DE2618404A1

DE2618404A1 - Schwimmbagger

Info

Publication number: DE2618404A1
Application number: DE19762618404
Authority: DE
Inventors: Peter Szamosi
Original assignee: IHC Holland NV
Current assignee: IHC Holland NV
Priority date: 1975-04-24
Filing date: 1976-04-23
Publication date: 1976-11-04
Also published as: GB1521185A; NL174750B; FR2308738B3; NL7504863A; DE2618404C2; FR2308738A1; BE840991A; NL174750C

Description

Anmelderin: N.V.Industrieele Handelscombinatie Holland, Marconistraat 2,
Rotterdam,
Niederlande

Schwimmbagger

Die Erfindung betrifft einen Schwimmbagger mit einem Ponton oder ähnlichen Schwimmkörper und einer in einer vertikalen Ebene schwenkbar an dem Ponton aufgehängten Eimerkette, deren vorderes Ende unter Zwischenschaltung eines Schwellkompensators an einem Rollenblock hängt und deren oberes Ende mittels Schwenkarmen beweglich an dem Ponton befestigt und mittels eines weiteren Schwellkompensators von dem Ponton getragen wird, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß beispielsweise mit zunehmender Baggertiefe die von dem vorderen Ende der Eimerkette auf den Schwellkompensator ausgeübte Durchschnittsbelastung abnimmt und die von dem oberen Ende der Eimerkette auf den weiteren Schwellkompensator ausgeübte Durchschnittsbelastung

K/F

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zunimmt und umgekehrt.

Ein derartiger Schwimmbagger ist beispielsweise bereits aus der englischen Patentschrift Nr. 1 347 940 bekanntgeworden. Bei dieser bekannten Vorrichtung werden zwei vollkommen voneinander unabhängige Kompensatoren verwendet, die einstellbar oder nicht einstellbar und vom pneumatisch-hydraulischen Typ sein können. Der am oberen Ende der Eimerkette angeordnete Kompensator steht in der Hauptsache vertikal und alle Abweichungen aus der Vertikalen werden durch Schwenkarme verursacht. Der Kompensator des vorderen Endes der Eimerkette steht anfänglich vertikal, nimmt aber mit zunehmender Baggertiefe automatisch die Richtung des Taues an, das das vordere Ende der Eimerkette mit dem auf dem Ponton befindlichen Rollenblock verbindet.

Während des Betriebs eines derartigen Baggers muß darauf geachtet werden, daß das untere Ende der Eimerkette auf eine einmal eingestellte Baggertiefe gehalten wird und den. auszubaggernden Grund sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung mit gleichbleibender Kraft angreift. Dadurch, daß die Eimerkette mit ihrem oberen und ihrem vorderen Ende mittels Kompensatoren am Ponton hängt, kann der Ponton allen Wellenbewegungen folgen. Bei Eimerkettenbaggern tritt nun das Phänomen auf, daß mit größerer Baggertiefe und dementsprechend steilerer Lage der Eimerkette deren Gesamtgewicht aufgrund des größeren Volumens der

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verdrängten Wassermenge und des Verschiebens des Schwerpunkts auf das obere Ende der Eimerkette zu abnimmt. Dies hat zur Folge, daß die auf den Schwellkompensator des vorderen Endes der Eimerkette wirkende Durchschnittsbelastung ab- und die auf den Schwellkompensator des oberen Endes der Eimerkette wirkende Durchschnittsbelastung zunimmt.

Aufgrund des Umstandes, daß alle diese Probleme bisher gar nicht richtig erkannt wurden, wurde die Steuerung der Kompensatoren, sofern diese überhaupt schon vorgesehen
war, mehr oder weniger aufs Geratewohl in dem Bestreben vorgenommen, das untere Ende der Eimerkette auf einer gleichbleibenden Baggertiefe zu halten und es mit gleichbleibender Kraft auf oder in den auszubaggernden Grund zu drücken.

Es hat sich.in der Praxis herausgestellt, daß die bekannten Schwimmbagger die an sie gestellten Anforderungen nicht erfüllen können.

Die Erfindung hat sich demzufolge die Aufgabe gestellt, die bekannten Eimerbagger derart zu verbessern, daß mit
einem Minimum an Energie und daher auch mit einem Minimum an zu installierender Maschinerie erreichbar ist, daß die Baggertiefe und die auf den Grund auszuübenden Kräfte konstant gehalten werden können.

. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung darin, daß beide Schwellkompensatoren so befestigt und / oder so miteinander verbunden sind, daß die Zunahme der auf den

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einen der Schwellkompensatoren ausgeübten Durchschnittsbelastung mit einer nahezu gleich großen Abnahme der auf den anderen Schwellkompensator ausgeübten Durchschnittsbelastung und umgekehrt gekoppelt ist.

Hierdurch wird erreicht, daß entsprechend einer annähernd linearen Charakteristik die auf den einen Schwellkompensator wirkende Durchschnittsbelastung sich vergrößert, wenn die auf den anderen Schwellkompensator wirkende Durchschnittsbelastung sich verringert. Die normalerweise bei den bekannten Baggern während einer Änderung der Baggertiefe an der Eimerkette auftretenden Veränderungen der horizontalen und vertikalen Kraftkomponenten werden nun gemäß der Erfindung kompensiert, wodurch die beabsichtigte Steuerung des unteren Endes der Eimerkette unter gleichzeitiger Beibehaltung der erforderlichen Bewegungsfreiheit des oberen Endes der Eimerkette" relativ zum Ponton möglich geworden ist.

Die beabsichtigte Steuerung kann in einfacher Weise dadurch bewirkt werden, daß die beiden Schwellkompensatoren mit Schwenkarmen gekuppelt sind, die sich in der Mittelstellung jedes Schwellkompensators ungefähr rechtwinklig zur Richtung dieses Schwellkompensators erstrecken, wobei diese Richtung an dem Kompensator des vorderen Endes der Eimerkette einen nach vorn geneigten spitzen Winkel und an dem Kompensator des hinteren Endes der Eimerkette einen nach rückwärts geneigten spitzen Winkel mit der Vertikalen

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einschließt und die beiden Winkel bei einer gewissen konstanten Länge der Schwenkarme und einer konstanten Stellung der schwenkbaren Verbindung jedes Schwenkarms an dem Ponton gegenüber dem Schwenklager des Kompensators eine Funktion der Baggertiefe sind, so daß die Änderung der auf den einen Kompensator einwirkenden Durchschnittsbelastung nahezu gleich aber umgekehrt der des anderen Kompensators ist. Die gewählten Richtungswinkel der Schwellkompensatoren bestimmen die beabsichtigte Charakteristik. In diesen Zusammenhang sollten die verschiedenen Abmessungen der Schwenkarme und die vorbestimmte Lage der Anlenkpunkte der Schwenkarme und der Kompensatoren in dem Sinne berücksichtigt werden, daß, wenn die Abmessungen beispielsweise aus konstruktiven Gründen bestimmt werden, gewisse Winkel- werte auf die Baggertiefe Bezug haben. Mit anderen Worten, mit unterschiedlichen Längen der Schwenkarme und / oder unterschiedlichen Anordnungsorten der Anlenkpunkte werden unterschiedliche Winkel erreicht. Vorzugsweise wird die Richtung des Schwellkompensators des oberen Endes der Eimerkette so gewählt, daß diese Richtung und das Tau des Rollenblocks einen spitzen Winkel zwischen sich einschließen, der so weit wie möglich einem Winkel von 90 angenähert ist. Hierdurch wird erreicht, daß während des Betriebs auftretende Veränderungen der Horizontalkräfte die Vertikalkräfte kaum beeinflussen und umgekehrt.

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Die Schwellkonipensatoren können mit einer Feder ausgerüstete Kondensatoren sein, wobei das Elastizitätsmodul der Feder vorbestimmt ist. Wenn Druckzylinder ebenso wie ein Druckkessel und eine Pumpe und Kompressor verwendet werden, kann erfindungsgemäß, wenn ein hydraulisch-pneumatisches oder ein pneumatisches System verwendet wird, der Druck jedes Kompensators separat durch einen Regler eingestellt werden, der von einem Rechner gesteuert wird, der die Daten von einer Vorrichtung erhält, die die mittlere Stellung jedes Kompensators mißt. Dies kann in Kombination mit der vorstehend beschriebenen Anordnung der Kompensatoren aber auch unabhängig von dieser Anordnung erfolgen, wobei dann der Rechner beim Steuern der Regler der Kompensatoren die angestrebte nahezu lineare Charakteristik und die Änderung der auf die Kompensatoren in Abhängigkeit von der gewähl- · ten Baggertiefe wirkenden Durchschnittsbelastung berücksichtigt.

Wenn das hydraulisch-pneumatische oder das pneumatische System so ausgebildet ist, daß jeder der beiden Kompensatoren über eine eine zwischengeschaltete Pumpe oder einen Kompressor mit variabler Leistung aufweisende Leitung mit einem Druckkessel in Verbindung steht, wobei die Pumpe bzw. der Kompensator ein Druckmittel von einem Kompensator in den anderen und umgekehrt fördern kann, ergibt sich ferner ein großer energiesparender Vorteil, weil die Seite mit dem höheren Druck jede Bewegung unterstützt, durch die der höhere Druck gesenkt und der niedrigere Druck erhöht wird. Wenn zwei

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Pumpen vorgesehen sind, haben sie vorzugsweise einen gemeinsamen Antriebsmotor. Beim Eintreten einer Änderung arbeitet die eine Pumpe dann als Motor, während die andere Pumpe die Arbeit der ersten Pumpe unterstützt. Es ist zweckmäßig, in die Leitung zwischen den beiden Pumpen oder Kompressoren einen Druckkessel einzubauen, in dem folglich ein Durchschnittsdruck herrscht, was zu einer weiteren Energieeinsparung führt. Wenn ein rein pneumatisches System verwendet wird, ergibt sich zusätzlich der Vorteil, daß für die Druckkessel kleinere Volumina und kleinere Leitungsdurchmesser genügen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnungen erläutert werden.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Schwimmbagger gemäß der der Erfindung.

Fig. 2 ist ein Diagramm.

Fig. 3 zeigt eine pneumatisch-hydraulische Kupplung von zwei Schwellkompensatoren gemäß der Erfindung.

Fig. 4 entspricht Fig. 1, ist aber nun mit sich auf ein Ausführungsbeispiel beziehenden Bezugszeichen versehen

Fig. 5 zeigt ein sich auf dieses Ausführungsbeispiel beziehendes Diagramm.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schwimmbagger, der aus einem Ponton 1 und einer Eimerkette 2 besteht.· Die Eimerkette 2 hängt über Schwenkarme 3 beweglich an einem Kran 4 und wird von einem Schwellkompensator 5 getragen.

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Das vordere Ende 6 der Eimerkette 2 hängt mittels eines Taues 7 od. dgl. an einem nicht dargestellten Rollenblock, wobei das Tau 7 bei 10 über das obere, durch Schwenkarme 9 in einer festgelegten Bahn gehaltene Ende eines Schwellkompensators 8 läuft.

Fig. 1 zeigt die Eimerkette 2 in einer Stellung, in der sich das Tau 7 vom oberen Ende des !Compensators 8 aus schräg nach unten erstreckt. Die in dem Tau 7 und auf die Kompensatoren 5 und 8 wirkenden Kräfte hängen in hohem Maße von der eingestellten Baggertiefe ab. Mit zunehmender Baggertiefe taucht ein immer größer werdender Teil der Eimerkette 2 in das Wasser ein, wodurch die auf den Kompensator 8 ausgeübte Belastung abnimmt und durch die Schwerpunktverlagerung die auf den Kompensator 5 ausgeübte Belastung zunimmt. Mit zunehmender Baggertiefe ergibt sich eine immer schrägere Lage des Taues 7, was zur Folge' hat, daß am unteren Ende der Eimerkette 2 eine horizontale Kraftkomponente und in Höhe der Schwenkarme entsprechende horizontale Reaktionen auftreten.

Wenn darauf geachtet wird, daß eine Änderung der auf den Kompensator 8 einwirkenden Durchschnittsbelastung gleich aber umgekehrt einer Änderung der auf den Kompensator 5 einwirkenden Durchschnittsbelastung ist, kann durch eine gewisse Anordnung und/oder Kupplung zusammenarbeitender Teile erreicht werden, daß die am unteren Ende der Eimerkette 2 auftretenden Kräfte Fj₁ und F„ (Fig. 4) im wesentlichen konstant bleiben, d.h. um einen gewissen Mittelwert herum schwanken.

Gemäß Fig. 1 ist dies dadurch möglich, daß die Kompensatoren

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5 und 8 schräg angeordnet sind, um den Schwenkarmen 3 und 9 eine bestimmte Länge zu geben, und daß die Anlenkpunkte der Kompensatoren und der Schwenkarme jedes Kompensators und beider Kompensatoren in Bezug zueinander so angeordnet sind, daß sich bei einer Änderung der Baggertiefe der Leistungswert des einen Kompensators um den Betrag erhöht, um den sich der Leistungswert des anderen Kompensators verringert. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist daher die in der vorstehenden Weise erfolgende gegenseitige Beeinflussung der Kompensatoren 5 und 8 lediglich das Ergebnis der besonderen Anordnung der Kompensatoren relativ zueinander und zum Ponton sowie der Neigungswinkel der Arbeitslinien der Kompensatoren relativ zur Vertikalen.

In Fig. 2 ist die Baggertiefe h, längs der horizontalen Achse in Metern angegeben, wohingegen die Kräfte K bzw. K„ in den Kompensatoren 5 bzw. 8 längs der vertikalen Achse angegeben sind. Aus dem Fig. 2-Diagramm ergibt sich, daß bei Zunahme der Baggertiefe h, die auf den Kompensator einwirkende Durchschnittsbelastung K₂ entsprechend einer ungefähr geraden Linie abnimmt und die auf den Kompensator 5 einwirkende Durchschnittsbelastung K₁ in gleicher Weise entsprechend einer ungefähr geraden Linie zunimmt.

In einer Kombination mit einer Anordnung, wie sie im Prinzip in Fig. 1 dargestellt ist, zeigt das Fig. 3-Diagramm gekoppelte Schwellkompensatoren in einem hydraulisch-

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pneumatischen System.

In diesem Diagramm ist der das obere Ende der Eimerkette tragende Kompensator mit 11 und der das vordere Ende der Eimerkette 2 tragende Kompensator mit 12 bezeichnet. Zwischen den beiden Kompensatoren 11 und 12 befindet sich eine Leitung 13, in der sich in jedem Fall eine Pumpe 14 der Verdrängerbauart, wie beispielsweise eine Pumpe des ein "spring bracket" aufweisenden Typs, sowie Druckspeicher 16 und 18 befinden. Durch diese Anordnung kann der Druck im Druckspeicher 16 erhöht werden, wenn sich der Druck im Druckspeicher 18 verringert und umgekehrt. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine zweite Pumpe 15 und ferner zwischen den beiden Pumpen 14 und 15 ein Druckspeicher 17 vorgesehen. Die beiden Pumpen 14 und 15 werden gemeinsam von einem Motor 19 angetrieben.

Zum Bestimmen der Durchschnittsstellung der Schwellkompensatoren dienen Meßgeräte 20 und 21. Diese Meßgeräte 20 und liefern ihre Meßresultate an einen Rechner 22, der die Leistung der Pumpen 14 und 15 über Leitungen 23 und 24 regelt.

Der Druck in dem Druckspeicher 16 bzw. 18 wird von der Pumpe 14 bzw. 15 aufgebaut und dient dazu, die auf die Kompensatoren wirkenden Kräfte K. bzw. K₂ aufzunehmen. Der zwischen den Pumpen 14 und 15 angeordnete Druckspeicher 17 enthält den Durchschnittsdruck.

Das in Fig. 3 dargestellte System hat gegenüber einem mit

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separaten Pumpen mit offenem Kreislauf arbeitenden System den Vorteil, daß es hinsichtlich des Energiebedarfs wirtschaftlicher ist, weil bei einer Änderung der Baggertiefe der den größeren Druck aufweisende Teil die betreffende Pumpe als Motor in Betrieb zu setzen beginnt.

Das pneumatisch-hydraulische System kann selbstverständlich auch durch ein rein pneumatisches System ersetzt werden.

Fig. 4 und 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel. In Fig. 4 befindet sich die X-Achse des Wellengehäuses in Höhe der Wasserlinie, während sich die Y-Achse durch den Anlenkpunkt A des Sphwenkarms 3a erstreckt.

Es wird von den folgenden Daten ausgegangen: Schwenkarm 3ci = 7,25 m lang.
Schwenkarm 9a = 7,75 m lang,

Winkel α zwischen Schwenkarm 3a und der Horizontalen = 36°, Winkelj8 zwischen Schwenkarm 9a und der Horizontalen = -5,8°.

Die Koordinaten für die verschiebenen Teile sind in Metern wie folgt:
A (O; 12)
B (11.2; 4)
C (43; 16.25)
D (48.5; 5)
Weitere Abmessungen:
OE = 47.35 m
OT = 51.75 m
FT = 2.3 m

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Die in Fig. 2 angegebene Belastungscharakteristik ergibt sich aus der folgenden Tabelle:

Baggertiefe h_b (m)	Gewicht der Eimer kette G (t)	Ort des Schwer punkts OG (m)	Belastung K₁ des Kompensator 5 (t)	Belastung K₂ des Kompen sators 8 (t)
-6 -12 -18	906 890 870	23,4 22,91 22,62	386 425 457	432 400 363

Hiermit ist F₁₁ = F„ = 20 t.

η V

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Claims

Patentansprüche

My Schwimmbagger mit einem Ponton oder ähnlichen Schwimmkörper und einer in einer vertikalen Ebene schwenkbar an dem Ponton aufgehängten Eimerkette, deren vorderes Ende unter Zwischenschaltung eines Schwellkompensators an einem Rollenblock hängt und deren oberes Ende mittels Schwenkarmen beweglich an dem Ponton befestigt und mittels eines weiteren Schwellkompensators von dem Ponton getragen wird, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß beispielsweise mit zunehmender Baggertiefe die von dem vorderen Ende der Eimerkette auf den Schwellkompensator ausgeübte Durchschnittsbelastung abnimmt und die von dem oberen Ende der Eimerkette auf den weiteren Schwellkompensator ausgeübte Durchschnittsbelastung zunimmt und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schwellkompensatoren (5,8; 11,12) so befestigt und/oder so miteinander verbunden sind, daß die Zunahme der auf den einen der Schwellkompensatoren ausgeübten Durchschnittsbelastung mit einer nahezu gleich großen Abnahme der auf den anderen Schwellkompensator ausgeübten Durchschnittsbelastung und umgekehrt gekoppelt ist.
2. Schwimmbagger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwellkompensatoren (5,8; 11,12) mit Schwenkarmen (3,9; 3a,9a) gekuppelt sind, die sich in der Mittelstellung jedes Schwellkompensators ungefähr recht-

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winklig zur Richtung dieses Schwellkompensators erstrecken, wobei diese Richtung an dem Kompensator (8,12) des vorderen Endes der Eimerkette (2) einen nach vorn geneigten spitzen Winkel und an dem Kompensator (5,11) des hinteren Endes der Eimerkette einen nach rückwärts geneigten spitzen Winkel mit der Vertikalen einschließt und die beiden Winkel bei einer gewissen konstanten Länge der Schwenkarme und einer konstanten Stellung der schwenkbaren Verbindung jedes Schwenkarms an dem Ponton gegenüber dem Schwenklager des Kompensators eine Funktion der Baggertiefe sind, so daß die Änderung der auf den einen Kompensator einwirkenden Durchschnittsbelastung nahezu gleich aber umgekehrt der des anderen Kompensators ist.
3. Schwimmbagger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Schwellkompensators (5,11) des hinteren Endes der Eimerkette (2) so gewählt ist, daß diese Richtung und das Tau (7) des Rollenblocks einen spitzen Winkel zwischen sich einschließen, der so weit wie möglich einem Winkel von 90° angenähert ist.
4. Schwimmbagger nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem jeder Schwellkompensator aus einem Druckzylinder, einem Druckspeicher oder einer Pumpe oder Kompressor besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck jedes Kompensators (11,12) separat durch einen Regler einstellbar ist, der von einem Rechner (22) gesteuert wird, der

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die Daten von einer Vorrichtung (20,21) erhält, die die mittlere Stellung jedes Kompensators mißt.
5. Schwimmbagger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Kompensatoren (11,12) über eine eine zwischengeschaltete Pumpe oder einen Kompressor (14) mit variabler Leistung aufweisende Leitung (13) mit einem Druckspeicher (16,18) in Verbindung steht, wobei die Pumpe bzw. der Kompensator (14) ein Druckmittel von einem Kompensator in den anderen und umgekehrt fördern kann.
6. Schwimmbagger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung (13) eine zweite Pumpe oder Kompressor (15) mit variabler Leistung eingebaut und zwischen den beiden Pumpen oder Kompressoren (14,15) eine weitere Leitung vorgesehen ist.
7. Schwimmbagger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die weitere Leitung ein Druckspeicher (17) angeschlossen ist.
8. Schwimmbagger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pumpen oder Kompressoren (14, 15) einen gemeinsamen Antrieb (19) haben.

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