DE2138597A1 - Elektrischer antrieb fuer das schaufelrad von grossbaggern und grossaufnahmegeraeten - Google Patents

Description

• "Elektrischer Antrieb für das Schaufelrad von Großbaggern und Großaufnahmegeräten" Großbagger, werden eingesetzt, um beispielsweise Braunkohle, Sand und ähnliches schürf- und schüttfähiges Gut im Tagebau abzubauen, während Großaufnahmegeräte dazu dienen, das zu Halden geschüttete und so gelagerte Gut aufzunehmen. In erstgenannten Fall wird das aufgenommene Gut an einer Seite des Schaufelrades abgeleitet und einer Transporteinrichtung zur Weiterleitung und/oder zur Lagerung auf Halden zugeführt, wahrend im zweitgenannten falle das den Halden entnommene Gut zur Verwendung oder Weiterverarbeitung gefördert wird.
• Diese Schaufelräder, welche Durchmesser in der Größenordnung von 15 m oder mehr aufweisen und eine Reihe von Schaufeln, z.B. vierzehn, aufweisen, von denen jede eine größere Menge des fördergutes aufnehmen kann, z.B. 2 bis 4 cbm, sind an Auslegern eines fördergerätes angebracht und laufen mit einer Drehzahl von etwa 3 bis 6 Umdrehungen pro Minute un.
• Für diese Zwecke sind bisher Rotoren angewendet worden, welche bei einer verhältnismäßigen hohen Drehzahl, .z.B. n = 1.500 umlaufen, und' deren mechanischen Leistung über Getriebe der Welle des Schaufelrades zugeführt wird.
• Die gewichtsmäßien Vorteile der Anwendung eines verhältiiismäßig schnell umlaufenden Antriebsmotors werden durch die Erfordernis des zur Kraftübertragung dienenden Getriebes im weitgehenden Maße zunichte gemacht. Hierbei ist außerdem zu berücksichtigen, daß das erforderliche Getriebe kostspielig ist, einen großen Raum einnimut, besondere,Itlittel erfordert um neben dem Schaufelrad angebracht werden zu können und außerdem einen nicht unwesentlichan Leistungsverlust mit sich bringt.
• Darüberhinaus ist das Getriebe dem Verschleiß unterworfen, es muß gewartet werden und ist störanfällig.
• Ein Nachteil des schnellaufenden Antriebes mit Getriebe ist das große Schwungmoment, Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß die Schaffung eines elektrischen Antriebes für das Schaufelrad von Großbaggern oder Großaufnehmern zugrunde, bei welchem kein besonderes Getriebe mit den durch dieses bedingten Komplikationen, konstruktiven Maßnahmen und den darin auftretenden Verlusten erforderlich ist. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Schaufelrad und der Antriebsmotor eine konstruktive Einheit bilden, d.h., der konstruktive Aufbau des elektrischen Antriebes bildet einen Teil des Schaufelrades.
• Gemäß einer vorteilhaftn Ausführungsform der Erfindung wird als Antrieb ein Innenol- Synchronmotor benutzt, mit dessen Polkranz der Schaufelradkranz mit den Schaufeln in geeigneter Weise fest verbunden ist. Der Ständer des Motors ist getrennt angeordnet.
• Dieser Aufbau ermöglicht es durch axiale Verschiebung des Ständers den

  Polranz

  und den Ständer mit den Wicklungen zugänglich zu machen.
• Vorteilhaft -wird- - der Fördergutauslauf an der dem Motoraufbau entgegengesetzten Seite angebracht.
• Die Anordnung kann aber auch so sein, daß der Synchronmotor als Außenpolmaschine ausgebildet ist, an dessen äußeren Umfang der Schaufelradkranz mit den Schaufeln befestigt ist. Der Schaufelradkranz ist hierbei um den Motor herumgebaut. Der Ständer des Motors sitzt vorteilhaft auf einem feststehenden Wellenschaft. Das Polrad ist einseitig auf dem feststehenden Wellenschaft drehbar gelagert und stützt sich auf der anderen Seite mit einem Rollenlagerkranz auf dem Ständer ab.
• Die Ausbildung kann aber auch so sein , daß das außenliegende Polrad, das den Schaufelradkranz trägt, symmetrisch zu dem feststehenden Stander angeordnet ist, und das Polrad auf zu beiden Seiten des Ständers angeordneten konzentrischen Führungen über Röllenkränze gelagert ist.
• Die Erfindung ist in den Figuren 1 bis 4 beispielsweise dargestellt.
• In der Figur 1 ist mit 1o ein Wellenschaft bezeichnet, der bei 13 feststehend, d.h. unverdrehbar angeordnet ist und in einem Lager 12 ein Schaufelrad 14 mit den Schaufeln 16 trägt. Stirnseitige Lager 11 des Lagers 12 sichern das Schaufelrad vor axialer Verschiebung.
• An der einen Seite des in an sich bekannter Weise ausgeführten Schaufelrades 14 ist ein Polrad 17 mit einer Vielzahl von Polen 18 angebracht. Die Pole 18 laufen somit mit dem Schaufelrad 14 um.
• Die Pole 18, welche mit Gleichstrom erregt werden, sind vom Ständer 20 umgeben, welcher die Wicklungen 22 trägt.
• Die Nabe 33%des den Ständer 20 tragenden Joches'24 ist auf einer, auf dem Wellenschaft 1o sitzenden Hülse 37 isttder-durch die Pfeile 39 gekennzeichneten Richtung zur Zugänglichkeit der elektrischen Teile von Ständer und Läufer verschiebbar.
• Die Zuführung des Gleichstromes zu den Wicklungen der Pole 18 erfolgt über an einem Isolierträger 31 sitzenden Schleifringe 32.
• Die Wicklungen 22 des Ständers 20 werden mit Drehstrom gespeist.
• Die Zahl der Pole 18 und die Ausbildung des Ständers 20 sind derart, daß die so gebildete Synchronmaschine eine niedrige Drehzahl aufweist.
• Wie aus der Figur 2 hervorgeht ist das Ständerblechpaket 20 durch eine Anzahl von radialen Armen 28 mit einer Narbe 30 verbunden, welche auf dem Wellenschaft 1o angeordet ist. Die Anordnung ist derart, daß der Ständer 24 fest, d.h. unverdrehbar auf dem Wellenschaft 10 befestigt ist Die Anordnung ist dabei derart, daß die Nabe 3o, wie in Verbindung mit der Figur 1 beschrieben ist, auf dem Wellenschaft 10 in-axialer -Richtung verschoben werden kann, si daß die Pole 18 und deren Wicklungen frei zugänglich werden Bei der Ausführungsform der Figur 3 ist der Ständer 32 als Kranz auf einem Tragteil 34 angebracht, welches mit der unverdrehbar gehaltenen Welle 10 unverdrehbar verbunden ist.
• De @@ Ständerblechpaket 32 liegen eine Anzahl von Polen 36 gegenüber, welche an einem Joch 38 sitzen-, welches über radiale Arme 40 mit dem eine Nabe bildenden Lager 42 verbunden ist.
• Stirnseitige Lager 41, 43 verhindern axiale Verschiebungen.
• Zur Zuführung, des Erregerstromes zu den Erregerwicklungen der Pole 36 dienen an einem Isolierzylinder 37 angeordnete Scheifringe 39.
• An den Joch 38 sind auch die Schaufeln 44 angeordnet.
• Zur weiteren Abstützung des Joches 38 -sind an diesem sich um den ganzen Umfang erstreckende Rollen 48 angebracht, welche auf einer zylindrischen Lauffläche 50 aufliegen.
• Durch axiale Ver.schiebung des Ständers 34, in der durch den Pfeil 52 gekennzeichneten- Richtung werden sowohl die Pole 36 mit den Wicklungen 54 als auch der Ständer 32 mit den Wicklungen 56 zugänglich.
• In der Figur 4 ist eine weitere Wusführungsform'der Erfindung dargestellt. Hierbei ist der Ständer 60 mit den Wicklungen 62. an einer Nabe 64 gehalten, welche fest mit dem stillstehenden Wellenschaft 10 verbunden ist.
• Dem äußeren Umfang des Ständerblechpaketes 60 liegen die Außenpole 66 gegenüber, welche an einem Joch 68 befestigt sind.
• Das Joch 68 wird von einem Kranz 70 getragen, der mit inneren Rollenkranzen 72, 74 versehen ist, welche in kqnzentrischen Führungen 76, 78 abrollen, derart, aaß durchweg ein gleichmäßiger Luftspalt So zwischen den Polen 66 und dem Ständerblechpaket 60 besteht.
• Das Joch 68 und die Schaufeln 84 bilden eine konstruk-tive Einheit. Bei den dargestellten Ausführungsformen von Synchronmaschinen läuft das Schafelrad entsprechend der Polzahl und de@ Speisefrequenz mit einer dadurch gegebenen Drehzahl pro IIinute um. Um die Drehzahl zu variieren erfolgt die Speisung vorteilhaft über einen Umrichter (nicht dargestellt) derart, daß die Speisefrequenz erhöht oder erniedrigt wird und auf diese Weise, gemäß den Eigenschaften des zu fördernden Gutes der beste Wirkungsgrad einstellbar ist.
• Bei Synchronmaschinen ergibt sich die Möglichkeit der Einstellung des Leistungsfaktors durch Änderung der Erregung.
• Der Umrichter ist vorteilhafterweise ein statischer selbstgeführter Direktumrichter mit Regelung der Ständerspannung, des Stromes, der Frequenz und des Polradwinkels.
• Die Erregung kann ebenfalls über einen geregelten statischen Stromrichter erfolgen.
• Die Erfindung ist nicht auf spezifische Vorteile aufweisende Syllchronmaschinen beschränkt, vielmehr ist es auch möglich, jede andere Art von Antriebsmotor anzuwenden, beispielslfeise Gleichstrommotoren. Eine Motorart, welche sich in der Praxis allgemein bewährt hat, ist der Asynchron-Kurzschlußläufermotor, der weiterhin den Vorteil mit sich bringt, daß die beim Synchronmotor erforderlichen ausgeprägten Pol@ durch einen einfachen Kurzschlußkäfig ersetzt sind. Auch hier besteht die Möglichkeit, durch eine Frequenzänderung für ein bestimmtes zu förderndes Gut den besten- Förderwirkungsgrad zu erzielen.
• Im Gegensatz zu den bekannten mit Getrieben arbeitenden Schaufelrä-dern, bei denen zwischen dem Motor und dem Getribe Sicherheitskupplungen zur Still setzung des Antrieb es vorgesehen sind, die im Falle einer Blockierung, beispielsweise durch ein mechanisches Hindernis, ausgerückt werden, ist die unmittelbare Stillsetzung des Antriebes nach der Erfindung schneller und für das Schaufelrad risikoloser möglich. Die Anwendung eines unmittelbaren Antriebes, gemäß der Erfindung, ermöglicht es, den Antrieb durch eine elektrische Abbremsung äußerst geringer Zeitverzögerung bei größtmöglicher Schonung der Schaufeln stillzusetzen, z.B. durch Vorgabe der Frequenz O (Gleichspannung). Die Einleutung der Abbremsung kann spielsweise durch Messung des Polradwinkels, oder einer anderen elektrischen oder mechanischen Größe erfolgen.

Claims (13)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Elektrischer Antrieb für das Schaufelrad von Groß baggern und Großaufnahmegeräten, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelrad (14) mit dem Läufer (17, 18; 36, 38; 66, 68) des Antriebsmotors eine konstruktive Einheit bildet.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb ein Innenpol-Synchronmotor dient.

3. Antrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Schaufeln (16, 44, 84) und die Umlenkeinrichtungen des geförderten Gutes tragende Läufer und der Ständerkranz (20, 32, 65) getrennt gehalten sind.

4. tAntrieb nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Teil (24, 34, 64) des Motors auf dem Wellenschaft axial verschiebbar angeorclnet ist.

5. Antrieb nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Fördergutauslauf (46; 48) an der dem Motoraufbau entgegengesetzten Seite vorgesehen ist.

6. antrieb nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (24, 34, 84)# auf einem feststehenden Wellenschaft (1o) sitzt und der Außenpolkranz an einem auf dem feststehenden Wellenschaft (10) drehbar gelagerten, die Schaufeln (44) tragenden Radkranz (40) angeordnet ist.

7. Antrieb nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, # daß der Radkranz an der der Fördergutabteilung entgegengesetzten Seite des Schaufelrades mit, einem Lagerkranz (48) versehen ist.

8. Antrieb nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den Außenpolkranz (£6), die Schaufeln (Q4) und die Fördergutabteilung tragende Radkranz (68) symmetrisch zu dem feststehenden Ständer (6o) angeordnet ist und in Rollenkränze (72, 74) auf nU beIden Seiten des Ständers (60) angeordneten konzentrischen Führungen (76, 78) geführt ist.

9. Antrieb nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung über einen Umrichter erfolgt.

1o. Antrieb nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stillse-tzung des Schaufelrades (14, 16, 44, 84) eine elektrische Bremsung angewendet wird.

11. Antrieb nach Anspruch 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bremsung die Wechsel- bzw. Drehstromspeisung abgeschaltet und mindestens ein Teil der Wechselstromrichtungen von einem Gleichstrom erregt wird.

12. Antrieb nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einleitung der Abbremsung der Winkelunterschied des Polrades gegenüber dem Drehfeld dient.

13. Antrieb nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb ein Kurzschlußläufermotor dient.