gehäuse sind zylinderförmig, die einseitig geschlossen, mit ihren Öffnungen zueinander gerichtet und jeweils mit einem Flansch 701; 711 versehen sind. Dabei weist das drehbare Gehäuse 710 auf der Getriebeseite einen größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des feststehenden Motorgehäuses 700 auf und das feststehende Motorgehäuse 700 ragt teilweise in das drehbare Getriebegehäuse 710 hinein. Dort ist ein Wälzlager 72. Durch eine dort angebrachte Ringdichtung 73 sind beide Gehäuseteile 700; 710 nach außen staubdicht verschlossen und bilden so ein gemeinsames Gehäuse. Beide Gehäuseteile 700; 710 sind mit einem Flansch 701; 711 versehen und der Tragrahmen 2 und das Gewinnungsorgan 3 sind dazu korrespondierend innen mit je einem eingeschweißten Befestigungsring 20 und 30 versehen. Mit dem am Tragrahmen 2 angeschweißten Befestigungsring 20 wird das zum Stator des Elektromotors 70 gehörende feststehende Gehäuse 700 und mit dem im Gewinnungsorgan 2 angeschweißten Befestigungsring 20 das drehbare Getriebegehäuse 710 verschraubt. Die Lagerungen des Getriebes 71 sind somit zugleich die Lager des Gewinnungsorgans 3 gegenüber dem Tragrahmen 2. Sie werden in der Ebene des Befestigungsrings 30 im Gewinnungsorgan 3 angeordnet, wodurch ein günstiger Kräftefluss entsteht. Dadurch, dass der Abstand der beiden Befestigungsringe 30 untereinander im Verhältnis zur Länge des Gewinnungsorgans 3 klein ist (sie beträgt im Ausführungsbeispiel weniger als 50% der Trommellänge), bleibt auch die durch den Grabwiderstand hervorgerufene Durchbiegung des Gewinnungsorgans 3 gering. Die Wärme, die beim Einsatz der Antriebe entsteht, wird über das Gewinnungsorgan 3 in das Fördergut abgeleitet. Je nach Einsatzgebiet, Guteigenschaften und Gerätegröße kann die Antriebseinheit 7 als Baugruppe in unterschiedlichen Leistungsgrößen eingesetzt werden. Dazu brauchen am Tragrahmen 2 und im Mantel des Gewinnungsorgans 3 nur die Befestigungsringe 20 und 30 in angepasster Größe eingesetzt zu werden. Mit einer beiderseitigen Anordnung von je einer Antriebseinheit werden günstige kinematische Verhältnisse für die Lagerung und die Krafteinleitung für die Drehbewegung des Gewinnungsorgans 3 geschaffen. Bei einer im Einsatz verhältnismäßig geringen Belastung des Gewinnungsorgans 3 ist es möglich, nur eine Antriebseinheit 7 vorzusehen. Die andere, der Antriebseinheit 7 gegenüber liegenden Seite braucht dann nur als normales Lager ausgeführt zu werden. Als Elektromotore werden Kurzschlussläufermotore verwendet. Die Zuführung der Elektroenergie vom Generator 5 über den Befestigungsrahmen 2 in das Gewinnungsorgan zur Antriebseinheit 7 ist problemlos durch gegen äußere Einflüsse geschützte elektrische Leitungen zu verwirklichen. Bei einem schadhaften Antrieb wird die gesamte Antriebseinheit 7 ausgewechselt. Die Antriebseinheiten 7 werden in verschiedenen Leistungsklassen bereit gestellt und können so wahlweise an verschiedene Gerätegrößen und Einsatzgebiete angepasst werden. Zur Befestigung der Antriebseinheit 7 am Tragrahmen 2 und die Verbindung mit dem Gewinnungsorgan 3 am Befestigungsring 30 werden die betreffenden Anschlussstücke in ihrer Größe und den Anschraubbohrungen in ihrer Anordnung und Größe an die betreffende Antriebseinheit 7 angeglichen. Durch die Anwendung eines dieselelektrischen Antriebs zum Antrieb des Gewinnungsorgans eines Surface Miners wird ein hoher Wirkungsgrad erzielt. Jede der Antriebseinheiten kann auch zusätzlich mit einer Bremse ausgerüstet werden.

Claims (4)

1. Antrieb für das Gewinnungsorgan (3) eines als Surface Miner ausgebildeten kontinuierlich arbeitenden Tagebaugewinnungsgerätes, das einseitig oder beiderseits im Inneren je einen Einzelantrieb aufnimmt und jeder dieser Einzelantriebe vom zentralen Antrieb des Gerätes über Energiezuführungen gespeist wird, gekennzeichnet dadurch, dass der Antrieb ein dieselelektrischer Antrieb ist, der in bekannter Weise aus einem Dieselaggregat (4), einem Generator (5) und mindestens einem Elektromotor (70) besteht und folgende Merkmale aufweist • der Generator (5) wird direkt vom Dieselaggregat (4) des Tagebaugewinnungsgerätes angetrieben, • das Gewinnungsorgan (3) wird mit einem oder zwei Antriebseinheiten (7) bestückt, die axial im Inneren angeordnet werden, • jede der Antriebseinheiten (7) besteht aus einem Elektromotor (70) und einem Getriebe (71), • das Getriebe (71) ist ein ein- oder mehrstufiges Planetengetriebe, dessen Endstufe ein Hohlrad ist, das außen mit einem das Getriebe (71) umschließenden Gehäuse (710) verbunden ist, • der Stator des Elektromotors (70) ebenfalls ein Gehäuse (700) aufnimmt, • das Gehäuse (710) des Getriebes (71) und das Gehäuse (700) des Elektromotors (70) ist jeweils zylinderförmig und einseitig geschlossen ausgebildet, wobei beide Öffnungen zueinander gerichtet sind und die Durchmesser der Gehäuse des Elektromotors (70) und des Getriebes (71) eine solche Differenz aufweisen, dass beide Gehäuse (700; 710) ineinander geführt und zueinander verdreht werden können, • beide Gehäuse (700; 710) außen mit einem Flansch (701; 711) versehen sind, wobei der Flansch (701) des Gehäuses (700) für den Elektromotor (70) mit dem Tragrahmen (2) und das Gehäuse (710) des Getriebes (71) mit dem Mantel des Gewinnungsorgans (3) jeweils über Befestigungsringe (20; 30) lösbar verbunden sind, • im Überschneidungsbereich beider Gehäuse (700; 710) zwischen dem Außendurchmesser des einen und dem Innendurchmesser des anderen Gehäuses (700; 710) ein Lager (72) angeordnet ist, wodurch das Gehäuse (710) des Getriebes (71) zusammen mit dem Gewinnungsorgan (3) gegenüber dem feststehenden Gehäuse (700) des Elektromotors (70) drehbar ist.
2. Antrieb für das Gewinnungsorgan (3) eines kontinuierlich arbeitenden Tagebaugewinnungsgerätes nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Elektromotor (70) und das Getriebe (71) zusammen eine Antriebseinheit (7) bilden, die als Modul in abgestuften Größen- und Leistungsbereichen als Typenreihe bereit gestellt wird.
3. Antrieb für das Gewinnungsorgan (3) eines kontinuierlich arbeitenden Tagebaugewinnungsgerätes nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Elektromotore (70) für die Antriebseinheiten (7) regelbare Kurzschlussläufermotore sind.
4. Antrieb für das Gewinnungsorgan (3) eines kontinuierlich arbeitenden Tagebaugewinnungsgerätes nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Verbindungen und damit Abstützungen des Gewinnungsorgans (3) gegenüber den Antriebseinheiten (7) bezogen auf die Länge des Gewinnungsorgans (3) in den Bereichen vorgesehen ist, bei denen die geringste Verformung des Gewinnungsorgans (3) auf Grund des Grabwiderstandes bei der Gewinnungsarbeit entsteht.