DE102013102407B4 - Paddle wheel for breaking down materials from a material bond of high hardness - Google Patents
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Abstract
Schaufelrad (1) für einen Schaufelradbagger zum Abbau von Materialien aus einem Materialverband (25), mit einem Grundkörper (10), der sich um eine Schaufelradrotationsachse (11) erstreckt und an dem auf dem Umfang verteilt mehrere Schaufeln (12) mit Schaufelmessern (13) aufgenommen sind und wobei an jedem Schaufelmesser (13) mehrere Schneidzähne (14) angeordnet sind, die durch Rotation des Grundkörpers (10) um die Schaufelradrotationsachse (11) auf jeweiligen Kreisbahnen (15, 16) bewegbar sind, wobei die Schneidzähne (14), die an zueinander benachbarten Schaufelmessern (13) aufgenommen sind, wenigstens teilweise zueinander versetzt angeordnet sind, sodass diese auf in Richtung zur Schaufelradrotationsachse (11) versetzten Kreisbahnen (15, 16) bewegbar sind, wobei die Schaufeln (12) wenigstens zwei Schaufelmesser (13) aufweisen, wobei eines der Schaufelmesser (13) ein Hauptschaufelmesser (13) bildet, an dem eine Schaufelschale (24) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (12) Schaufelrahmen (21) aufweisen, an denen die Schaufelmesser (13) aufgenommen sind und wobei die Schaufeln (12) lösbar am Grundkörper (10) angeordnet sind, wobei die Schaufelrahmen (21) einen H-förmigen Aufbau mit zwei etwa parallel verlaufenden Längsbalken (22) und einem zwischen den Längsbalken (22) verlaufenden Querbalken (23) aufweisen, wobei die Schaufelmesser (13) an den Längsbalken (22) aufgenommen sind und sich etwa bogenförmig zwischen diesen erstrecken.Bucket wheel (1) for a bucket wheel excavator for mining materials from a material composite (25), with a base body (10) which extends around a bucket wheel rotation axis (11) and on which several blades (12) with bucket knives (13) are distributed around the circumference ) and wherein a plurality of cutting teeth (14) are arranged on each bucket knife (13), which can be moved on respective circular paths (15, 16) by rotating the base body (10) about the bucket wheel rotation axis (11), the cutting teeth (14) , which are received on adjacent blade knives (13), are at least partially offset from one another, so that they can be moved on circular paths (15, 16) offset in the direction of the blade wheel rotation axis (11), the blades (12) at least two blade blades (13 ), one of the shovel knives (13) forming a main shovel knife (13) on which a shovel shell (24) is arranged, characterized in that the shovel Eln (12) have shovel frames (21) on which the shovel blades (13) are received and wherein the blades (12) are detachably arranged on the base body (10), the shovel frames (21) having an H-shaped structure with two approximately parallel extending longitudinal beam (22) and a transverse beam (23) extending between the longitudinal beams (22), the shovel knives (13) being received on the longitudinal beams (22) and extending approximately arcuately between them.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaufelrad zum Abbau von Materialien aus einem Materialverband insbesondere hoher Härte, mit einem Grundkörper, der sich um eine Schaufelradrotationsachse erstreckt und an dem auf dem Umfang verteilt mehrere Schaufeln mit Schaufelmessern aufgenommen sind und wobei an jedem Schaufelmesser mehrere Schneidzähne angeordnet sind, die durch Rotation des Grundkörpers um die Schaufelradrotationsachse auf jeweiligen Kreisbahnen bewegbar sind.The present invention relates to a paddle wheel for the mining of materials from a material composite, in particular of high hardness, with a base body which extends around a paddle wheel rotation axis and on which a plurality of blades with paddle knives are distributed around the circumference and a plurality of cutting teeth are arranged on each paddle knife, which can be moved on respective circular paths by rotating the base body around the impeller rotation axis.
Schaufelräder finden insbesondere für Schaufelradbagger Anwendung, und Schaufelradbagger werden üblicherweise im offenen Tagebau zum Abtragen und zum Abtransport großer Mengen an Materialien verwendet. Dabei wird das Material aus einem Materialverband gelöst, und der Materialverband kann beispielsweise ein Gebirgsverband oder auch eine künstlich aufgeschüttete Halde sein. Harte Materialien weisen dabei Druckfestigkeiten von mehr als 5,0 MPa auf, sodass Schaufelräder in besonderer Weise ausgeführt werden müssen, um der größeren Härte des Materialverbandes gerecht zu werden.Bucket wheels are used in particular for bucket wheel excavators, and bucket wheel excavators are usually used in open pit mining for the removal and removal of large quantities of materials. The material is released from a material association, and the material association can be, for example, a mountain association or an artificially heaped dump. Hard materials have compressive strengths of more than 5.0 MPa, so that paddle wheels have to be designed in a special way in order to do justice to the greater hardness of the material composite.
Das Schaufelrad wird durch einen Antrieb des Schaufelradbaggers um seine Schaufelradrotationsachse in Rotation versetzt, und das abzubauende Material wie Braunkohle, Kreide, Kalkstein und dergleichen wird durch das rotierende Schaufelrad aus dem Materialverband gelöst und in Schaufeln vertikal angehoben, um anschließend auf ein Transportband zum Weitertransport zu gelangen. Harte Abbaumaterialien sind beispielsweise Hartbraunhohle, Steinkohle, Mergel oder dergleichen. Als tragende Grundstruktur weist das Schaufelrad einen Grundkörper auf, der um die Schaufelradrotationsachse rotiert, die etwa horizontal zur Abraumböschung des Gebirgsverbands verläuft, und durch den Schaufelradbagger wird das Schaufelrad zur Erzeugung eines Vorschubes etwa in Richtung zur Schaufelradrotationsachse seitlich verschwenkt. Hierzu weist der Schaufelradbagger einen Oberbau auf, und die Verschwenkung kann durch Drehung auf einem Raupenfahrwerk ausgeführt werden, jedoch besteht auch die Möglichkeit, dass das Schaufelrad durch Verfahren des Schaufelradbaggers mittels des Raupenfahrwerkes relativ zum Gebirgsverband bewegt wird.The bucket wheel is set in rotation about its bucket wheel rotation axis by a drive of the bucket wheel excavator, and the material to be mined such as lignite, chalk, limestone and the like is detached from the material composite by the rotating bucket wheel and lifted vertically in buckets in order to then move onto a conveyor belt for further transport reach. Hard mining materials are, for example, hard brown coal, bituminous coal, marl or the like. As a load-bearing basic structure, the bucket wheel has a base body that rotates around the bucket wheel rotation axis, which runs roughly horizontally to the spoil slope of the mountain range, and the bucket wheel excavator swivels the bucket wheel laterally in the direction of the bucket wheel rotation axis in order to generate a feed rate. For this purpose, the bucket wheel excavator has a superstructure, and the pivoting can be carried out by rotating on a crawler chassis, but there is also the possibility that the bucket wheel is moved relative to the mountain range by moving the bucket wheel excavator by means of the crawler chassis.
Am etwa zylindrischen Grundkörper sind mehrere Schaufeln angeordnet, welche Schaufelmesser mit einer Vielzahl von Schneidzähnen besitzen. Häufig sind dabei jeder Schaufel ein Hauptschaufelmesser und ein oder mehrere sogenannte Vorschneider zugeordnet, und das durch die Schneidzähne aus dem Materialverband gelöste Material gelangt in die Schaufel und anschließend auf das Transportband des Schaufelradbaggers.Several blades are arranged on the approximately cylindrical base body, which blades have a large number of cutting teeth. Often each bucket is assigned a main bucket knife and one or more so-called pre-cutters, and the material loosened from the material bond by the cutting teeth gets into the bucket and then onto the conveyor belt of the bucket wheel excavator.
Beispielsweise zeigt die
Im Grundkörper des Schaufelrades sind entsprechend der Anzahl der auf dem Schaufelrad befestigten Schaufeln entweder radial ausgestreckte Zellen oder Ringräume vorgesehen, in welche die gebaggerte Materialmasse beim Anheben der Schaufel entweichen kann, um den Grabvorgang nicht zu erschweren. Um die Entleerung der Zellen oder Ringräume insbesondere bei klebrigen Materialien nicht zu gefährden, ist eine zu hohe Anzahl der Zellen beziehungsweise Ringräume auf dem Grundkörper nicht erwünscht. Bei kleinen Schaufelrädern im Bereich von 4 m bis 5 m Durchmesser kann die Anzahl der Ringräume auf ca. 10 bis 15 und bei großen Schaufelrädern mit 15 m bis 20 m Durchmesser auf ca. 20 bis 25 begrenzt werden.In the base body of the bucket wheel, depending on the number of buckets attached to the bucket wheel, either radially extended cells or annular spaces are provided, into which the excavated material can escape when the bucket is lifted so as not to complicate the digging process. In order not to endanger the emptying of the cells or annular spaces, especially with sticky materials, too high a number of cells or annular spaces on the base body is not desirable. In the case of small paddle wheels in the range of 4 m to 5 m in diameter, the number of annular spaces can be limited to approx. 10 to 15 and in the case of large paddle wheels with a diameter of 15 m to 20 m to approx. 20 to 25.
Neben den gezeigten dreieck- oder trapezförmigen Schaufelmessern sind Schaufeln mit einem U-förmigen Schaufelrahmen bekannt, der auf dem Grundkörper rechts und links von den Zellen- beziehungsweise Ringräumen mit Bolzen und Keilen am Grundkörper befestigt ist, wobei jede Schaufel wenigstens einen Schaufelrücken zur Materialaufnahme und ein Schaufelmesser aufweist, auf welchem in der Regel die Schneidzähne befestigt sind.In addition to the triangular or trapezoidal blade blades shown, blades with a U-shaped blade frame are known, which is attached to the base body to the right and left of the cell or annular spaces with bolts and wedges on the base body, with each blade at least one blade back for material pick-up and one Has shovel knife, on which the cutting teeth are usually attached.
Die Seitenabschnitte der Schaufelmesser besitzen, bezogen auf die Schaufelradrotationsachse, einen steilen Anstellwinkel. Dieser Anstellwinkel bezieht sich auf den unteren Teil der Seitenabschnitte, die gerade noch aktiv am Grabprozess beteiligt sind. Bei den bekannten Schaufelradformen liegt dieser Winkel typischerweise über 60°. Dadurch lässt sich ein relativ steiler Winkel zwischen der Seiten- und der Frontschnittböschung der Schaufel realisieren.The side sections of the bucket knives have a steep angle of attack in relation to the bucket wheel rotation axis. This angle of attack refers to the lower part of the side sections that are still actively involved in the digging process. In the known paddle wheel shapes, this angle is typically more than 60 °. As a result, a relatively steep angle can be achieved between the side slope and the front slope slope of the blade.
Beim Baggern von härteren Materialien mit Druckfestigkeiten von mehr als 5 MPa kommt es nicht selten vor, dass die Anzahl der Schaufelmesser höher sein muss als die Anzahl der Schaufeln beziehungsweise der Zellen- oder Ringräume auf dem Schaufelrad. In diesem Fall ist die Befestigung von einem oder mehreren zusätzlichen Schaufelmessern ohne Schaufelrücken, auch Vorschneider genannt, auf einem Ringträger des Grundkörpers des Schaufelrades bekannt. Die Zahnbestückung, also die Anordnung und die Anstellung der Schneidzähne, ist für alle Schaufelmesser inklusive dem sogenannten Vorschneider gleich, um einen gleichen Grabquerschnitt zu gewährleisten.When digging harder materials with compressive strengths of more than 5 MPa, it is not uncommon for the number of shovel knives to be higher than the number of shovels or the cell or annular spaces on the Paddle wheel. In this case, the attachment of one or more additional blade knives without a blade back, also known as a precutter, on a ring carrier of the base body of the blade wheel is known. The set of teeth, i.e. the arrangement and adjustment of the cutting teeth, is the same for all shovel knives, including the so-called pre-cutter, in order to ensure the same digging cross-section.
Beim Schneiden von härteren Materialien mit einer Druckfestigkeit von über 5,0 MPa hat sich indes gezeigt, dass die Grabkraftbelastung auf einem Schneidzahn sehr hoch werden kann, sodass die Anzahl der Schneidzähne auf einem Schaufelmesser wesentlich erhöht werden muss, um die Grabquerschnitte für jeden einzelnen Schneidzahn zu verringern. Eine zu hohe Anzahl der Zähne auf einem Schaufelmesser ist jedoch aufgrund des verfügbaren Raums zur Anordnung der Schneidzähne auf dem Schaufelmesser begrenzt und verschlechtert dabei den Materialfluss gelöster Materialbrocken aus dem Materialverband. Ferner soll das Ziel verfolgt werden, dass weniger vereinzelt starke Grabkraftstöße in das Gesamtsystem des Schaufelradbaggers eingeleitet werden sondern mehrere abgeschwächte Grabkraftstöße, sodass sich die auftretenden Grabkräfte im Wesentlichen vergleichmäßigen.When cutting harder materials with a compressive strength of over 5.0 MPa, however, it has been shown that the digging force load on a cutting tooth can be very high, so that the number of cutting teeth on a shovel knife has to be increased significantly to accommodate the digging cross-sections for each individual cutting tooth to reduce. However, an excessively high number of teeth on a shovel knife is limited due to the space available for arranging the cutting teeth on the shovel knife and in the process worsens the material flow of loosened material chunks from the material assembly. Furthermore, the aim is to ensure that fewer isolated, strong digging force shocks are introduced into the overall system of the bucket wheel excavator, but rather several weakened digging force shocks, so that the digging forces that occur are essentially equalized.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass besonders beim Baggern von vielen Nutzmineralien wie Kohle, Kreide, Kalkstein und dergleichen, ein höherer Zerkleinerungsgrad mit Limitierung der maximalen Brockengrößen erwünscht ist. Ein definierter Grabquerschnitt für jeden einzelnen Schneidzahn setzt einen ausreichend großen Abstand zwischen zwei benachbarten Schneidzähnen auf einem Schaufelmesser voraus. Auch beim Durchschlagen von Harteinschlüssen, beispielsweise Siderit-, Toneisenstein- oder Flintsteinschichten und Flintsteinknollen, ist ein größerer Abstand der benachbarten Schneidzähne am Umfang des Schaufelrades von Vorteil. Jedoch muss auch die Größe des Schaufelrades begrenzt bleiben, welches ferner zudem in Richtung zur Schaufelradrotationsachse nicht beliebig verbreitert werden kann, um bei einer großen Anzahl von Schneidzähnen hinreichende Abstände zwischen den Schneidzähnen zu gewährleisten.Furthermore, it has been shown that, particularly when excavating many useful minerals such as coal, chalk, limestone and the like, a higher degree of comminution with a limitation of the maximum chunk size is desirable. A defined digging cross-section for each individual cutting tooth requires a sufficiently large distance between two adjacent cutting teeth on a shovel knife. A greater distance between the adjacent cutting teeth on the circumference of the paddle wheel is also advantageous when penetrating hard inclusions, for example layers of siderite, clay iron or flint stone and flint lumps. However, the size of the paddle wheel must also remain limited, which furthermore cannot be arbitrarily widened in the direction of the paddle wheel rotation axis in order to ensure sufficient spacing between the cutting teeth with a large number of cutting teeth.
Aus der
Aus der
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Schaufelrades zum Abbau von härteren Materialien mit einer vergrößerten Anzahl von Schneidzähnen, denen jeweils ein definierter Grabquerschnitt zugeordnet werden kann. Insbesondere soll dabei die Brockengröße des abgebauten Materials begrenzt bleiben.The object of the invention is to develop a paddle wheel for mining harder materials with an increased number of cutting teeth, each of which can be assigned a defined digging cross section. In particular, the chunk size of the extracted material should remain limited.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Schaufelrad zum Abbau von Materialien aus einem Materialverband gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen nach dem Anspruch 1 und von einer Schaufel für ein solches Schaufelrad mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved on the basis of a paddle wheel for breaking down materials from a composite material according to the preamble of
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Schneidzähne, die an zueinander benachbarten Schaufelmessern aufgenommen sind, wenigstens teilweise zueinander versetzt angeordnet sind, sodass diese auf in Richtung zur Schaufelradrotationsachse versetzten Kreisbahnen bewegbar sind.The invention includes the technical teaching that the cutting teeth, which are received on adjacent blade knives, are at least partially offset from one another, so that they can be moved on circular paths offset in the direction of the blade wheel rotation axis.
Durch die versetzte Anordnung der Schneidzähne auf zueinander benachbarten Schaufelmessern wird erreicht, dass die Zahnbestückung der in Umfangsrichtung des Schaufelrades an aufeinander folgenden Schaufelmessern unterschiedlich ist, sodass die Anzahl der Schneidzähne, die an einem Schaufelmesser angeordnet sind, reduziert werden kann, aber die Anzahl der Schaufelmesser, die insgesamt auf einem Schaufelrad angeordnet werden können, kann gleich bleiben oder sogar erhöht werden. Die Erfindung umfasst dabei auch die Möglichkeit, dass zwei oder mehrere Reihen von Schneidzähnen auf nur einem Schaufelmesser aufgenommen werden, wenn die Geometrie des Schaufelmessers dies zulässt, etwa durch eine entsprechende Verlängerung des Schaufelmessers in Rotationsrichtung. Damit können auch Schneidzähne auf einem Schaufelmesser in verschiedenen, in Rotationsrichtung aufeinander folgenden Zahnreihen aufgenommen sein.The offset arrangement of the cutting teeth on adjacent blade knives means that the number of teeth on successive blade blades in the circumferential direction of the blade wheel is different, so that the number of cutting teeth that are arranged on a blade blade can be reduced, but the number of blade blades , which can be arranged in total on a paddle wheel, can remain the same or even be increased. The invention also includes the possibility that two or more rows of cutting teeth are recorded on only one shovel knife, if the geometry of the shovel knife allows this, for example by a corresponding extension of the shovel knife in the direction of rotation. In this way, cutting teeth can also be accommodated on a shovel knife in different rows of teeth following one another in the direction of rotation.
Der Versatz der Schneidzähne kann so ausgeführt werden, dass ein Schneidzahn auf einem nachfolgenden Schaufelmesser eine Zahnlücke füllt, die zwischen zwei Schneidzähnen auf einem vorauseilenden Schaufelmesser gebildet ist. Durch den Versatz der Schneidzähne zueinander entstehen in Richtung zur Schaufelradrotationsachse versetzte Kreisbahnen der Schneidzähne, wobei zwei Schneidzähne, die auf einer gemeinsamen Kreisbahn bewegbar sind, nicht auf in Umfangsrichtung des Schaufelrades aufeinanderfolgenden Schaufelmessern angeordnet sind. Die Schneidzähne, die auf gemeinsamen Kreisbahnen bewegbar sind, sind dabei auf Schaufelmessern aufgenommen, zwischen denen wenigstens ein weiteres Schaufelmesser mit einem abweichenden Zahnbesatz vorhanden ist.The offset of the cutting teeth can be carried out in such a way that a cutting tooth on a following blade fills a tooth gap that is formed between two cutting teeth on a leading blade. The offset of the cutting teeth to one another results in circular paths of the cutting teeth that are offset in the direction of the bucket wheel rotation axis, with two cutting teeth, which can be moved on a common circular path, not being arranged on bucket knives following one another in the circumferential direction of the bucket wheel. The cutting teeth, which can be moved on common circular paths, are received on shovel knives, between which there is at least one further shovel knife with a different set of teeth.
Mit besonderem Vorteil können in periodischer Abfolge in Umfangsrichtung des Grundkörpers verteilt wenigstens 2, 3, 4 oder mehr Schaufelmesser mit zueinander versetzt angeordneten Schneidzähnen aufgenommen sein, sodass jedem Schneidzahn an benachbarten Schaufelmessern ein separater Grabquerschnitt zugeordnet wird. Die Anzahl der Schneidzähne pro Schaufel, die auf einem Schaufelmesser aufgenommen sind, kann dabei um die Anzahl der Schaufelmesser mit zueinander unterschiedlichen Zahnbesetzungen geteilt werden. Sind beispielsweise zwei Schaufelmesser vorgesehen, die in periodischer Abfolge in Umfangsrichtung des Grundkörpers jeweils in einer ersten Anordnung und in einer zweiten Anordnung Schneidzähne aufweisen, so ermöglichen diese eine Halbierung der erforderlichen Anzahl der Schneidzähne auf jedem der Schaufelmesser. Sind drei Schaufelmesser mit in periodischer Abfolge in Umfangsrichtung des Grundkörpers jeweils versetzt angeordnete Schneidzähnen vorgesehen, so kann die erforderliche Anzahl der Schneidzähne pro Schaufelmesser auf ein Drittel begrenzt werden. Dabei kann jedem Schneidzahn der gleiche Grabquerschnitt zufallen. Die Zahnanordnung von jedem Schaufelmesser und die Reihenfolge der Schaufelmesser mit unterschiedlichen Anordnungen in der Periode wird dabei sinnvollerweise so bestimmt, dass jeder Schneidzahn einen separaten Grabquerschnitt zu schneiden hat und die Grabquerschnitte der auf einem Schaufelmesser installierten Schneidzähne sollen sich dabei nicht überschneiden.With particular advantage, at least 2, 3, 4 or more shovel knives with offset from one another can be distributed in a periodic sequence in the circumferential direction of the base body Be added cutting teeth, so that each cutting tooth on adjacent shovel knives is assigned a separate digging cross-section. The number of cutting teeth per shovel, which are received on a shovel knife, can be divided by the number of shovel knives with mutually different tooth configurations. If, for example, two shovel knives are provided, which have cutting teeth in a periodic sequence in the circumferential direction of the base body, each in a first arrangement and in a second arrangement, then these enable the required number of cutting teeth on each of the shovel knives to be halved. If three shovel knives are provided with cutting teeth arranged offset in a periodic sequence in the circumferential direction of the base body, the required number of cutting teeth per shovel knife can be limited to a third. Each cutting tooth can have the same grave cross-section. The tooth arrangement of each shovel knife and the order of the shovel knives with different arrangements in the period is sensibly determined so that each cutting tooth has to cut a separate digging cross-section and the digging cross-sections of the cutting teeth installed on a shovel knife should not overlap.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schaufelrades sind die Schaufelmesser bogenförmig ausgeführt und weisen eine in Richtung zur Schaufelradrotationsachse verlaufende Schaufelmesserbreite und eine in Radialrichtung verlaufende Schaufelmessertiefe auf, wobei das Verhältnis der Schaufelmessertiefe zur Schaufelmesserbreite einen Wert von 0,1 bis 0,7, vorzugsweise von 0,15 bis 0,5 und besonders bevorzugt von 0,2 bis 0,4 beträgt. Erst durch die relativ flache Ausführung der Schaufelmesser mit einer großen Breite und einer geringen Grabtiefe entsteht eine relativ flache Bauweise der Schaufeln, sodass eine sinnvolle Trennung der Querschnittsprofile der benachbarten Schneidzähne erreicht wird. Das angegebene Verhältnis zwischen Schaufelmessertiefe zur Schaufelmesserbreite bildet dabei eine Kennzahl der flachen Bauweise der Schaufel, wobei unter der Schaufelmessertiefe die maximale Schaufelgrabtiefe verstanden wird, womit ein maximaler radialer Abstand aller am Schaufelrad beziehungsweise an allen Schaufelmessern installierten Schneidzähnen verstanden wird. Unter der Schaufelbreite wird der maximale Abstand zwischen den äußeren Schneidzähnen in Richtung der Schaufelradrotationsachse verstanden.According to an advantageous development of the bucket wheel according to the invention, the bucket knives are curved and have a bucket knife width running in the direction of the bucket wheel rotation axis and a bucket knife depth running in the radial direction, the ratio of the bucket knife depth to the bucket knife width having a value of 0.1 to 0.7, preferably 0 , 15 to 0.5 and particularly preferably from 0.2 to 0.4. Only the relatively flat design of the shovel knives with a large width and a shallow digging depth results in a relatively flat design of the shovels, so that a meaningful separation of the cross-sectional profiles of the adjacent cutting teeth is achieved. The specified ratio between the shovel knife depth and the shovel knife width forms a key figure for the flat design of the shovel, whereby the shovel knife depth is understood to mean the maximum shovel dig depth, which means a maximum radial distance of all cutting teeth installed on the paddle wheel or on all of the shovel knives. The blade width is understood to mean the maximum distance between the outer cutting teeth in the direction of the blade wheel rotation axis.
Die Schaufelmesser weisen zur Schaufelmitte hin zulaufende Seitenabschnitte auf, und die erfindungsgemäße Bauweise der Schaufel spiegelt sich im Anstellwinkel zwischen der Erstreckungsrichtung der Seitenabschnitte und der Schaufelradrotationsachse wieder. Beispielsweise kann die Erstreckungsrichtung der Seitenabschnitte mit der Schaufelradrotationsachse einen Anstellwinkel von unter 60°, bevorzugt von unter 55° und besonders bevorzugt von unter 50° einschließen. Sind die Schaufelmesser bogenförmig ausgeführt, kann die Erstreckungsrichtung der Seitenabschnitte durch eine Tangente oder eine Sekante gebildet werden, die durch die auf den Seitenabschnitten der Schaufelmesser angeordneten Schneidzähnen geführt wird.The bucket knives have side sections tapering towards the middle of the bucket, and the construction of the bucket according to the invention is reflected in the angle of incidence between the direction of extent of the side sections and the bucket wheel rotation axis. For example, the direction of extent of the side sections with the impeller rotation axis can include an angle of incidence of less than 60 °, preferably of less than 55 ° and particularly preferably of less than 50 °. If the shovel knives are arcuate, the direction of extension of the side sections can be formed by a tangent or a secant, which is guided by the cutting teeth arranged on the side sections of the shovel knives.
Weiterhin spiegelt sich die erfindungsgemäße Bauweise der Schaufel auch im Verhältnis zwischen einem Schneidkreisdurchmesser des Schaufelrades und der Schaufelmesserbreite wieder. Das Verhältnis von Schneidkreisdurchmesser zur Schaufelbreite kann dabei bei Schaufelrädern mit einem Schneidkreisdurchmesser von weniger als 7 m einen Wert von unter 4, bevorzugt von unter 3,5 und besonders bevorzugt von unter 3, bei Schaufelrädern mit einem Schneidkreisdurchmesser von 7 m bis 13 m einen Wert von unter 5, bevorzugt von unter 4,5 und besonders bevorzugt von unter 4, bei Schaufelrädern mit einem Schneidkreisdurchmesser von 13 m bis 18 m einen Wert von unter 6, bevorzugt von unter 5,5 und besonders bevorzugt von unter 5 und bei Schaufelrädern mit einem Schneidkreisdurchmesser von mehr als 18 m einen Wert von unter 7, bevorzugt von unter 6,5 und besonders bevorzugt von unter 6 aufweist. Durch die sehr breite Ausführung des Schaufelrades im Verhältnis zum Schneidkreisdurchmesser entsteht ein fräsendes Schaufelrad, was relativ zur Böschungskante einen flachen Anschneidewinkel erlaubt. Die maximalen Abmessungen der Querschnittsprofile für die Schneidzähne bestimmen dabei im Wesentlichen die Korngrößenverteilung des gelösten Materials und können in Kombination mit den Klüftungskennzahlen des Abbaumaterials für die Bewertung der Überkornhäufigkeit und Fließfähigkeit des abgebauten Materials genutzt werden.Furthermore, the construction of the blade according to the invention is also reflected in the ratio between a cutting diameter of the blade wheel and the blade width. The ratio of the cutting circle diameter to the blade width can be below 4, preferably below 3.5 and particularly preferably below 3 for blade wheels with a cutting circle diameter of less than 7 m, and a value for blade wheels with a cutting circle diameter of 7 m to 13 m of less than 5, preferably of less than 4.5 and particularly preferably of less than 4, for paddle wheels with a cutting diameter of 13 m to 18 m a value of less than 6, preferably of less than 5.5 and particularly preferably of less than 5 and for paddle wheels with a cutting circle diameter of more than 18 m has a value of less than 7, preferably less than 6.5 and particularly preferably less than 6. The very wide design of the paddle wheel in relation to the cutting diameter creates a milling paddle wheel, which allows a flat cutting angle relative to the slope edge. The maximum dimensions of the cross-sectional profiles for the cutting teeth essentially determine the grain size distribution of the dissolved material and can be used in combination with the fracture indicators of the excavated material to evaluate the frequency of oversized grains and the flowability of the excavated material.
Durch eine zweckmäßige Gestaltung eines gleichmäßigen Spaltes zwischen den einzelnen auf dem Umfang des Schaufelrades angeordneten Schaufelmessern lässt sich der Überkornanteil im geförderten Material zusätzlich reduzieren. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich daraus, dass die Schaufelmesser einen Abstand in Rotationsrichtung zueinander aufweisen können, der etwa dem Doppelten der Hauptabmessungen der Grabquerschnitte entspricht. Damit wird eine Siebfunktion erzeugt, die bewirkt, dass die maximale Korngröße des Abbaumaterials, das in die Schaufelschalen gelangt, begrenzt ist und die Überkornhäufigkeit kann begrenzt werden.The oversize fraction in the conveyed material can be additionally reduced by an expedient design of a uniform gap between the individual blade blades arranged on the circumference of the blade wheel. A particularly advantageous embodiment results from the fact that the shovel knives can be at a distance from one another in the direction of rotation that corresponds approximately to twice the main dimensions of the grave cross-sections. This creates a sieve function which has the effect that the maximum grain size of the mining material that gets into the shovel shells is limited and the frequency of oversized grains can be limited.
Erfindungsgemäß weisen die Schaufeln Schaufelrahmen auf, an denen die Schaufelmesser und insbesondere Schaufelschalen aufgenommen sind und wobei die Schaufeln lösbar am Grundkörper angeordnet sind. Um die große Anzahl der Schaufelmesser bei der Instandhaltung des Schaufelrades schnell wechseln zu können, ist es sinnvoll, die Schaufeln lösbar am Grundkörper anzuordnen.According to the invention, the blades have blade frames on which the blade knives and, in particular, blade shells are received, and with the blades being detachably arranged on the base body. To the large number of In order to be able to change the bucket knife quickly during the maintenance of the bucket wheel, it makes sense to releasably arrange the buckets on the base body.
Erfindungsgemäß weist der Schaufelrahmen der Schaufeln einen H-förmigen Aufbau mit zwei etwa parallel verlaufenden Längsbalken und einem zwischen den Längsbalken verlaufenden Querbalken auf, wobei die Schaufelmesser an den Längsbalken aufgenommen sind und sich etwa bogenförmig zwischen diesen erstrecken. Der Grundkörper des Schaufelrades kann zwei Ringträger aufweisen, die sich als Rotationskörper um die Schaufelradrotationsachse erstrecken, wobei zwischen den Ringträgern Querholme in periodischen Abständen zueinander verlaufen. Zwischen den Ringträgern und den Querholmen entstehen dabei die Ringräume, in welche die gebaggerte Materialmasse beim Anheben der Schaufeln entweichen kann. Der Querbalken korrespondiert dabei in seiner Position vorteilhafterweise mit dem Querholm, um den Ringraum unter den Schaufelmessern nicht unnötig zu verkleinern. Die Schaufelmesser sind dabei an den Längsbalken aufgenommen und verlaufen etwa bogenförmig zwischen den beiden Längsbalken. Der Schaufelrahmen kann dabei lösbar am Grundkörper angeordnet sein, sodass ein minimaler Montage- und Demontageaufwand erzeugt wird, wenn eine Schaufel vom Schaufelrad gelöst werden soll.According to the invention, the blade frame of the blades has an H-shaped structure with two approximately parallel longitudinal beams and a transverse beam extending between the longitudinal beams, the blade blades being received on the longitudinal beams and extending approximately in an arc between them. The main body of the paddle wheel can have two ring carriers, which extend as rotational bodies around the paddle wheel axis of rotation, with transverse bars extending between the ring carriers at periodic distances from one another. Between the ring carriers and the transverse bars, the annular spaces are created into which the dredged material can escape when the shovels are lifted. The position of the cross bar advantageously corresponds to the cross bar in order not to unnecessarily reduce the size of the annular space under the shovel knives. The shovel knives are received on the longitudinal beams and run approximately in an arc between the two longitudinal beams. The blade frame can be detachably arranged on the base body, so that a minimal assembly and disassembly effort is generated when a blade is to be detached from the blade wheel.
Eine Schaufel kann wenigstens zwei, vorzugsweise drei und besonders bevorzugt vier oder mehr Schaufelmesser aufweisen, wobei eines der Schaufelmesser ein Hauptschaufelmesser bildet, an dem eine Schaufelschale angeordnet ist. Die übrigen Schaufelmesser bilden dabei die sogenannten Vorschneider, wobei pro Schaufel nicht zwingend das erste Schaufelmesser das Hauptschaufelmesser darstellen muss, und einem in Rotationsrichtung des Schaufelrades weiter vorne angeordneten Hauptschaufelmesser an einer zweiten Schaufel können Vorschneider vorauseilen, die an einer in Rotationsrichtung vorausliegenden ersten Schaufel angeordnet sind. Die Anordnung der Schaufelschale kann angrenzend an das Hauptschaufelmesser vorgesehen sein, ohne dass eine haltende Verbindung zwischen der Schaufelschale und dem Hauptschaufelmesser vorliegt. Insbesondere können die Schaufelschalen am Schaufelrahmen vorzugsweise lösbar angeordnet sein.A shovel can have at least two, preferably three and particularly preferably four or more shovel knives, one of the shovel knives forming a main shovel knife on which a shovel shell is arranged. The remaining shovel knives form the so-called precutters, whereby the first shovel knife does not necessarily have to represent the main shovel knife for each shovel, and a main shovel knife arranged further forward in the direction of rotation of the paddle wheel on a second shovel can lead ahead of the pre-cutters arranged on a first shovel in the direction of rotation ahead . The arrangement of the shovel shell can be provided adjacent to the main shovel knife, without there being a holding connection between the shovel shell and the main shovel knife. In particular, the vane shells can be arranged preferably detachably on the vane frame.
Die wenigstens eine Schaufelschale pro Schaufel ist vorzugsweise im Bereich zwischen der Querverbindung der Schaufel und dem nächsten Schaufelmesser so zu gestalten, dass sowohl keine Materialkomprimierung im Schaufelinnenbereich als auch keine Verklemmung der Gesteinsbrocken zwischen dem Schaufelrücken und einem nachkommenden Schaufelmesser möglich ist. Für diesen Zweck kann ein kurzer Schaufelrücken ausreichend sein, der einen sanften Übergang zwischen einem Schaufelmesser und dem Zellen- beziehungsweise Ringraumbereich entlang der Querverbindung der Schaufel realisiert.The at least one shovel shell per shovel is preferably to be designed in the area between the cross connection of the shovel and the next shovel knife in such a way that neither material compression in the inner region of the shovel nor jamming of the rocks between the shovel back and a following shovel knife is possible. For this purpose, a short blade back can be sufficient, which realizes a smooth transition between a blade and the cell or annulus area along the cross connection of the blade.
Die Erfindung richtet sich ferner auf eine Schaufel für ein Schaufelrad zum Abbau von Materialien aus einem Materialverband insbesondere hoher Härte, die an einem Grundkörper anordbar ist, der sich um eine Schaufelradrotationsachse erstreckt, wobei an der Schaufel Schaufelmesser aufgenommen sind und wobei an jedem Schaufelmesser mehrere Schneidzähne angeordnet sind, die durch Rotation des Grundkörpers um die Schaufelradrotationsachse auf jeweiligen Kreisbahnen bewegbar sind, wobei vorgesehen ist, dass die Schneidzähne, die an zueinander benachbarten Schaufelmessern aufgenommen sind, wenigstens teilweise zueinander versetzt angeordnet sind, sodass diese auf in Richtung zur Schaufelradrotationsachse versetzten Kreisbahnen bewegbar sind. Die in Zusammenhang mit dem Schaufelrad beschriebenen Merkmale und zugehörigen Vorteile finden für die erfindungsgemäße Schaufel für ein solches Schaufelrad ebenfalls Berücksichtigung.The invention is also directed to a vane for a paddle wheel for breaking down materials from a material composite, in particular of high hardness, which can be arranged on a base body which extends around a paddle wheel rotation axis, with paddle blades being received on the shovel and with a plurality of cutting teeth on each paddle blade which can be moved on respective circular paths by rotating the base body about the bucket wheel rotation axis, it being provided that the cutting teeth, which are received on mutually adjacent bucket knives, are at least partially offset from one another, so that they can be moved on circular paths offset in the direction of the bucket wheel rotation axis are. The features described in connection with the paddle wheel and the associated advantages are also taken into account for the paddle according to the invention for such a paddle wheel.
Das erfindungsgemäße Schaufelrad kann beispielsweise für ein Verfahren zum Abbau von Materialien aus einem Materialverband verwendet werden insbesondere hoher Härte mit wenigstens einer Schaufel, auf der Schneidzähne insbesondere mittels Schaufelmessern aufgenommen sind, wobei durch Bewegung der Schaufel die Schneidzähne auf wenigstens zwei Kreisbahnen bewegbar sind. Dabei ist vorgesehen, dass Schneidzähne einer ersten Anordnung auf jeweils ersten Kreisbahnen durch den Materialverband bewegt werden und wobei durch die Bewegung der Schaufel nachfolgend Schneidzähne einer zweiten Anordnung auf jeweils zweiten Kreisbahnen durch den Materialverband bewegt werden, wobei die zweiten Kreisbahnen in Richtung zur Schaufelradrotationsachse zu den ersten Kreisbahnen versetzt sind. Das Verfahren kann insbesondere mit Schaufeln ausgeführt werden, die auf einem Schaufelrad angeordnet sind, und die Bewegung der Schaufeln wird durch Rotation des Schaufelrades um seine Schaufelradrotationsachse erzeugt. Dabei kann das Schaufelrad wie vorstehend beschrieben ausgeführt sein.The paddle wheel according to the invention can be used, for example, for a method for breaking down materials from a composite material, in particular with a high hardness, with at least one shovel on which cutting teeth are held, in particular by means of shovel knives, with the cutting teeth being movable on at least two circular paths by moving the shovel. It is provided that cutting teeth of a first arrangement are moved on first circular paths through the material assembly and the movement of the shovel subsequently moves cutting teeth of a second arrangement on respective second circular paths through the material assembly, the second circular paths in the direction of the bucket wheel rotation axis to the first circular paths are offset. The method can in particular be carried out with blades which are arranged on a blade wheel, and the movement of the blades is generated by rotating the blade wheel about its axis of rotation of the blade wheel. The paddle wheel can be designed as described above.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer Schaufel mit vier Schaufelmessern, -
2 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Schaufelrades, -
3 eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes des Schaufelrades gemäß der vorliegenden Erfindung, -
4 einen Querschnitt durch das Schaufelrad, -
5 einen Abschnitt des Schaufelrades in einer Seitenansicht, -
6 die Ansicht eines Schaufelrahmens einer erfindungsgemäß ausgeführten Schaufel, an dem mehrere Schaufelmesser angeordnet sind, -
7a eine schematische Ansicht des Zahneingriffs einer Schaufel mit Schneidzähnen gemäß dem Stand der Technik, -
7b eine schematische Ansicht des Zahneingriffs einer Schaufel mit einer Anordnung von Schneidzähnen an zwei benachbarten Schaufelmessern, -
8 eine schematische Darstellung von Grabquerschnitten mit in aufeinander folgenden drei Schaufelmessern verschiedener Zahnbestückung und -
9 eine schematische Darstellung von Grabquerschnitten mit in aufeinander folgenden vier Schaufelmessern verschiedener Zahnbestückung.
-
1 a perspective view of a shovel with four shovel knives, -
2 a plan view of a section of a paddle wheel according to the invention, -
3 a perspective view of a portion of the paddle wheel according to the present invention, -
4th a cross section through the paddle wheel, -
5 a section of the paddle wheel in a side view, -
6th the view of a shovel frame of a shovel designed according to the invention, on which several shovel knives are arranged, -
7a a schematic view of the tooth engagement of a blade with cutting teeth according to the prior art, -
7b a schematic view of the tooth engagement of a shovel with an arrangement of cutting teeth on two adjacent shovel knives, -
8th a schematic representation of grave cross-sections with three consecutive shovel blades with different teeth and -
9 a schematic representation of grave cross-sections with four consecutive shovel knives with different teeth.
Zwei der gezeigten Schaufelmesser
Auch in der Draufsicht auf den gezeigten Ausschnitt des Schaufelrades
Der Grundkörper
Die Schaufelmesser
In
Die
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.The embodiment of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiment specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown even in the case of fundamentally different designs.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- SchaufelradPaddle wheel
- 1010
- GrundkörperBase body
- 1111th
- SchaufelradrotationsachseImpeller axis of rotation
- 1212th
- Schaufelshovel
- 1313th
- Schaufelmesser, HauptschaufelmesserShovel knife, main shovel knife
- 1414th
- SchneidzahnCutting tooth
- 14'14 '
- SchneidzahnCutting tooth
- 14"14 "
- SchneidzahnCutting tooth
- 1515th
- erste Kreisbahnfirst circular path
- 1616
- zweite Kreisbahnsecond circular path
- 1717th
- GrabquerschnittGrave cross-section
- 1818th
- SchaufelmitteBlade center
- 1919th
- SeitenabschnittSide section
- 2020th
- SchneidkreisdurchmesserCutting diameter
- 2121
- SchaufelrahmenBucket frame
- 2222nd
- LängsbalkenLongitudinal beam
- 2323
- QuerbalkenTransom
- 2424
- SchaufelschaleShovel shell
- 2525th
- MaterialverbandMaterial bandage
- 2626th
- ZahnlückeTooth gap
- 2727
- RingträgerRing bearer
- 2828
- QuerholmCrossbar
- 2929
- Bolzenverbindung Bolt connection
- bb
- SchaufelmesserbreiteBlade width
- tt
- SchaufelmessertiefeShovel knife depth
- αα
- AnstellwinkelAngle of attack
- RR.
- RotationsrichtungDirection of rotation
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