DE102011000952B4 - Schaufelartiges Grabwerkzeug für Bagger oder Rückladeeinrichtungen - Google Patents

Abstract

Schaufelartiges Grabwerkzeug (2) für Bagger oder Rückladeeinrichtungen mit einem geschlossenen, festen Schaufelrücken ( 2.2), dessen Innenkontur in vertikaler, mittiger Querschnittebene des Grabwerkzeuges (2) betrachtet konkav ausgebildet ist und einen unteren, ansteigenden Rückenbereich (2.3) und ein oberes Rückenende ( 2.4) umfasst, wobei der Radius (R) des Schaufelrückens (2.2) ab dem Beginn (2.21) des unteren, ansteigenden Rückenbereiches (2.3) in Richtung des oberen Rückenendes (2.4) zumindest bis zu einer Teilhöhe des Schaufelrückens (2.2) zunimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (R) des Schaufelrückens (2.2) am oberen Ende (2.4) der konkav ausgebildeten Innenkontur mindestens das 1,2-fache des Radius (R) am Beginn (2.21) des unteren, ansteigenden Rückenbereiches (2.3 ) beträgt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein schaufelartiges Grabwerkzeug für Bagger oder Rückladeeinrichtungen mit einem geschlossenen, festen Schaufelrücken, dessen Innenkontur in vertikaler, mittiger Querschnittebene des Grabwerkzeuges betrachtet konkav ausgebildet ist und einen unteren, ansteigenden Rückenbereich und ein oberes Rückenende umfasst. Ferner betrifft die Erfindung einen Bagger sowie eine Rückladeeinrichtung, der/die mit mindestens einem derartigen Grabwerkzeug ausgerüstet ist.
• Im Stand der Technik sind verschiedene Ausführungen von Baggern sowie Rückladeeinrichtungen bekannt, die mit mechanisch angetriebenen Grabwerkzeugen ausgerüstet sind. Unter anderem sind Eimerketten- und Schaufelradbagger bekannt, die typischerweise eine an einem beweglichen Ausleger umlaufende Eimerkette bzw. ein Schaufelrad mit Eimern mit hartmetallbestückten Zähnen als Grabwerkzeugen aufweisen und in verschiedenen Bereichen, insbesondere zum Hereingewinnen von gewachsenem Boden und Abraum in Tagebauen aber auch zum Umschlagen von Schüttgütern wie Erzen, festen Brennstoffen und Baustoffen eingesetzt werden. Je nach Beschaffenheit des aufzunehmenden Materials bzw. Schüttgutes kommt es häufig zu Anbackungen (Anhaftungen) an der Innenseite der Schaufeln (Eimer), was eine Grabvolumen- bzw. Förderleistungsreduzierung und zudem eine Erhöhung der zu bewegenden Betriebsmassen verursacht. Dieses Problem tritt insbesondere beim Hereingewinnen bzw. Umschlagen von klebrigen Materialien (Schüttgütern) auf.
• Aus der DE 20 2010 003 567 U1 ist ein Anbaugerät für einen Bagger bekannt. Die GB 276 446 A offenbart ein schaufelartiges Grabgerät. Die FR 2 172 866 A1 offenbart ein Grabwerkzeug zum Abtragen von Erde. Die GB 934 830 A offenbart eine Baggerschaufel mit polygonförmiger Innenkontur. Die US 5 020 249 A offenbart ein schaufelartiges Grabwerkzeug mit einem ansteigenden Rückenbereich mit veränderlichem Radius. Die DE 20 22 558 A betrifft einen Baggereimer mit Bügel, Schale und Ohren.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schaufelartiges Grabwerkzeug für Bagger, insbesondere für Schaufelrad-und für Eimerkettenbagger, dahingehend zu verbessern, dass Anbackungen an der Innenseite des Grabwerkzeuges weitestgehend verhindert oder zumindest erheblich vermindert werden.
• Diese Aufgabe wird bei einem Grabwerkzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
• Es ist vorgesehen, dass der Radius des Schaufelrückens am oberen Ende der konkav ausgebildeten Innenkontur mindestens das 1,2-fache des Radius am Beginn des unteren, ansteigenden Rückenbereiches beträgt.
• Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass die Innenkontur von herkömmlichen Baggerschaufeln, insbesondere solchen von Schaufelrad-oder Eimerkettenbaggern, aus ebenen Oberflächen- und/oder konkav gekrümmten Oberflächenabschnitten besteht, und dass das aufzunehmende Material bei der Schaufelbefüllung üblicherweise in Form eines Materialspanes entlang der Schaufelinnenseite zum Schaufelrücken rutscht und dort gestaut wird. Dabei treten im Umlenkbereich des Materialstromes erhöhte Anpresskräfte auf, die zu einer Anhaftung und Staubildung des aufgenommenen Materials im Rückenbereich der Schaufelinnenseite führen.
• Der vorliegenden Erfindung liegt folgende Erkenntnis zugrunde: Beim „Abschälen“ von plastischem Bodenmaterial (Baggergut) durch ein konkav gekrümmtes Schälwerkzeug (Grabwerkzeug) wird das Material im ersten Bereich der Umlenkung plastisch (d.h. nicht rückstellend) umgeformt und nimmt zunächst den Radius der konkaven Innenkontur des Schälwerkzeuges an. Der abgeschälte Materialspan behält diese Form so lange bei, wie ihm keine zusätzliche Verformung (z.B. durch enger werdenden Umlenkradius) aufgezwungen wird. Ändert sich der Werkzeugradius über den Verlauf der vertikalen Innenkontur nicht, so gleitet das abgeschälte Material lediglich unter Gleitreibung an der Werkzeuginnenkontur weiter, behält dabei flächendeckenden Kontakt zur Schaufelrücken-Innenkontur und füllt das Innere der Schaufel. Eine gegebenenfalls im Innenraum der Schaufel bereits angesammelte Materialmenge übt auf den neu ankommenden Materialspan eine zusätzliche Anpressung aus in Richtung des Schaufelrückens. Mit zunehmendem Füllstand der Schaufel ergibt sich eine Zunahme der Anpresskraft zwischen dem am Schaufelrücken entlang gleitenden Materialspan und dem Schaufelrücken. Die zunehmende Anpresskraft erhöht die Gleitreibungskraft, d.h. den Gleitwiderstand zwischen Materialspan und Schaufelrücken. Ab einem gewissen Grenzwert dieses Gleitwiderstandes - der unter anderem von den Materialeigenschaften des Baggergutes (insbesondere der Klebrigkeit), der Kontaktfläche zwischen Materialspan und Schaufelwand, sowie der Kontur des Schaufelinneren abhängt - gleitet der Materialspan nicht weiter entlang des Schaufelrückens, sondern staut. Dies umso stärker, je klebriger das Baggergut ist. Besonders bei klebrigen Materialien ist die Gleitreibungs- und Haftkraft umso stärker, je flächendeckender der Kontakt zwischen Material und Schaufelrücken besteht und je stärker die Anpresskraft ist. Verengt sich dagegen der Werkzeugradius im weiteren Verlauf der vertikalen Innenkontur, so wird im enger werdenden Bereich zusätzliche Verformungsenergie in das plastische Material eingebracht, was zu erhöhter Anpresskraft und Reibung und damit weiteren unerwünschten Anbackungen führen kann.
• Erweitert sich dagegen der Werkzeugradius im weiteren Verlauf der vertikalen Innenkontur ausreichend stark, so behält das plastische Material seine ihm bis dahin aufgeprägte Form, die einer „Lockenform“ ähnelt, bei und löst sich ab der Radienzunahme der konkaven Werkzeuginnenkontur von dieser Innenkontur ab. Das abgeschälte Material bewegt sich als mehr oder weniger formstabile „Locke“ weiter, solange weiteres Material nachschiebt und nicht von bereits angesammeltem Material gegen den Schaufelrücken gedrückt wird. Bei gleichbleibendem Werkzeugradius über den Verlauf der vertikalen Werkzeuginnenkontur wird in das (bereits plastisch umgeformte) Material im Wesentlichen keine weitere Umformungsenergie eingeleitet. Lediglich Haftkräfte können noch durch den flächendeckenden Kontakt von der Werkzeugwand (d.h. der Innenseite des Werkzeugrückens) auf das Material verstärkt übertragen werden. Vergrößert sich der Werkzeugradius jedoch, so werden auch die Haftkräfte überwunden, da der Kontakt nicht mehr flächendeckend ist, und die „Locke“ löst sich vom Schaufelrücken ab und bewegt sich im Wesentlichen frei weiter. Dieser Effekt wird bei der vorliegenden Erfindung ausgenutzt.
• Bei dem erfindungsgemäßen schaufelartigen Grabwerkzeug wird das aufzunehmende Material (Baggergut) an der Innenseite des Schaufelrückens nicht unnötig gestaut und verdichtet, so dass es dort bei der Entleerung kleben bliebe, sondern dank der kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Zunahme des Radius ab dem Beginn des unteren, ansteigenden Rückenbereiches der konkaven Innenkontur in Richtung des oberen Rückenendes ergibt sich eine Entlastung der inneren Spannungen im Materialstrom (Materialspan), wodurch eine Staubildung und Anhaftung von klebrigem Material in diesem Bereich des schaufelartigen Grabwerkzeuges weitgehend verhindert oder zumindest erheblich verringert wird. Durch die erfindungsgemäße Zunahme des Radius der konkaven Schaufelrücken-Innenkontur in Richtung des oberen Rückenendes verliert das Baggergut quasi seinen Halt am Schaufelrücken und gleitet als eingedrehter Materialspan an ihm entlang. Damit wird ein Anhaften (Anbacken) von Baggergut am Schaufelrücken verhindert oder zumindest vermindert. Gleichzeitig wird das Füllvolumen der Schaufel besser genutzt und damit die Grab- bzw. Förderleistung optimiert, da sich die erfindungsgemäße Schaufel vollständiger entleeren lässt. Ferner wird dadurch auch der Energieverbrauch reduziert. Denn der durch unproduktives Mitschleppen von anbackendem Material bedingte Energieverbrauch wird verringert. Ferner wird der für die Grabarbeit erforderliche Energieaufwand erheblich herabgesetzt, da mit dem erfindungsgemäßen Grabwerkzeug deutlich geringere Stau- und Haftkräfte zwischen Baggergut und Grabwerkzeug überwunden werden müssen.
• Bei der vorliegenden Erfindung wurde insbesondere erkannt, dass die Teilhöhe, bis zu welcher der Radius des Schaufelrückens ab dem Beginn des unteren, ansteigenden Rückenbereiches in Richtung des oberen Rückenendes mindestens zunehmen sollte, von der spezifischen Art bzw. vom Einsatzzweck des Grabwerkzeuges und den Materialeigenschaften des Baggergutes abhängt.
• Insbesondere hinsichtlich der Schaufeln von Schaufelradbaggern ist eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grabwerkzeuges dadurch gekennzeichnet, dass der Radius des Schaufelrückens mindestens bis zu einer Höhe des Schaufelrückens zunimmt, in welcher die dortige Tangente an der konkav ausgebildeten Innenkontur oder an einer fiktiven inneren Hüllkurve, welche Abschnitte der konkav ausgebildeten Innenkontur tangiert, mit der Tangente an dieser Innenkontur oder Hüllkurve am Beginn des unteren, ansteigenden Rückenbereiches einen Außenwinkel von mindestens 30°, vorzugsweise mindestens 45°, insbesondere vorzugsweise mindestens 60° einschließt.
• Hinsichtlich der Grabwerkzeuge bzw. Schaufeln von Schaufel-, Löffel-, Eimerketten-, Schürfkübelbaggern sowie Becherwerken sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung dagegen vor, dass der Radius des Schaufelrückens mindestens bis zu einer Höhe des Schaufelrückens zunimmt, in welcher die dortige Tangente an der konkav ausgebildeten Innenkontur oder an einer fiktiven inneren Hüllkurve, welche Abschnitte der konkav ausgebildeten Innenkontur tangiert, mit der Tangente an dieser Innenkontur oder Hüllkurve am Beginn des unteren, ansteigenden Rückenbereiches einen Außenwinkel von mindestens 90°, vorzugsweise mindestens 120°, besonders bevorzugt mindestens 135° einschließt.
• Bei einem Schaufelrad, bei dem das mit den Schaufeln hereingewonnene bzw. abgetragene Material im Wesentlichen radial in Richtung Schaufelraddrehachse übergeben wird, können Anbackungen von klebrigem Baggergut am Schaufelrücken schon ausreichend verhindert werden, wenn der vorgenannte Außenwinkel mindestens 45° beträgt. Eine noch höhere Sicherheit gegen Anbackungen von klebrigem Material an der Innenfläche des Schaufelrückens wird allerdings erzielt, wenn der besagte Außenwinkel mindestens 60° beträgt. Bei einem schaufelartigen Eimer eines Eimerkettenbaggers sollte der besagte Außenwinkel vorzugsweise mindestens 90° betragen.
• Die Schaufelkontur des erfindungsgemäßen Grabwerkzeuges lässt sich in verschiedenen Ausführungen realisieren. Eine in fertigungstechnischer Hinsicht bevorzugte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass die konkav ausgebildete Innenkontur zumindest teilweise durch einen aus geraden Innenkonturabschnitten aneinandergereihten Polygonzug gebildet ist. Vorzugsweise nimmt dabei in Richtung des Polygonzuges betrachtet die Länge der geraden Innenkonturabschnitte des Polygonzuges ab dem unteren, ansteigenden Rückenbereich in Richtung des oberen Rückenendes hin zu. Insbesondere vorzugsweise werden dabei die zwischen den aufeinanderfolgenden geraden Innenkonturabschnitten des Polygonzuges vorliegenden inneren Knickwinkel in gleicher Größe ausgebildet. Ergänzend oder alternativ zu einer Längenzunahme der geraden Innenkonturabschnitte des Polygonzuges besteht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grabwerkzeuges darin, dass die inneren Knickwinkel, die von den aufeinanderfolgenden geraden Innenkonturabschnitten des Polygonzuges definiert werden, ab dem unteren, ansteigenden Rückenbereich in Richtung des oberen Rückenendes hin zunehmen. Insbesondere vorzugsweise werden dabei die Längen der aufeinanderfolgenden geraden Innenkonturabschnitte des Polygonzuges in gleicher Größe ausgebildet.
• Ein Polygonzug aus aneinandergereihten geraden Innenkonturabschnitten kann auch durch eine fiktive innere Hüllkurve (H) charakterisiert werden, mit welcher er verglichen wird. Der Radius (r) dieser fiktiven inneren Hüllkurve soll, in Durchlaufrichtung (Z) des Polygonzuges betrachtet, kontinuierlich (also stufenlos) oder diskontinuierlich (d.h. schrittweise) zunehmen. Eine diskontinuierliche Radienzunahme der Hüllkurve (H) liegt vor, wenn der Krümmungsradius (r) der Hüllkurve in aufeinanderfolgenden Knickbereichen des Polygonzuges, also zwischen aufeinanderfolgenden geraden Innenkonturabschnitten (2.22', ..., 2.27'), in Schritten zunimmt. In jedem dieser Knickbereiche wird der Radius (r) der Hüllkurve (H) in Abhängigkeit des Knickwinkels (β) und der Längen (L) der diesem Knickwinkel (β) direkt benachbarten geraden Innenkonturabschnitte nach folgender Formel ermittelt: $${\text{r}}_{\text{i}}={\text{L}}_{\text{i}}\text{/}\left(2\text{ tan }\left(\mathrm{0,5}\left(\mathrm{\pi }-{\mathrm{\beta }}_{\text{i}}\right)\right)\right).$$

  
• Dabei sind
  β_i der innere Knickwinkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden benachbarten geraden Innenkonturabschnitten,
  L_i und L_i+1 die Geradenlängen der diesem Knickwinkel (β_i) direkt benachbarten geraden Innenkonturabschnitte,
  r_i der Radius der fiktiven Hüllkurve (H) im Knickbereich des Knickwinkels (β_i) zwischen den beiden aufeinanderfolgenden benachbarten geraden Innenkonturabschnitten mit deren Geradenlängen (L_i und L_i+1).
  Für die Radien zweier aufeinanderfolgender Knickbereiche gilt dann die Bedingung: r_i+1 > r_i.
• Zur Vermeidung von Anbackungen von klebrigem Material an der Innenseite eines schaufelartigen Grabwerkzeuges ist es außerdem günstig, wenn nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grabwerkzeuges der kleinste der inneren Knickwinkel, die von den aufeinanderfolgenden geraden Innenkonturabschnitten des Polygonzuges definiert werden, mindestens 120°, vorzugsweise mindestens 150° beträgt.
• Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grabwerkzeuges ist vorgesehen, dass der Radius des Schaufelrückens am oberen Ende der konkav ausgebildeten Innenkontur mindestens das 1,5-fache des Radius am Beginn des unteren, ansteigenden Rückenbereiches beträgt. Durch diese Ausgestaltung können Anbackungen von klebrigem Material an der Innenseite eines schaufelartigen Grabwerkzeuges sehr zuverlässig verhindert oder zumindest erheblich verringert werden.
• Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Grabwerkzeuges sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
• 1 einen Abschnitt einer Eimerleiter eines Eimerkettenbaggers oder dergleichen in Seitenansicht;
• 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Grabwerkzeuges in vertikaler Schnittansicht;
• 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Grabwerkzeuges in vertikaler Schnittansicht;
• 4a ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Grabwerkzeuges in vertikaler Schnittansicht;
• 4b ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Grabwerkzeuges in vertikaler Schnittansicht;
• 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Grabwerkzeuges in vertikaler Schnittansicht;
• 6 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Grabwerkzeuges in vertikaler Schnittansicht; und
• 7 eine schematische Darstellung eines konkaven Polygonzuges mit fiktiver innerer Hüllkurve.
• In 1 ist schematisch ein Abschnitt des Ober- und Untertrums einer Eimerleiter 1 eines Eimerkettenbaggers oder eines Rückladegerätes dargestellt. Eine Vielzahl schaufelartiger Grabwerkzeuge (Eimer) 2 ist an parallel zueinander verlaufenden, mit einem Antrieb versehenen Endlosketten 3 gelenkig angebunden. Die Laufrichtung der Ketten 3 bzw. der Eimer 2 ist durch Pfeile P angezeigt. Die Ketten 3 sind mit einer Vielzahl von Laufrädern versehen, die entlang von schienenartigen, an der Eimerleiter 1 angebrachten Führungsbahnen laufen. Die Eimer 2 sind typischerweise aus Stahlblech gefertigt und weisen eine aus besonders verschleißfestem Stahl hergestellte Schneidlippe (Schneidkante) 2.1 auf. Sie besitzen beispielsweise ein Ladevolumen von ca. 1 1 bzw. ca. 0,001 m³, das aber auch bis ca. 1.000 1 bzw. 1 m³ reichen kann.
• Die in der Zeichnung dargestellten schaufelartigen Grabwerkzeuge (Eimer) 2 haben einen geschlossenen, festen Schaufelrücken 2.2, dessen Innenkontur in vertikaler, mittiger Querschnittebene des Grabwerkzeuges 2 betrachtet konkav gekrümmt ausgebildet ist und einen unteren, ansteigenden Rückenbereich 2.3 und ein oberes Rückenende 2.4 umfasst (vgl. insbesondere 2). Die Seitenwände 2.5 des Grabwerkzeuges 2 sind im Wesentlichen eben ausgebildet und nähern sich von der Schaufelöffnung 2.6 in Richtung Schaufelrücken 2.2 einander an. Das Grabwerkzeug 2 ist vorzugsweise im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf seine in Arbeitsstellung vertikale Mittelebene ausgebildet.
• Erfindungsgemäß nimmt der Radius R des Schaufelrückens 2.2 im Vertikalschnitt betrachtet ab dem Beginn 2.21 des unteren, ansteigenden Rückenbereiches 2.3 in Richtung des oberen Rückenendes 2.4 hin zumindest bis zu einer Teilhöhe des Schaufelrückens 2.2 kontinuierlich oder diskontinuierlich zu. Die Zunahme des Radius R des Schaufelrückens 2.2 kann auf verschiedene Weise realisiert sein.
• 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Radius R des Schaufelrückens 2.2 ab dem Beginn 2.21 des unteren, ansteigenden Rückenbereiches 2.3 bis im Wesentlichen zum oberen Rückenende 2.4 hin - also im Wesentlichen oder nahezu über die Gesamthöhe des Schaufelrückens 2.2 - kontinuierlich und stetig zunimmt. Dies ist durch einen ersten Radius R1 am Beginn 2.21 der konkaven Krümmung und einen demgegenüber größeren Radius Rn am oberen Rückenende 2.4 dargestellt.
• Die Schaufelrücken-Innenkontur des erfindungsgemäßen Grabwerkzeuges kann im Vertikalschnitt betrachtet insbesondere als Abschnitt einer Spirale, insbesondere einer archimedischen Spirale ausgebildet sein.
• Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt der Radius R des Schaufelrückens 2.2 ab dem Beginn 2.21 der konkaven Krümmung bzw. des unteren, ansteigenden Rückenbereiches 2.3 zum oberen Rückenende 2.4 hin diskontinuierlich oder segmentweise zu. Der Schaufelrücken 2.2 ist beispielsweise aus fünf aufeinanderfolgenden konkaven Rückensegmenten (Hohlzylindersegmentstreifen) 2.22, 2.23, 2.24, 2.25, 2.26 gebildet, die an ihren Berührungskanten durch im Wesentlichen horizontal verlaufende Schweißnähte fest miteinander verbunden sind. Das unterste konkave Rückensegment 2.22 weist einen Radius R1 auf und erstreckt sich bis zu einer bestimmten Teilhöhe des Schaufelrückens 2.2. Daran schließt sich im Wesentlichen stufenlos ein zweites konkaves Rückensegment 2.23 an, welches einen Radius R2 aufweist, der größer als der Radius R1 ist. Auf das zweite Rückensegment 2.23 folgt dann ein drittes konkaves Rückensegment 2.24, welches einen Radius R3 aufweist, der wiederum größer als der Radius R2 ist. Weiterhin geht das dritte Rückensegment 2.24 nach oben in ein viertes Rückensegment 2.25 über, welches einen nicht bezeichneten Radius R4 aufweist, der wiederum größer als der Radius R3 ist. Schließlich geht das vierte Rückensegment 2.25 nach oben in ein fünftes Rückensegment 2.26 über, welches seinerseits den Radius R5 aufweist, der wiederum größer ist als R4. Die durch die unterschiedlichen Radien R1 bis R5 definierten Schaufelrückensegmente beginnen bzw. enden somit in unterschiedlichen Teilhöhen des Schaufelrückens 2.2. Der Schaufelrücken 2.2 kann allerdings auch aus mehr oder weniger als fünf zylindersegmentförmigen Rückensegmenten zusammengesetzt sein.
• Die in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen Grabwerkzeuge (Schaufeln) 2 weisen jeweils einen im Wesentlichen ebenen Bodenabschnitt 2.7 auf, an den sich der jeweilige Schaufelrücken 2.2 anschließt. Die an dem ebenen Bodenabschnitt 2.7 anliegende Tangente t_A definiert mit einem an den Schaufelrücken 2.2 bzw. an dessen Innenkontur angelegte Tangente t einen Außenwinkel α, wie dies in 3 beispielhaft dargestellt ist.
• Der Radius R des Schaufelrückens 2.2 nimmt mindestens bis zu einer Höhe des Schaufelrückens kontinuierlich, d.h. stetig oder diskontinuierlich, insbesondere segmentweise zu, in welcher die dortige Tangente t an der .konkav ausgebildeten Innenkontur mit der Tangente t_A an dieser Innenkontur am Beginn 2.21 des unteren, ansteigenden Rückenbereiches 2.3 einen Außenwinkel α von mindestens 45°, vorzugsweise mindestens 60°, besonders bevorzugt mindestens 90° einschließt.
• Insbesondere in den in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen nimmt der Radius R des Schaufelrückens 2.2 mindestens bis zu einer Höhe des Schaufelrückens 2.2 stetig (kontinuierlich) bzw. segmentweise zu, in welcher die dortige Tangente t an der konkav ausgebildeten Innenkontur mit der Tangente t_A an dieser Innenkontur am Beginn 2.21 des unteren, ansteigenden Rückenbereiches 2.3 einen Außenwinkel α von mehr als 135° einschließt. Der Radius Rn bzw. R5 des Schaufelrückens 2.2 beträgt am oberen Ende 2.4 der konkaven Krümmung mindestens das 1,2-fache, vorzugsweise mindestens das 1,5-fache des Radius R1 am Beginn 2.21 der konkaven Krümmung.
• Die 4a und 4b zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen die konkav ausgebildete Innenkontur des Schaufelrückens 2.2 jeweils durch einen aus geraden Innenkonturabschnitten 2.22', 2.23', 2.24', 2.25', 2.26' und ggf. 2.27' aneinandergereihten Polygonzug gebildet ist. Der kleinste innere Knickwinkel β der konkav ausgebildeten Innenkontur beträgt mindestens 120°, vorzugsweise mindestens 150°. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4a nimmt die Länge der geraden Innenkonturabschnitte 2.22', 2.23', 2.24', 2.25', 2.26' des Polygonzuges ab dem unteren, ansteigenden Rückenbereich 2.3 in Richtung des oberen Rückenendes 2.4 hin zu, wohingegen bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4b die Länge der aufeinanderfolgenden geraden Innenkonturabschnitten 2.22', 2.23', 2.24', 2.25', 2.26', 2.27' des Polygonzuges im Wesentlichen konstant bleibt, jedoch die inneren Knickwinkel β, die von den aufeinanderfolgenden geraden Innenkonturabschnitten 2.22', 2.23', 2.24', 2.25', 2.26', 2.27' des Polygonzuges definiert werden, ab dem unteren, ansteigenden Rückenbereich 2.3 in Richtung des oberen Rückenendes 2.4 hin zunehmen.
• In den 4a und 4b ist jeweils durch eine gestrichelte Linie eine innere Hüllkurve H eingezeichnet, welche die zu einem Polygonzug aneinandergereihten geraden Innenkonturabschnitte 2.22', 2.23', 2.24', 2.25', 2.26', 2.27' der konkav ausgebildeten Innenkontur tangiert. In den 4a und 4b sind wiederum die Tangenten t und t_A und der Außenwinkel α gemäß 3 eingezeichnet. 4a und 4b lässt sich entnehmen, dass der Radius der inneren Hüllkurve H bzw. des Schaufelrückens 2.2 mindestens bis zu einer Höhe des Schaufelrückens 2.2 zunimmt, in welcher die dortige Tangente t an der Hüllkurve H, welche die geraden Abschnitte der konkav ausgebildeten Innenkontur jeweils tangiert, mit der Tangente t_A an dieser Hüllkurve am Beginn 2.21 des unteren, ansteigenden Rückenbereiches 2.3 einen Außenwinkel α von mindestens 90°, vorzugsweise mindestens 120° einschließt.
• Des Weiteren liegen Ausgestaltungen der in den 2 bis 4b dargestellten Schaufelkonturen im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die sich durch Kombinationen von Teilbereichen dieser Konturen ergeben. So kann der Schaufelrücken 2.2 des Grabwerkzeuges 2 beispielsweise auch, wie in 5 gezeigt, ab dem unteren ansteigenden Rückenbereich 2.3, d.h. am innenliegenden unteren Anfang 2.21 der konkav ausgebildeten Innenkontur mit einem aus geraden Innenkonturabschnitten 2.22', 2.23', 2.24' aneinandergereihten Polygonzug beginnen, an den sich in Richtung des oberen Rückenendes 2.4 hin ein oder mehrere bogenförmige Innenkonturabschnitte 2.25 anschließen. Alternativ kann die konkav ausgebildete Innenkontur des erfindungsgemäßen Grabwerkzeuges 2 auch am innenliegenden unteren Anfang 2.21 der konkav ausgebildeten Innenkontur mit einem oder mehreren bogenförmigen Innenkonturabschnitten 2.22 bzw. 2.23 beginnen (vgl. 3), dessen bzw. deren Radius in Richtung des oberen Rückenendes hin zunimmt, worauf sich dann ein Polygonzug aus geraden, aneinandergereihten Innenkonturabschnitten 2.24', 2.25', 2.26' in Richtung des oberen Rückenendes 2.4 hin anschließt.
• Wie oben bereits ausgeführt, kann der Polygonzug dabei durch eine fiktive innere Hüllkurve H charakterisiert werden (vgl. 4b und 7). Der Polygonzug kann als Annäherung einer solchen Hüllkurve H angesehen werden und mit dieser verglichen werden. Der Radius r der fiktiven inneren Hüllkurve H, welche aufeinanderfolgende gerade Innenkonturabschnitte des Polygonzuges tangiert, nimmt in Durchlaufrichtung Z des Polygonzuges betrachtet bzw. ab dem Beginn des unteren, ansteigenden Schaufelrückenbereichs in Richtung des oberen Rückenendes, kontinuierlich oder diskontinuierlich zu. Eine diskontinuierliche Zunahme des Radius r der Hüllkurve H liegt vor, wenn dieser in aufeinanderfolgenden Knickbereichen des Polygonzuges, also zwischen aufeinanderfolgenden geraden Innenkonturabschnitten 2.22', ..., 2.27', schrittweise zunimmt. In jedem dieser Knickbereiche lässt sich der Radius r der Hüllkurve H in Abhängigkeit des jeweiligen Knickwinkels β und der Längen L der diesen Knickwinkel β definierenden geraden Innenkonturabschnitte nach folgender Formel ermittelt: $${\text{r}}_{\text{i}}={\text{L}}_{\text{i}}\text{/}\left(2\text{ tan }\left(\mathrm{0,5}\left(\mathrm{\pi -}{\mathrm{\beta }}_{\text{i}}\right)\right)\right).$$

  

  Dabei sind
  β₁ der innere Knickwinkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden benachbarten geraden Innenkonturabschnitten,
  L_i und L_i+1 die Längen der diesen Knickwinkel β_i definierenden geraden Innenkonturabschnitte,
  r_i der Radius der fiktiven Hüllkurve H im Knickbereich des Knickwinkels β_i zwischen den beiden aufeinanderfolgenden benachbarten geraden Innenkonturabschnitten mit deren Längen L_i und L_i+1.
• Für die Radien zweier aufeinanderfolgender Knickbereiche gilt dabei die Bedingung: r_i+1 > r_i.
• Ebenfalls von der vorliegenden Erfindung umfasst sind Ausführungsformen, bei denen sich Rückensegmente aus bogenförmigen Teilstücken und geraden Teilstücken (l₁, l₂, l₃) abwechseln. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in 6 skizziert. Bei dem in 6 dargestellten Grabwerkzeug 2 ist eine kontinuierliche oder segmentweise Zunahme des Radius R der konkav ausgebildeten Innenkontur des Schaufelrückens 2.2 hinter einem ersten Bereich 2.21 bzw. 2.3 der Innenkontur und vor einem letzten Bereich 2.28 bzw. 2.4 der Innenkontur mindestens einmal durch einen geraden Innenkonturabschnitt l₂ unterbrochen. Alternativ ist es auch möglich, eine kontinuierliche oder segmentweise Zunahme des Radius R der konkav ausgebildeten Innenkontur des Schaufelrückens 2.2 hinter einem ersten Bereich 2.21 bzw. 2.3 der Innenkontur und vor einem letzten Bereich 2.28 bzw. 2.4 der Innenkontur mindestens einmal durch einen konkav ausgebildeten Innenkonturabschnitt k₂ mit geringerem Radius als dem jeweiligen Radius der daran angrenzenden Innenkonturabschnitte zu unterbrechen (vgl. in 6 den strichpunktiert dargestellten Innenkonturabschnitt). In 6 ist die fiktive innere Hüllkurve der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.
• Die Ausführung des erfindungsgemäßen Grabwerkzeuges 2 ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind weitere Varianten denkbar, die auch bei abweichender Gestaltung von der in den Ansprüchen angegebenen Erfindung Gebrauch machen. Insbesondere ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Grabwerkzeuges 2 nicht auf Eimerkettenbagger beschränkt. Erfindungsgemäß ausgeführte Grabwerkzeuge 2 lassen sich vorteilhaft ebenso bei anderen Baggern sowie Rückladeeinrichtungen, wie zum Beispiel Becherwerken, Löffelbaggern, Schaufelladern, Schürfkübelbaggern (sogenannte „Draglines“) und Schaufelradbaggern nutzen.

Claims (12)

1. Schaufelartiges Grabwerkzeug (2) für Bagger oder Rückladeeinrichtungen mit einem geschlossenen, festen Schaufelrücken ( 2.2), dessen Innenkontur in vertikaler, mittiger Querschnittebene des Grabwerkzeuges (2) betrachtet konkav ausgebildet ist und einen unteren, ansteigenden Rückenbereich (2.3) und ein oberes Rückenende ( 2.4) umfasst, wobei der Radius (R) des Schaufelrückens (2.2) ab dem Beginn (2.21) des unteren, ansteigenden Rückenbereiches (2.3) in Richtung des oberen Rückenendes (2.4) zumindest bis zu einer Teilhöhe des Schaufelrückens (2.2) zunimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (R) des Schaufelrückens (2.2) am oberen Ende (2.4) der konkav ausgebildeten Innenkontur mindestens das 1,2-fache des Radius (R) am Beginn (2.21) des unteren, ansteigenden Rückenbereiches (2.3 ) beträgt.
2. Grabwerkzeug (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (R) des Schaufelrückens (2.2) mindestens bis zu einer Höhe des Schaufelrückens (2.2) zunimmt, in welcher die dortige Tangente (t) an der konkav ausgebildeten Innenkontur oder an einer inneren Hüllkurve (H), welche Abschnitte der konkav ausgebildeten Innenkontur tangiert, mit der Tangente (t_A) an dieser Innenkontur oder Hüllkurve (H) am Beginn (2.21) des unteren, ansteigenden Rückenbereiches (2.3 ) einen Außenwinkel (α) von mindestens 30°, vorzugsweise mindestens 45°, insbesondere vorzugsweise mindestens 60° einschließt.
3. Grabwerkzeug (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (R) des Schaufelrückens (2.2) mindestens bis zu einer Höhe des Schaufelrückens (2.2) zunimmt, in welcher die dortige Tangente (t) an der konkav ausgebildeten Innenkontur oder an einer inneren Hüllkurve (H), welche Abschnitte der konkav ausgebildeten Innenkontur tangiert, mit der Tangente (t_A) an dieser Innenkontur oder Hüllkurve (H) am Beginn (2.21) des unteren, ansteigenden Rückenbereiches (2.3 ) einen Außenwinkel (α) von mindestens 90°, vorzugsweise mindestens 120° einschließt.
4. Grabwerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die konkav ausgebildete Innenkontur zumindest teilweise durch einen aus geraden Innenkonturabschnitten (2.22', 2.23', 2.24', 2.25', 2.26', 2.27') aneinandergereihten Polygonzug gebildet ist.
5. Grabwerkzeug (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der geraden Innenkonturabschnitte (2.22', 2.23', 2.24', 2.25', 2.26') des Polygonzuges ab dem unteren, ansteigenden Rückenbereich (2.3) in Richtung des oberen Rückenendes (2.4) hin zunimmt.
6. Grabwerkzeug (2) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Knickwinkel (β), die von den aufeinanderfolgenden geraden Innenkonturabschnitten (2.22', 2.23', 2.24', 2.25', 2.26' , 2.27') des Polygonzuges definiert werden, ab dem unteren, ansteigenden Rückenbereich (2.3) in Richtung des oberen Rückenendes ( 2.4) hin zunehmen.
7. Grabwerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Polygonzug einer Annäherung einer fiktiven inneren Hüllkurve (H) entspricht, welche die aufeinanderfolgenden geraden Innenkonturabschnitte (2.22', 2.23', 2.24', 2.25', 2.26', 2.27') des Polygonzuges tangiert, wobei der Radius (r) der fiktiven inneren Hüllkurve (H) in Richtung des oberen Rückenendes (2.4) hin kontinuierlich oder diskontinuierlich zunimmt.
8. Grabwerkzeug (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei diskontinuierlicher Zunahme des Radius der fiktiven Hüllkurve (H) deren Radius (r₁, r₂, r₃) im Knickbereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden geraden Innenkonturabschnitten (2.22', 2.23', 2.24', 2.25', 2.26', 2.27') des Polygonzuges in Abhängigkeit des inneren Knickwinkels (β₁, β₂, β₃) und der Längen (L₁, L₂, L₃) der den jeweiligen Knickwinkel (β₁, β₂, β₃) definierenden geraden Innenkonturabschnitte nach der Formel r_i = L_i/(2tan(0,5(π-(β_i))) ermittelbar ist, wobei βi der innere Knickwinkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden benachbarten geraden Innenkonturabschnitten ist, L_i und L_i+1 die Längen der diesen Knickwinkel βi definierenden geraden Innenkonturabschnitte sind, r_i der Radius der fiktiven Hüllkurve (H) im Knickbereich des inneren Knickwinkels β_i zwischen den beiden aufeinanderfolgenden benachbarten geraden Innenkonturabschnitten mit deren Längen L_i und L_i+1 ist, und wobei für die Radien zweier aufeinanderfolgender Knickbereiche die Bedingung r_i+1 > i gilt.
9. Grabwerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste der inneren Knickwinkel (β), die von den aufeinanderfolgenden geraden Innenkonturabschnitten (2.22', 2.23' , 2.24', 2.25', 2.26', 2.27') des Polygonzuges definiert werden, mindestens 120°, vorzugsweise mindestens 150° beträgt.
10. Grabwerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (R) des Schaufelrückens (2.2) am oberen Ende (2.4) der konkav ausgebildeten Innenkontur mindestens das 1,5-fache des Radius (R) am Beginn (2.21) des unteren, ansteigenden Rückenbereiches (2.3) beträgt.
11. Bagger, insbesondere Eimerketten- oder Schaufelradbagger, gekennzeichnet durch mindestens ein Grabwerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Rückladeeinrichtung gekennzeichnet durch mindestens ein Grabwerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

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