DE112012002096T5

DE112012002096T5 - Vorrichtung für die fräsende Bearbeitung von Gestein, Mineralien oder anderen Materialien

Info

Publication number: DE112012002096T5
Application number: DE112012002096.0T
Authority: DE
Inventors: Jens Steinberg; Frank Herrmann; Joachim Raschka; Christian Schreiter
Original assignee: Caterpillar Global Mining Europe GmbH
Current assignee: Caterpillar Global Mining Europe GmbH
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2014-07-24
Also published as: AU2012257511A1; CN103534439A; PL406772A1; RU2013155603A; US20140232170A1; ZA201309427B; BR112013029468A2; CA2835183A1; AU2012257511B2; EP2712388A2; PL2712388T3; WO2012156841A2; WO2012156841A3; AR086384A1; CL2013003265A1; MX2013013431A; RU2598004C2; JP6073864B2; EP2712388B1; CN103534439B

Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung für die fräsende Bearbeitung von Gestein, Mineralien oder anderen, insbesondere Hartmaterialien, die vorzugsweise auf einer Gewinnungsmaschine (10) im Untertagebau eingesetzt werden kann, hat zwei Werkzeugtrommeln (17), die in Zwillingsanordnung nebeneinander an einem Trommelträger (13) drehbar gelagert sind und jeweils mit mehreren Werkzeugträgern (19) versehen sind, die über den Umfang der Werkzeugtrommeln verteilt und die drehend antreibbar sind und deren Wellenachsen quer zur Trommelachse (16) verlaufen. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung derart gestaltet, dass die Wellenachsen der Trommelträger der ersten Werkzeugtrommel eine erste Kegelfläche (23) um die Trommelachse und die Wellenachsen der Werkzeugträger der zweiten Werkzeugtrommel eine zweite Kegelfläche (24) um die Trommelachse aufspannen, wobei die Kegelflächen zu entgegengesetzten Seiten offen und bevorzugt derart ausgerichtet sind, dass sie in O-Anordnung zueinander geneigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die fräsende Bearbeitung von Gestein, Mineralien oder anderen insbesondere harten Materialien, mit einer an einem Trommelhalter um eine Trommelachse drehbar gelagerten Werkzeugtrommel und mit mehreren über den Umfang der Werkzeugtrommel verteilt angeordneten, Bearbeitungswerkzeuge tragenden Werkzeugträgern, die drehend antreibbar sind und deren Wellenachsen quer zur Trommelachse verlaufen.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der WO 2008/025 555 A1 bekannt. Mit dieser bekannten Vorrichtung ist es möglich, bei hoher Abtragsleistung und großer Abtragsfläche Gestein oder andere harte Materialien wirtschaftlich abzubauen, wobei das Abfräsen bzw. Abtragen radial außerhalb des Umfangs der Werkzeugtrommel stattfindet. Die bekannte Vorrichtung lässt sich in vorteilhafter Weise zum Auffahren von Stollen oder Tunneln mit Hilfe von Teilschnittmaschinen zum Einsatz bringen, die mit einem quer zur Hauptvortriebsrichtung schwenkbaren Arm versehen sind, an dessen vorderem Ende die Werkzeugtrommel drehbar gelagert ist. Man kann eine derartige Vorrichtung aber auch an Gewinnungsmaschinen für eine langfrontartige Gewinnung im Streb einsetzen.
Es ist bei der bekannten Vorrichtung auch bekannt, die Wellenachsen der Werkzeugträger gegenüber der Radialrichtung der Trommelachse um einige Grad geneigt anzuordnen, womit man bei einem Vorschub der Vorrichtung in Axialrichtung der Werkzeugtrommel ein gutes Löseergebnis erreicht. Es hat sich allerdings gezeigt, dass bei Verwendung der bekannten Vorrichtung an einem Maschinenausleger, der von einer Seite zur anderen und zurück geschwenkt wird, oder aber bei der Hin- und Zurückbewegung mittels einer Gewinnungsmaschine im Streb kein einheitlich gutes Abbauergebnis in beiden Schwenk- bzw. Bewegungsrichtungen erreicht wird, sondern die Fräsleistung in der einen Schwenk- oder Bewegungsrichtung des Maschinenauslegers oder der Gewinnungsmaschine besser als in der entgegengesetzten Richtung ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen und eine Lösung für eine Vorrichtung für die fräsende Bearbeitung von Gestein oder dgl. der eingangs genannten Art anzubieten, mit der unabhängig von der Bewegungsrichtung der Werkzeugtrommel eine gleichgute Fräsleistung der an den Werkzeugträgern montierten Bearbeitungswerkzeuge erreicht wird.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung gelöst durch zwei in Zwillingsanordnung nebeneinander am Trommelhalter drehbar gelagert angeordnete Werkzeugtrommeln, wobei die Wellenachsen der Werkzeugträger der ersten Werkzeugtrommel eine erste Kegelfläche um die Trommelachse und die Wellenachsen der Werkzeugträger der zweiten Werkzeugtrommel eine zweite Kegelfläche um die Trommelachse aufspannen, wobei die beiden Kegelflächen zu entgegengesetzten Seiten offen sind.
Durch die Zwillingsanordnung mit zwei nebeneinander angeordneten Werkzeugtrommeln, bei denen die Achsen der Werkzeugträger der einen Trommel relativ zur Radialrichtung in einer Richtung und die Achsen der Werkzeugträger der anderen Trommel in entgegengesetzter Richtung geneigt sind, werden für beide Schwenkbewegungsrichtungen des Maschinenauslegers optimal auf das zu bearbeitende Material ausgerichtete bzw. ausrichtbare Werkzeuge bereitgestellt, mit denen somit sowohl bei der Hin- als auch bei der Herbewegung das Material mit derselben, hohen Effektivität abgefräst werden kann. Durch geeignete Positionierung des Maschinenauslegers ist es dabei möglich, dass immer nur die Werkzeuge der Werkzeugspindeln einer der beiden Werkzeugtrommeln mit dem zu gewinnenden Material in Eingriff sind, während die Werkzeuge an der anderen Trommel frei laufen und erst wieder bei Richtungsumkehr des Maschinenauslegers in Eingriff mit dem Streb gebracht werden.
Vorzugsweise sind die beiden Kegelflächen spiegelbildlich zueinander ausgerichtet und weisen zumindest annähernd denselben Öffnungswinkel auf. Die Anordnung ist in besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung so getroffen, dass die Wellenachsen der Werkzeugträger der beiden Werkzeugtrommeln in O-Anordnung zueinander geneigt ausgerichtet sind.
Die beiden Werkzeugtrommeln können in einem Axialabstand voneinander an dem Trommelhalter gelagert sein, der mindestens der Trommelbreite einer Werkzeugtrommel entspricht. Aufgrund des Abstandes zwischen den beiden Werkzeugtrommeln ist es schon durch geringfügige Verstellung des Maschinenauslegers bei dessen Richtungsumkehr möglich, die zuvor arbeitenden Werkzeuge der einen Trommel außer Eingriff mit dem Gestein und die Werkzeuge der anderen Trommel in Wirkeingriff mit dem Gestein zu bringen, um dieses bei der anschließenden Zurückbewegung der Vorrichtung abzufräsen.
Als besonders vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, wenn die Drehrichtung der Werkzeugträger der ersten Werkzeugtrommel gegenläufig zur Drehrichtung der Werkzeugträger der zweiten Werkzeugtrommel ist. Man erhält durch die unterschiedlichen Drehrichtungen ein in beide Bewegungsrichtungen der Vorrichtung gleichgutes Fräsergebnis der Bearbeitungswerkzeuge.
Es ist möglich, jedem Werkzeugträger einen eigenen Antrieb zuzuordnen. Als besonders vorteilhaft hat es sich allerdings erwiesen, wenn die Werkzeugträger der ersten und/oder der zweiten Werkzeugtrommel einen gemeinsamen Antrieb aufweisen. Die Anordnung kann beispielsweise so getroffen sein, dass der gemeinsame Antrieb ein konzentrisch zur Trommelachse angeordnetes Tellerzahnrad sowie jeweils ein mit diesem kämmendes Kegelzahnrad für jeden Werkzeugträger der ersten und/oder der zweiten Werkzeugtrommel umfasst. Bei dieser Konstruktion ist es möglich, dass das Tellerzahnrad auf der Trommelachse drehfest angeordnet ist, während sich die Werkzeugtrommel um die Achse herum dreht, wodurch die Werkzeugträger von demselben Antrieb wie die jeweilige Werkzeugtrommel zur Drehung gebracht werden und man ein festes Drehzahlverhältnis zwischen Drehzahl der Werkzeugtrommel und der Drehzahl der Werkzeugträger erhält.
Bei dieser Gestaltung kann jeder Werkzeugträger an eine Antriebswelle angeschlossen sein, die an ihrem anderen Ende das Kegelzahnrad trägt. Für eine besonders stabile Gestaltung kann es sich bei der Antriebswelle um eine starre Welle handeln. Es ist aber auch möglich, eine Gelenkwelle zum Einsatz zu bringen, vorzugsweise eine Kardangelenkwelle, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn der Anstellwinkel, unter dem die Werkzeugträger geneigt ausgerichtet sind, veränderlich sein soll.
Die Antriebswellen sind zweckmäßig im Inneren der Werkzeugtrommeln geschützt aufgenommen, womit ein vorzeitiger Verschleiß von Zahnrädern und Lager vermieden werden kann. Wie bereits angedeutet, können die Werkzeugtrommeln und die Werkzeugträger von einem gemeinsamen Antrieb antreibbar sein, wobei sich eine Konstruktion als besonders vorteilhaft erwiesen hat, bei der das Tellerrad der Kegelradstufen für die Werkzeugträger auf einer gemeinsamen Antriebswelle mit dem Sonnenrad eines Planetengetriebes angeordnet ist, über das der Antrieb der zugehörigen Werkzeugtrommel erfolgt. Bei besonders kompakter Bauweise ermöglicht diese Konstruktion eine größtmögliche Flexibilität bei der Festlegung der Drehzahlverhältnisse zwischen der Drehzahl der Werkzeugträger und der Drehzahl der diese tragenden Werkzeugtrommel(n). Es ist aber auch möglich, dass zwar die Werkzeugträger einen gemeinsamen Antrieb aufweisen, dieser aber von einem Antrieb für die zugehörige Werkzeugtrommel unabhängig ist, womit sich in besonders vorteilhafter Weise erreichen lässt, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Werkzeugträger unabhängig von der Drehgeschwindigkeit der Werkzeugtrommel einstellbar ist.
Die Öffnungswinkel der von den Wellenachsen der Werkzeugträger aufgespannten Kegelflächen kann bevorzugt zwischen ±3° und ±9°, gemessen zur Radialrichtung der Werkzeugtrommeln, betragen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann an einer Maschine für die langfrontartige (Streb-)Gewinnung zum Einsatz kommen oder aber in besonders vorteilhafter Weise auch mit Teilschnittmaschinen eingesetzt werden, beispielsweise um Strecken im untertägigen Bergbau oder Tunnel aufzufahren.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, worin bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert sind, wobei
1 eine mit einer erfindungsgemäßen Fräsvorrichtung ausgestattete Gewinnungsmaschine für die langfrontartige Gewinnung im untertägigen Bergbau in einer Seitenansicht zeigt,
2 den Gegenstand der 1 in einer Draufsicht zeigt und
3 einen gemeinsamen Antrieb für die Werkzeugträger einer der beiden Werkzeugtrommeln der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Draufsicht zeigt.
Die in 1 in ihrer Gesamtheit als 10 bezeichnete Gewinnungsmaschine kann beispielsweise im untertägigen Bergbau für die Gewinnung von Mineralien im Langfrontbau Verwendung finden, bei dem die Maschine im Gewinnungsstreb am Gewinnungsstoß entlang bewegt wird und dabei das zu gewinnende Mineral abfräst. Die Maschine hat ein Maschinengestell 11 mit einem daran schwenk- und auf- und abbewegbar gelagerten Ausleger 12, an dessen vorderem, zur Abbaufront weisenden Ende ein gabelförmiger Trommelhalter 13 angebracht ist, der zwischen seinen beiden Gabelenden 14, 15 eine Werkzeugtrommelachse 16 aufnimmt.
Auf der drehfest in den beiden Gabelenden 14, 15 aufgenommenen Trommelachse 16 sind zwei Werkzeugtrommeln 17A, B in Zwillingsanordnung nebeneinander drehbar gelagert, und zwar in einem solchen Abstand voneinander, dass zwischen ihnen ein etwas schematisch dargestellter Trommelantrieb 18 Platz findet, mit dem die Werkzeugtrommeln 17 in nachfolgend noch detaillierter beschriebener Weise in Rotation versetzt werden können.
Jede der beiden Werkzeugtrommeln 17 ist mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Werkzeugträgern 19 versehen, die Bearbeitungsmeißel 20 zum Abfräsen des Gesteins oder dgl. tragen. Die Werkzeugträger sind drehend antreibbar, wobei ihre Wellenachsen 21 im Wesentlichen quer zur Trommelachse 16 verlaufen. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass die Wellenachsen 21 der Werkzeugträger 19 der beiden Werkzeugtrommeln 17 gegenüber der Radialrichtung 22 der jeweiligen Werkzeugtrommel unter einem Winkel von ca. 6° nach innen, d. h. in Richtung auf die jeweils andere Werkzeugtrommel geneigt ausgerichtet sind, so dass die Wellenachsen der Werkzeugträger der ersten und zweiten Werkzeugtrommel 17A, B erste und zweite Kegelflächen 23, 24 aufspannen, die spiegelbildlich zueinander ausgerichtet sind und unter jeweils demselben Öffnungswinkel α zueinander hin offen sind, also ähnlich wie bei einer angestellten Wälzlagerung eine ”O”-Anordnung einnehmen, die in 2 gut erkennbar ist.
Die spiegelbildliche Zwillingsanordnung von zwei an ihrem Umfang mit Werkzeugträgern versehenen Werkzeugtrommeln ermöglicht eine besondere Effektivität beim Abbaufortschritt, indem nämlich jede der beiden Werkzeugtrommeln, deren Werkzeugträger um gegenüber der Radialrichtung geneigte Wellenachsen rotieren, auf die entweder rechts- oder linksseitig gerichtete Vorschubrichtung des Trommelhalters 13 optimal angepasst sein können. Der gesamte Trommelhalter 13 ist, wie man in 2 bei 25 gut erkennen kann, um einen Anstellwinkel von ca. ±6° verschwenkbar. Unter entsprechend angestelltem Trommelhalter 13 kann die gesamte Vorrichtung über ihren Arbeitsbereich in Richtung des Doppelpfeils 26 in 2 verfahren werden, wobei bei einer nach links (nach oben in 2) verlaufenden Arbeitsrichtung der Trommelhalter 13 nach links angestellt ist, so dass die linksseitige Werkzeugtrommel 17A ein Stück weit zurück und die rechtsseitige Werkzeugtrommel 17B ein Stück weit nach vorne angestellt sind und die Werkzeuge der linksseitigen Werkzeugtrommel 17A leer drehen, während die Werkzeuge an der rechtsseitigen Werkzeugtrommel 17B die Fräsarbeit verrichten. Hat die Maschine ihren maximal erwünschten Verfahrweg erreicht, wird der Trommelhalter in entgegengesetzter Richtung verschwenkt, womit die dann beim nachfolgenden Fräsvorgang vorne (in 2 unten) liegende Werkzeugtrommel 17B bzw. die daran angebrachten Werkzeuge außer Eingriff mit dem Gestein gebracht werden, während sich die Werkzeuge an der linksseitigen Trommel 17A in das Gestein einfräsen und dann beim Rückweg der Vorrichtung die Fräsarbeit verrichten.
3 zeigt den Antrieb der Werkzeugträger 19 an der einen der beiden Werkzeugtrommeln 17, wobei der Antrieb für die Werkzeugträger an der anderen Werkzeugtrommel spiegelbildlich identisch ausgebildet ist und hier nicht näher dargestellt wird.
Man erkennt, dass die Werkzeugträger 19 in der Werkzeugtrommel mit einem gemeinsamen Antrieb versehen sind, zu dem ein konzentrisch zur Trommelachse 16 angeordnetes Tellerzahnrad 27 gehört, das feststehend auf der Trommelachse 16 montiert ist. Jeder Werkzeugträger 19 ist an eine Antriebswelle 28 angeschlossen, die an ihrem anderen, radial innenliegenden Ende ein Kegelzahnrad 29 trägt, das mit der Verzahnung am Tellerzahnrad 27 kämmt. Der gesamte gemeinsame Antrieb ist im Inneren der Werkzeugtrommel (in der 3 nicht mit dargestellt) aufgenommen und hierdurch vor dem Zutritt von Staub, Feuchtigkeit und dgl. geschützt. Wenn die Werkzeugtrommeln 17 von dem Trommelantrieb 18 (2) über das in 3 schematisch dargestellte Stirnradgetriebe 30 in Drehung versetzt werden, kommt es zu einer Relativverdrehung der Trommeln gegenüber dem in ihrem Inneren fest auf der Trommelachse montierten Tellerzahnrad 27. Da die Werkzeugträger, die am Umfang der Werkzeugtrommel drehbar gelagert sind, bei der Drehung der Trommel von dieser mitgenommen werden, werden sie von dem starr stehenden Tellerzahnrad über die Kegelradstufen 27, 29 in Drehung versetzt, wobei wegen der spiegelbildlichen Anordnung der beiden Werkzeugtrommeln die Werkzeugträger an den beiden Werkzeugtrommeln gegenläufig zueinander drehen. Das Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl der Werkzeugtrommeln und der Drehzahl der Werkzeugträger ist dabei konstant und durch die Übersetzung der Kegelradstufen 27, 29 bestimmt.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind verschiedene Änderungen und Ergänzungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So ist es beispielsweise möglich, für den Drehantrieb der Werkzeugträger jedem von ihnen einen separaten Antrieb zuzuordnen, oder es kann ein gemeinsamer Antrieb für alle Werkzeugträger einer Werkzeugtrommel vorgesehen werden, der aber vom Drehantrieb für die Trommel entkoppelt ist. Es versteht sich auch, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur an Gewinnungsmaschinen zum Einsatz kommen kann, sondern in besonders vorteilhafter Weise auch an Teilschnittmaschinen oder dgl., wie sie im untertägigen Bergbau zum Auffahren von Strecken oder beim Tunnelbau eingesetzt werden.

Claims

Vorrichtung für die fräsende Bearbeitung von Gestein, Mineralien oder anderen insbesondere harten Materialien, mit einer an einem Trommelträger um eine Trommelachse drehbar gelagerten Werkzeugtrommel und mit mehreren über den Umfang der Werkzeugtrommel verteilt angeordneten, Bearbeitungswerkzeuge tragenden Werkzeugträgern, die drehend antreibbar sind und deren Wellenachsen quer zur Trommelachse verlaufen, gekennzeichnet durch zwei in Zwillingsanordnung nebeneinander am Trommelträger (13) drehbar gelagert angeordnete Werkzeugtrommeln (17), wobei die Wellenachsen (21) der Werkzeugträger (19) der ersten Werkzeugtrommel (17A) eine erste Kegelfläche (23) um die Trommelachse (16) und die Wellenachsen (21) der Werkzeugträger der zweiten Werkzeugtrommel (17B) eine zweite Kegelfläche (24) um die Trommelachse (16) aufspannen, wobei die beiden Kegelflächen (23, 24) zu entgegengesetzten Seiten offen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kegelflächen (23, 24) spiegelbildlich zueinander ausgerichtet sind und zumindest annähernd denselben Öffnungswinkel (α) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenachsen (21) der Werkzeugträger (19) der beiden Werkzeugtrommeln (17) in O-Anordnung zueinander geneigt ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Werkzeugtrommeln (17) in einem Axialabstand voneinander an dem Trommelträger (13) gelagert sind, der mindestens der Trommelbreite einer Werkzeugtrommel (17) entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung der Werkzeugträger (19) der ersten Werkzeugtrommel (17A) gegenläufig zur Drehrichtung der Werkzeugträger (19) der zweiten Werkzeugtrommel (17B) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Werkzeugträger ein eigener Antrieb zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugträger (19) der ersten und/oder der zweiten Werkzeugtrommel (17) jeweils einen gemeinsamen Antrieb aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Antrieb mindestens ein konzentrisch zur Trommelachse (16) angeordnetes Tellerzahnrad (27) sowie jeweils ein mit diesem kämmendes Kegelzahnrad (29) für jeden Werkzeugträger (19) der ersten und/der zweiten Werkzeugtrommel (17) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Werkzeugträger (19) an eine Antriebswelle (28) angeschlossen ist, die an ihrem anderen Ende das Kegelzahnrad (29) trägt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (28) eine starre Welle oder eine Gelenkwelle, vorzugsweise eine Kardanwelle ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswellen (28) im Innern der Werkzeugtrommeln (17) geschützt aufgenommen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugtrommeln (17) und die Werkzeugträger (19) von einem gemeinsamen Antrieb (18) antreibbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugträger einen gemeinsamen Antrieb aufweisen, der von einem Antrieb für die Werkzeugtrommeln unabhängig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Werkzeugträger unabhängig von der Drehgeschwindigkeit der Werkzeugtrommeln einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungswinkel (α) der von den Wellenachsen (21) der Werkzeugträger (19) aufgespannten Kegelflächen (23, 24) zwischen ±3° und ±9°, gemessen zur Radialrichtung (22) der Werkzeugtrommeln (17), betragen.