DE60130805T2

DE60130805T2 - Bagger-schneidkopf

Info

Publication number: DE60130805T2
Application number: DE60130805T
Authority: DE
Inventors: Charles G. Aloha OLLINGER
Original assignee: Esco Corp
Current assignee: Esco Corp
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2001-12-31
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2022-01-01
Also published as: MXPA03006779A; USRE45648E1; WO2002062125A9; WO2002062125A3; WO2002062125A2; CA2436040A1; ZA200305774B; JP2004521199A; BR0116858A; JP3903009B2; EP1366243A4; US6578294B2; AU2002236669B2; CA2436040C; US20020104238A1; EP1366243A2; EP1366243B1; ATE374868T1; DE60130805D1; ES2295225T3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bagger-Schneidkopf, der verwendet wird, um Material aus Häfen, Fahrrinnen und anderen marinen Umgebungen und Bergwerksbetrieben gemäß der Präambel von Anspruch 1 zu entfernen. Eine solche Vorrichtung ist aus AU 3397868 bekannt.
Bagger-Schneidköpfe sind im Allgemeinen halbkugelig und mit einer Vielzahl von Zähnen zum Schneiden von hartem Gestein oder austauschbaren Kanten versehen, die von schraubenförmigen Stützarmen nach außen gerichtet sind, oder mit Klingen, die um die halbkugelige Oberfläche des Schneidkopfes angeordnet sind. Ein Beispiel für einen solchen Bagger-Schneidkopf ist in Bowes, Jr., U.S.-Patent Nr. 4,891,893 offenbart. Der Schneidkopf weist eine Nabe auf, die um einen Schaft herum passt, der die Drehkraft bereitstellt, um den Schneidkopf bei seinem Baggerbetrieb zu drehen. Der Schneidkopf trifft auf alle möglichen Arten von Materialien, einschließlich Gestein, Sand und Ton, die aus der Rinne entfernt werden müssen, welche ausgebaggert wird.
Die Form von herkömmlichen Schneidkopfarmen ist gestaltet, um den Verschleiß zu minimieren, sie sind aber nicht konzipiert, um Material zu bewegen. Jedoch besteht eines der Probleme im Zusammenhang mit Schneidköpfen darin, dass das durch die Schneidzähne gelöste Material in ein Einsaugrohr gelenkt werden muss, um vom Grund des Wasserweges entfernt zu werden. Wenn der Schneidkopf sich über den Boden des Wasserweges bewegt, graben die Schneidzähne unter die Rinne, um Material zu lösen. Unglücklicherweise erreicht ein erheblicher Teil des durch die Schneidzähne gelösten Materials nicht die Einsaugöffnung, die allgemein benachbart zur unteren Seite des Ringes des Schneidkopfes liegt. Stattdessen fallt etwas von dem gelösten Material schnell von der Hinterkannte des Grabarms und stürzt auf den folgenden Arm. Wenn der Schneidkopf bei einem steilen Leiterwinkel betrieben wird (zum Beispiel wie in 1 gezeigt), verbleibt das gelöste Material in der Nähe des Nabenendes des Arms und verhindert den Zugang von neuem Material zum Schneidkopf.
Das Ergebnis besteht darin, dass die durch den Bagger-Schneidkopf bereitgestellte Endtiefe der Rinne oft auf die Tiefe der Öffnung des Einsaugrohres begrenzt ist und nicht durch die Tiefe der Grabung, die durch die Schneidzähne erreicht wird. Da der Bagger-Schneidkopf selbst groß ist und während der Verwendung oft mit einem geneigten Leiterwinkel betrieben wird, kann der Unterschied zwischen der Tiefe der durch die Schneidzähne erreichten Grabung und der Tiefe der Einsaugöffnung immerhin 0,9144 m bis 1,219 m (drei bis vier Fuß) betragen. Dementsprechend ist es oft nötig, wesentlich weiter unter die angegebene Endtiefe der Rinne zu graben, um eine angegebene Endtiefe der Rinne zu erreichen, damit eine ausreichende Menge Material entfernt werden kann. Dies führt dazu, dass zusätzliche Zeit und zusätzlicher Aufwand benötigt werden, um eine angegebene Endtiefe der Rinne zu erreichen.
Ein Versuch, Material vom Schneidkopf nach innen zum Einsaugrohr zu lenken, ist in Fray, U.S.-Patent Nr. 2,090,790 offenbart, das eine sich drehende Schneidemaschine offenbart, die eine Vielzahl von Klingen umfasst. Der Körper einer jeden Klinge erstreckt sich im Wesentlichen über die Linie einer Schraube, die um das Zentrum der Drehung angeordnet ist, und das ausgegrabene Material sammelt sich innerhalb des von den schneidenden Klingen definierten Raumes an, um in das übliche Einsaugrohr entladen zu werden. Jede Klinge stellt eine Vielzahl von Rippengebilden bereit, die eine Bewegung der Erde oder von anderen gehandhabt werdenden Materialien in das Einsaugrohr antreiben sollen.
Ein anderer Versuch, gebaggertes Material zu bewegen, ist in Shiba et al., U.S.-Patent Nr. 4,702,024 offenbart, das Einschaufelplatten 7 offenbart, die zwischen schraubenförmigen Rückenschaufeln 3 und einem Ring 24 gekoppelt sind. Erde und Sand werden mittels der Einschaufelplatte 7 so geschaufelt, dass sie in die Richtung der Einsaugröhre 5 gelenkt werden. Jedoch fangen die Rückenschaufeln nicht selbst derart Material ein, dass sie das Material in die Richtung der Einschaufelplatten 7 bewegen würden.
Ein anderer Bagger-Schneidkopf umfasste das Hinzufügen einer Wand in einem spitzen Winkel am oberen Teil des Armes nach einem Schneidkopfarm mit herkömmlicher Form. Die Form des unteren Teils des Armes war wie die eines herkömmlichen Schneidkopfes gestaltet. Querschnitte des Armes dieses Schneidkopfes des Standes der Technik sind in den 10A–10D gezeigt, die den Stellen der Querschnitte 6A–6D der vorliegenden Erfindung entsprechen. Diese Armform bewirkte, dass sich gebaggertes Material im oberen Teil des Armes bei der spitzwinkligen Stelle zwischen der Vorderkante des Armes und der Hinterwand ansammelt. Dies führte dazu, dass Material den Innenraum des Schneidkopfes verstopfte, und verhinderte, dass der Schneidkopf gebaggertes Material entfernte.
AU3397868 offenbart eine Anordnung von Schneidklingen, die zur Verwendung in Verbindung mit dem Einsaugsystem eines Baggers angepasst ist. Die Schneidklingen sind in der Form einer drehfähigen Schneidemaschine angeordnet, die eine Vielzahl von Klingen umfasst, von denen jede mit Hinblick auf ihre Drehachse so angeordnet ist, dass die Vorderkante von jeder Klinge eine um die Achse angeordnete archimedische Spirale zeichnet, wobei der sich dabei ergebende Weg eines jeden Punktes in einer jeden Klingenkante um das Profil einer jeden der Schneidklingen so beschaffen ist, dass eine Tangente an den Weg der kreisförmigen Bewegung an diesem Punkt der Klinge zu einer Tangente an die gekrümmte Oberfläche der Klinge an dem Punkt um 40° geneigt ist.
Daher wird ein Bagger-Schneidkopf erwünscht, der das gelöste Material wirkungsvoll innerhalb des Schneidkopfes einfängt, der das gebaggerte Material zur Öffnung des Einsaugrohrs bewegt, der den einfachen Austausch von Standard-Schneidzähnen unterstützt und gestattet, und der in der Lage ist, den extremen Kräften, die während des Baggers auf ihn einwirken, ohne Zerbrechen oder ohne Verformung zu widerstehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Bagger-Schneidkopf bereitgestellt, der Folgendes umfasst: eine Nabe, einen Ring und eine Vielzahl von schraubenförmigen Armen, die die Nabe mit dem Ring verbinden; eine Vielzahl von schraubenförmigen Armen, die Pumparme sind, und eine Vorderkante, eine Hinterkante und einen zwischen der Vorder- und der Hinterkante befindlichen Wannenteil aufweisen, wobei der Wannenteil im Wesentlichen keine die Bewegung von Material entlang dem Pumparm zum Ring behindernden Strukturen enthält; und die Pumparme von der Vorderkante zur Hinterkante in der Nähe des Ringes einen Krümmungsgrad von mindestens 10% aufweisen, so dass eine auf das gebaggerte Material in dem Wannenteil ausgeübte Nettokraft das Material allgemein entlang der Mitte des Wannenteils in die Richtung des Rings drückt, wenn der Schneidkopf gedreht wird.
Die vorstehenden und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nach der Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung zusammen mit den beigefügten Figuren leichter verstanden werden.
KURZE BESCHEIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER FIGUREN
1 stellt einen vereinfachten seitlichen Aufriß eines Baggers dar, der den Bagger-Schneidkopf beim Betrieb zeigt.
2 stellt eine Seitenansicht eines beispielhaften Bagger-Schneidkopfs der vorliegenden Erfindung dar, der am Ende einer Leiter angebaut ist.
3 stellt eine Schnittansicht des Ringes entlang der Linie 3-3 von 2 dar.
3A stellt eine Schnittansicht eines Ringes des Standes der Technik dar.
4 stellt eine Schnittansicht eines Armes entlang der Linie 4-4 von 2 dar.
4A stellt eine Schnittansicht eines Armes des Standes der Technik an ungefähr der gleichen Stelle wie in 4 dar.
5 stellt eine perspektivische Ansicht von der hinteren Seite des Schneidkopfes von 2 dar.
Die 6A–6D stellen Querschnitte des Schneidkopfes aus 5 entlang der entsprechenden Linien 6A-6A bis 6D-6D dar.
Die 7A–7D stellen Querschnitte eines Schneidkopfes nach dem Stand der Technik dar, ungefähr an den gleichen Stellen entlang des Armes wie in 6A–6D.
8 stellt eine Seitenschnittansicht des Schneidkopfes von 2 dar.
9 stellt eine vereinfachte schematische Seitenansicht eines Schneidkopfes der vorliegenden Erfindung dar, bei der bis auf einen alle Arme entfernt sind, und die den Drallwinkel eines Armes zeigt.
Die 10A–10D zeigen Querschnitte eines anderen Schneidkopfes des Standes der Technik, die den Querschnitten der 6A–6D entsprechen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bagger-Schneidkopf, der die Fähigkeit des Schneidkopfes erhöht, gebaggertes, gelöstes Material innerhalb des Innenraumes des Schneidkopfes einzufangen und das gelöste Material in die Richtung der Öffnung der Einsaugröhre zu bewegen. Der Bagger-Schneidkopf der vorliegenden Erfindung kann zusammen mit einem jeglichem herkömmlichen Bagger verwendet werden, der zum Schneid-/Einsaugbaggern verwendet wird.
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei sich gleiche Nummern auf gleiche Elemente beziehen, zeigt 1 eine vereinfachte Darstellung eines beispielhaften Schneid-/Einsaugbaggers 10, der einen Bootskörper 12 aufweist. Am einen Ende des Bootskörpers befinden sich zwei Ankerpfähle 14 und 16, die erhöhbar beweglich sind und in der Breite des Schiffes räumlich entfernt sind. Am entgegengesetzten Ende des Bootskörpers befindet sich eine Leiter 18, die den Bagger-Schneidkopf 20 trägt. Die Leiter beherbergt einen Schaft 22 zum Tragen und Drehen des Schneidkopfes sowie ein Einsaugrohr 24 und eine Einsaugpumpe oder Einsaugpumpen 26, die gebaggertes Material vom Schneidkopf entfernt/entfernen. Die Leiter, das Einsaugrohr und der Schaft sind von herkömmlicher Art und können von jeglicher Art sein, die zur Verwendung zusammen mit einem Schneidkopf 20 geeignet ist. In ähnlicher Weise kann der Schneidkopf 20 der vorliegenden Erfindung mit einem jeglichem herkömmlichen Wasserfahrzeug zum Schneid-/Einsaugbaggern wie beispielsweise einem Boot oder einer Barge verwendet und auf jegliche herkömmliche Weise betrieben werden. Der Schneidkopf 20 gräbt in der Rinne 11, die nach dem Bagger auf die Endtiefe der Rinne 13 vertieft ist.
2 zeigt eine Seitenansicht des Schneidkopfes 20, der sich am Ende der Leiter 18 befindet und durch den Schaft 22 getragen ist. Wie in den 2 und 5 gezeigt ist, weist der Schneidkopf eine Nabe 28, einen Ring 30 und sie verbindende Arme 32 auf. Die Nabe 28 wird verwendet, um den Schneidkopf 20 am Schaft 22 zu befestigen. Der Schneidkopf 20 kann auf jegliche herkömmliche Weise an dem Schaft 22 befestigt sein, die es gestattet, dass die Nabe 28 durch den Schaft 22 getragen und von ihm gedreht wird. Die Arme 32 winden sich in einer schraubenförmigen Weise um eine durch den Schaft 22 definierte Drehachse A des Schneidkopfes. (Siehe 2.) Von den Armen 32 stehen eine Vielzahl von Adapter 34 zum Aufnehmen der Schneidzähne 36 hervor. Zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignete Schneidzähne 36 umfassen jegliche herkömmliche Schneidzähne, beispielsweise diejenigen, die im U.S.-Patent Nr. 4,335,532 offenbart sind.
Am Ende der Leiter 18 ist eine herkömmliche Druckplatte angebracht, die die hintere Öffnung des Schneidkopfes 20 abdeckt. Die Druckplatte 38 weist eine herkömmliche Öffnung auf (nicht gezeigt), die mit dem Eingang oder der Öffnung des Einsaugrohrs 24 in Verbindung steht. Somit verhindert die Druckplatte 38 im Wesentlichen, dass Material in anderer Weise den hinteren Teil des Schneidkopfes verlässt als durch die Öffnung des Einsaugrohres. Die Druckplatte 38 und die Öffnung des Einsaugrohres können von herkömmlicher Art sein. Durch die Zähne 36 gelöstes Material tritt in den Innenraum des Schneidkopfes 20 ein, bewegt sich entlang der Innenoberfläche der Arme 32 und in die Richtung der Einsaugrohröffnung, die das gelöste Material dann zum Bagger 10 entfernt.
Der Schneidkopf 20 der vorliegenden Erfindung erzielt seine Vorteile durch das effizientere Bewegen oder „Pumpen" des gelösten Materials vom Innenraum des Schneidkopfes entlang der Innenoberfläche der Arme 32 in die Richtung der Einsaugrohröffnung, und durch das Einfangen von einer größeren Menge des gelösten Materials im Innenraum des Schneidkopfes. Der Schneidkopf erzielt diese Vorteile durch die Verwendung einer neuen Armform und einer neuen Ringform.
Wendet man sich nun den Armen 32 zu, so zeigt 4 einen beispielhaften Querschnitt eines Armes 32, der eine Vorderkante 40, eine Hinterkante 42 und einen Wannenteil 44 dazwischen aufweist. (Wie hierin für alle Armquerschnitte dargestellt ist, werden die Querschnitte entlang einer Strecke aufgenommen, die gleiche Prozentanteile der Länge der Vorder- und Hinterkanten verbindet). Die Innenoberfläche 46 des Wannenteils 44 ist derart geformt, dass der/das von den Schneidzähnen 36 während des Baggers gelöste Dreck/Gestein, der/das in den Innenraum des Schneidkopfes 20 eintritt, unter dem kombinierten Einfluss von Schwerkraft, Auftrieb und Zentrifugalkraft entlang der Innenoberfläche 46 des Armes 32 in Richtung des Rings 30 gedrückt oder „gepumpt" wird. Die Oberfläche ist derart geformt, dass die Steigung der Oberfläche an einem jeglichen Punkt einen Winkel aufweist, so dass die Nettokraft das Material in die erwünschte Richtung treibt. Die „pumpende" Natur der Arme ist das Ergebnis einer Kombination der Wannenform des Arms, des Drallwinkels des Armes und des Seitenverhältnisses (β) des Schneidkopfes. Die sich ergebende Form des Armes ist von der Art, dass die auf Material innerhalb des Wannenteils ausgeübte Nettokraft das Material allgemein entlang der Mitte des Wannenteils in die Richtung des Rings drückt.
5 zeigt beispielhafte Flussvektoren F, die die Richtung anzeigen, in die das Material durch die Nettokraft an bestimmten Stellen innerhalb des Wannenteils gedrückt wird. Wie ersichtlich ist, drängt die Nettokraft das gelöste Material allgemein entlang der Mitte des Wannenteils in die Richtung des Rings. Material an den Seiten des Wannenteils wird sowohl in die Mitte des Wannenteils als auch in die Richtung des Ringes gelenkt, wohingegen in der Mitte der Wanne befindliches Material entlang der Mitte in die Richtung des Rings gelenkt wird. Die Innenoberfläche 46 des Wannenteils 44 ist bevorzugterweise glatt und frei von Graten, die die Bewegung des Materials entlang des Arms 32 in Richtung des Rings 30 blockieren oder behindern könnten.
Der Arm 32 wirkt somit wie die Rückenschaufel einer Pumpe und bedingt, dass das gelöste Material nach dem Eintreten in den Innenraum des Schneidkopfes 20 innerhalb des Innenraumes des Schneidkopfes eingefangen wird und sich entlang des Armes 32 in die Richtung der Öffnung des Einsaugrohres 24 bewegt. Im Ergebnis erreicht der Schneidkopf 20 während des Baggers durch das Einfangen von Material, das ansonsten aus dem Schneidkopf 20 austreten könnte, eine größere Effizienz, und gestattet dem Schneidkopf 20, eine Endtiefe der Rinne zu erreichen, die tiefer als die Öffnung des Einsaugrohres 24 liegt, wie in 1 gezeigt ist.
Wendet man sich nun detaillierter dem Arm 32 zu, so zeigen die 6A–6D mehrere Querschnitte des Armes 32, die an mehreren aufeinanderfolgenden Stellen vom oberen in die Richtung des unteren Ende des Armes 32 aufgenommen wurden, wie durch die Linien 6A-6A bis 6D-6D von 5 gezeigt ist. (Wie hierin verwendet, bezeichnet „oberes Ende" das Ende des Armes in der Nähe der Nabe 28, und „unteres Ende" das Ende des Armes in der Nähe des Ringes 30.) Im Gegensatz dazu sind entsprechende Querschnitte eines Schneidkopfes des Standes der Technik in den 7A–7D gezeigt.
Die Innenseite 49 des Armes 32 ist ausreichend gekrümmt, so dass durch die Schneidzähne gelöstes Material festgehalten wird; somit wird verhindert, dass Material von der Hinterkante des Arms fällt und aus dem Schneidkopf austritt. Mit „gekrümmt" ist der Krümmungsgrad der Innenseite 49 von der Vorderkante 40 bis zur Hinterkante 42 des Arms gemeint. Ein Krümmungsgrad („D.C.") eines Querschnittes an jeglichem Punkt entlang des Armes kann bestimmt werden, indem man das Verhältnis von (1) der Tiefe des Wannenteils 44 an diesem Punkt und (2) der Breite der Innenseite 49 des Armes an diesem Punkt bildet. Die „Tiefe" des Wannenteils wird durch die größte senkrechte Entfernung zwischen der Innenoberfläche des Wannenteils 44 und einer geraden Linie bestimmt, die die innersten Oberflächen der Vorderkante und der Hinterkante miteinander verbindet. Zum Beispiel zeigt 6D eine gerade Linie 52, die die innerste Oberfläche 41 der Vorderkante 40 mit der innersten Oberfläche 43 der Hinterkante 42 verbindet. Die Linie 54 ist die maximale senkrechte Entfernung zwischen der Innenoberfläche des Wannenteils und der Linie 52. Der Krümmungsgrad ist das Verhältnis des Tiefe D, d. h. der Länge der Linie 54, zur Breite W zwischen den Punkten 41 und 43, d. h. der Länge der Linie 52.
Mit „ausreichend gekrümmt” ist gemeint, dass der Arm einen Krümmungsgrad aufweist, der ausreichend ist, um Material innerhalb des Wannenteils festzuhalten. Allgemein beträgt der Krümmungsgrad in Nähe der Nabe mindestens etwa 8% und bevorzugtererweise etwa 10 bis 12%. Der Krümmungsgrad in der Nähe des Ringes beträgt mindestens etwa 10%, bevorzugtererweise etwa 15% und noch bevorzugtererweise etwa 20 bis 25%. Ein Krümmungsgrad in der Nähe des Ringes von mindestens 10% gewährleistet, dass die auf Material in der Nähe des Ringes ausgeübte Nettokraft das Material in die Richtung des Ringes drängen wird, und gestattet dem Wannenteil auch, das den Arm hinunterströmende und auch in den Arm über die Vorderkante in der Nähe des Ringes eintretende Material aufzunehmen. Mit „in der Nähe der Nabe" ist innerhalb der oberen 20% der Armlänge neben der Nabe 28 gemeint, und mit „in der Nähe des Ringes" ist innerhalb der unteren 20% der Armlänge neben dem Ring 30 gemeint. Zum Beispiel reicht der Krümmungsgrad eines beispielhaften Armes der vorliegenden Erfindung, wie in den 6A–6D gezeigt ist, von einem minimalen Krümmungsgrad von etwa 10% in der Nähe der Nabe bis zu einem maximalen Krümmungsgrad von etwa 21% in der Nähe des Ringes und weist einen durchschnittlichen Krümmungsgrad von etwa 15% auf. Im Gegensatz dazu zeigen die 7A–7D einen herkömmlichen Arm des Standes der Technik, bei dem der Krümmungsgrad zwischen 2,6% und 6,0% schwankt und der einen durchschnittlichen Krümmungsgrad von etwa 4,5% aufweist.
Bevorzugterweise steigt der Krümmungsgrad allgemein entlang des Armes 32 vom oberen Ende in der Nähe der Nabe 28 in die Richtung des unteren Endes des Armes 32 in der Nähe des Ringes 30. Mit „steigt allgemein" ist gemeint, dass der Krümmungsgrad im Durchschnitt über mindestens den unteren Teil des Armes steigt, d. h. von einer Stelle bei etwa 50% der Armlänge von der Nabe bis zum Ring. Bevorzugtererweise steigt der Krümmungsgrad im Durchschnitt über mindestens 70% der Armlänge und noch bevorzugtererweise im Durchschnitt über mindestens 90% der Armlänge. Während der Krümmungsgrad im Durchschnitt steigt, kann der Krümmungsgrad über eine gegebene Länge nichtsdestotrotz schwanken und kann über kurze Teile des Arms sogar abnehmen.
Das Erhöhen des Krümmungsgrades entlang des Arms gestattet dem Wannenteil, das entlang der Wanne strömende Material festzuhalten und zusätzliches gelöstes Material aufzunehmen, das von dem unteren Teil der Vorderkante in den Wannenteil eintritt. Weil der Krümmungsgrad allgemein zunimmt, tritt der maximale Krümmungsgrad bevorzugterweise an einer niedrigeren Stelle als der minimale Krümmungsgrad auf. Der Krümmungsgrad in der Nähe des Ringes 30 ist bevorzugterweise mindestens 1,5 mal und noch bevorzugtererweise mindestens 2 mal so groß wie der Krümmungsgrad in der Nähe der Nabe 28.
Zum Beispiel zeigen die 6A–6D den Krümmungsgrad, D. C., der von etwa 9,7% in der Nähe der Nabe 28 bis etwa 21,2% in der Nähe des Ringes 30 zunimmt. Somit ist der Krümmungsgrad in der Nähe des Ringes 30 etwa 2 mal so groß wie der Krümmungsgrad in der Nähe der Nabe 28. Im Gegensatz dazu nimmt der Krümmungsgrad beim Arm des Standes der Technik der 7A–7D nicht allgemein entlang des Mittelteils des Armes zu, sondern nimmt stattdessen ab. Der Krümmungsgrad in der Nähe des Ringes des Arms des Standes der Technik liegt geringfügig niedriger als der Krümmungsgrad in der Nähe der Nabe des Arms des Standes der Technik. Tatsächlich liegt der maximale Krümmungsgrad des herkömmlichen Armes des Standes der Technik, der in den 7A–7D gezeigt ist, über und nicht unter dem minimalen Krümmungsgrad.
Wendet man sich erneut dem beispielhaften Querschnitt von 4 zu, so weist die Innenseite 49 der vorliegenden Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform bevorzugterweise einen Vorderteil 48 zum Tragen der Adapter 24 auf, deren Form ähnlich wie die des vorderen Teils des in 4 gezeigten Armes 32' des Standes der Technik gestaltet ist. Der Vorderteil 48 weist eine Dicke W_L auf, die ähnlich der beim Arm 32' des Standes der Technik ist. Die Dicke W_L stellt einen Träger für die Adapter 34 und die Schneidzähne 36 bereit, die extremen Kräften ausgesetzt sind, wenn sie in harte Materialien wie beispielsweise Gestein schneiden. Zusätzlich gestattet die Dicke des Vorderteils 48 dem Arm 32, dem Verschleiß und der Abnutzung zu widerstehen, denen er während des Baggerns ausgesetzt ist.
Der Vorderteil 48 ist bevorzugterweise nach innen gekrümmt, um zwischen einem jeden der entsprechenden Anne 32 einen Raum für gebaggertes Material bereitzustellen, das in den Innenraum des Schneidkopfes eintritt. Bevorzugterweise ist der Vorderteil 48 zu den Schneidzähnen 36 des Armes derart ausgerichtet oder folgt ihnen derart, dass der Verschleiß des Armes minimiert wird. Der Vorderteil 48 kann einen Innenradius der Krümmung R_L aufweisen, der dem herkömmlichen Krümmungsradius des Armes 32' des Standes der Technik ähnlich ist. Der Krümmungsradius R_L schwankt entlang des Armes vom Ring 30 bis zur Nabe 28, ist aber im Allgemeinen von der Art, dass sich der Arm in einer glatten, schraubenförmigen Weise vom Ring 26 bis zur Nabe 28 windet. Die Breite des Vorderteils 48 kann schwanken, umfasst aber allgemein 10% bis 35% der Breite der Innenoberfläche 49.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Wannenteil bei einem jeden Abschnitt weiterhin drei unterschiedliche Flächen, von denen jede einen unterschiedlichen Krümmungsradius R₁, R₂ und R₃ aufweist. Die erste Fläche 56 weist einen Krümmungsradius R₁ auf, der viel kleiner als der von R_L ist. Wie in 4 gezeigt ist, ist die Innenoberfläche 46 auf der ersten Fläche 56 in einer konkaven Weise gekrümmt, so dass die Stärke des Arms allmählich in einer transversalen Richtung abnimmt. Die erste Fläche 56 geht fließend in eine zweite Fläche 58 über, die einen Krümmungsradius R₂ aufweist, der größer als R₁ und dem R_L ähnlich ist. Der Arm 32 weist bei der zweiten Fläche 58 eine Stärke W_T auf, die dünner als die Stärke W_L des Vorderteils 48 ist. Die zweite Fläche 58 geht fließend in eine dritte Fläche 60 über, die an einem jeglichen Punkt entlang des Armes einen Krümmungsradius R₃ aufweist, der geringer als R₂ ist. Der geringere Krümmungsradius R₃ der dritten Fläche 60 bewirkt, dass sich die dritte Fläche 60 nach innen in den Innenraum des Schneidkopfes 20 windet. Bevorzugterweise krümmt sich die Hinterkante 42 nach innen in den Innenraum des Schneidkopfes 20 über die Innenoberfläche 46 des Vorderteils 48 des Armes 32 hinaus. Der durchschnittliche Krümmungsradius des Wannenteils 44, der als der Durchschnitt von R₁, R₂ und R₃ definiert ist, ist niedriger als der Krümmungsradius des Vorderteils R_L.
Während die 4 und 6A–6D einen Arm zeigen, der eine Innenseite aufweist, die einen Vorderteil und einen Wannenteil aufweist, kann der erforderliche Krümmungsgrad ohne Differenzieren des Arms in zwei derartige Teile erhalten werden. Somit kann der Arm eine einheitliche Stärke aufweisen. Genau so wenig ist es notwendig, dass sich die Hinterkante nach innen windet. Die Innenoberfläche 46 kann durch eine jegliche Kurve oder Kombination von Kurven definiert sein und ist nicht auf Bögen und Linien beschränkt. Während glatte Oberflächen erwünscht sind, kann es möglich sein, den erforderlichen Krümmungsgrad unter Verwendung einer Vielzahl von flachen Oberflächen zu erhalten, die mit spitzen Winkeln entlang der Innenoberfläche der Wanne ineinander übergehen.
Während die Figuren zeigen, dass jeder Arm einen Wannenteil aufweist, ist es darüber hinaus lediglich notwendig, dass eine Vielzahl der Arme eine pumpende Natur aufweisen. Somit kann der Schneidkopf zum Beispiel mit drei Pumparmen ausgestattet sein, die den oben beschriebenen Krümmungsgrad aufweisen, sowie mit drei herkömmlichen Armen.
Die Fähigkeit des Schneidkopfes 20, gelöstes Material effizient in die Richtung des Ringes zu bewegen, oder seine „pumpende" Natur, können optional durch das Erhöhen des Drallwinkels des Wannenteils des Armes 32 verbessert werden. Wie in 9 gezeigt ist, ist der Drallwinkel eines Armes 32 der umfasste Winkel γ zwischen der Tangente an die interessierende Kurve (wie beispielsweise die Vorderkante) an einem gegebenen Punkt und einer Ebene, die zum Ring des Schneidkopfes parallel liegt. Ein herkömmlicher durchschnittlicher Drallwinkel für einen Arm entlang der Vorderkante liegt typischerweise zwischen 135° und 140°. Das Erhöhen des Drallwinkels des Wannenteils des Armes bewirkt, dass sich der Arm eher wie eine geschlossene archimedische Schraube verhält.
Ein Verfahren zum wirksamen Erhöhen des Drallwinkels des Wannenteils besteht darin, die Breite des Armes des Schneidkopfes vom oberen Ende bis zum unteren Ende des Arms zu erhöhen. Zu Beispiel zeigen die 6A–6D, dass die Breite des Armes in der Nähe des Ringes (durch die Länge der Linie 52 in 6D gezeigt) etwa 10% größer als die Breite des Armes in der Nähe der Nabe ist (6A). Im Gegensatz dazu nimmt die Breite des Armes bei einem herkömmlichen Schneidkopf gewöhnlich von dem Bereich in der Nähe der Nabe in die Richtung des Mittelteils ab, wie in den 7A–7D gezeigt ist. Bevorzugterweise ist die Breite des Armes in der Nähe des Ringes mindestens 5% größer als die Breite in der Nähe der Nabe, bevorzugtererweise mindestens 10% größer und noch bevorzugterweise 15% größer.
Ein anderes Verfahren zum Erhöhen des Drallwinkels des Wannenteils besteht darin, den Drallwinkel der Vorderkante zu erhöhen. Bevorzugterweise beträgt der Drallwinkel der Vorderkante mindestens 140° und noch bevorzugtererweise mindestens 145°.
In ähnlicher Weise kann die pumpende Natur des Schneidkopfes durch das optionale Erhöhen des Seitenverhältnisses (β) des Schneidkopfes 20 verbessert werden. Das Seitenverhältnis des Schneidkopfes ist das Verhältnis des Außendurchmessers des Ringes 30 zur Höhe des Schneidkopfes 20. Die Höhe des Schneidkopfes 20 ist die Entfernung entlang der Drehachse A durch die Nabe 28 zwischen dem oberen Ende 62 der Nabe und einer horizontalen Ebene, die durch den Boden des Ringes 30 definiert ist, wie in 9 gezeigt ist. Ein herkömmlicher Schneidkopf weist typischerweise ein Seitenverhältnis von etwa 1,4 bis 1,7 auf. Das Seitenverhältnis des Schneidkopfes der vorliegenden Erfindung beträgt bevorzugterweise mindestens 1,7, bevorzugterweise mindestens 2 und noch bevorzugtererweise mindestens 2,2. Das Erhöhen des Seitenverhältnisses gestattet es dem Arm, aus der Zentrifugalkraft einen größeren Vorteil zu ziehen, um Material in die Richtung des Ringes zu schieben.
Der Fluss an Material in die Einsaugöffnung kann durch das Fortsetzen des Wannenteils in den Ring 30 verstärkt werden. Wie insbesondere in den 5 und 8 gezeigt ist, kann der Ring 30 optional eine Vielzahl von Kerben 64 entlang des Innenraumes des Ringes 30 definieren, von denen jede mit einem Wannenteil in Verbindung steht. Die Kerben 64 verbessern den Materialfluss in die Öffnung des Einsaugrohres. Bei den Ausführungsformen, die nicht einen ringförmigen Kanal im Ring (unten diskutiert) umfassen, können die Kerben optional durch den Ring derart fortgesetzt sein, so dass dem Material gestattet wird, über den Ring und in die Einsaugöffnung zu strömen.
In einem anderen, bevorzugten Aspekt der Erfindung definiert der Ring 30 des Schneidkopfes 20 ein ringförmigen Kanal 66, der bevorzugterweise einen Querschnitt in der Form eines „Halb-Rohres” aufweist, wie in den 3 und 8 gezeigt ist. Wie hierin verwendet, wird der Begriff „Ring" breit verwendet, um den niedrigeren Teil des Schneidkopfes zu bezeichnen, der die Anne miteinander verbindet. Die Halbrohr-Form des Ringes steht im Gegensatz zum Ring des Standes der Technik, der, wie in 3A gezeigt ist, allgemein einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Wie in den 3 und 8 gezeigt ist, erstreckt sich der Kanal 66 der vorliegenden Erfindung um den gesamten Innenraum des Ringes, um gelöstes Material festzuhalten. Der Kanal 66 nimmt das gelöste Material auf, das von den Wannenteilen 44 in den Kanal 66 strömt, was dem gelösten Material, das in den Ring 30 an einer Stelle eintritt, die von dem Einsaugrohr entfernt ist, gestattet, sich entlang des Kanals 66 zum Boden des Ringes 30 zu bewegen, wo sich die Einsaugöffnung befindet, wie in 2 gezeigt ist. Auf diese Weise verbessert der Kanal 66 die Effizienz des Baggerns weiter durch das Festhalten des gelösten Materials und dadurch, dass er bewirkt, dass das Material zur Einsaugöffnung bewegt wird, um entfernt zu werden. Bevorzugterweise definiert der Ring Kerben 64, die es dem Kanal 66 gestatten, mit dem Wannenteil 44 des Armes 32 in Verbindung zu treten.
Während die 3 und 8 zeigen, dass ein Teil des Kanals 66 als Ergebnis der Entfernung von Material aus dem Innenteil 68 des Ringes 30 gebildet wird, um einen Teil des Kanals zu definieren, kann der Innenteil 68 des Ringes einen quadratischen Querschnitt aufweisen, und der Kanal kann durch einen Aufsatz oder eine andere Struktur gebildet werden, die mit dem Ring verbunden ist, um einen Kanal zum Aufnehmen von gelöstem Material zu bilden. Der Kanal kann auch eine andere Querschnittsform als die eines Halbrohres aufweisen, solange er weiterhin in der Lage ist, Material innerhalb des Kanals festzuhalten.
Die Begriffe und Ausdrücke, die in der vorangehenden Beschreibung verwendet wurden, werden darin als Begriffe zur Beschreibung und nicht zur Begrenzung verwendet, und es besteht bei der Verwendung solcher Begriffe und Ausdrücke keine Absicht, Äquivalente der gezeigten und beschriebenen Merkmale oder Teile davon auszuschließen, wobei anerkannt wird, dass der Umfang der Erfindung ausschließlich durch die folgenden Ansprüche definiert und begrenzt wird.

Claims

Bagger-Schneidkopf (20), der Folgendes umfasst: eine Nabe (28), einen Ring (30) und mehrere schraubenförmige Arme (32), die die Nabe (28) mit dem Ring (30) verbinden; und mehrere schraubenförmige Arme (32), die jeweils eine Vorderkante (40), eine Hinterkante (42) und einen zwischen der Vorder- und der Hinterkante (40, 42) befindlichen Wannenteil aufweisen; dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren schraubenförmigen Arme Pumparme sind, die jeweils einen Wannenteil aufweisen, der im Wesentlichen keine die Bewegung von Material entlang jedem der Pumparme (32) zum Ring (30) behindernden Strukturen enthält, und dass jeder Pumparm (32) von der Vorderkante zur Hinterkante in der Nähe des Rings (30) einen Krümmungsgrad von mindestens 10% aufweist, so dass eine auf gebaggertes Material in dem Wannenteil ausgeübte Nettokraft das Material allgemein entlang der Mitte des Wannenteils zum Ring (30) drückt, wenn der Schneidkopf (20) gedreht wird.
Bagger-Schneidkopf (20) nach Anspruch 1, bei dem jeder der Pumparme (32) eine Vorderkante zur Befestigung von Schneidzähnen oder austauschbaren Kanten aufweist.
Bagger-Schneidkopf (20) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jeder der Pumparme (32) einen Krümmungsgrad aufweist, der entlang mindestens einem jeweiligen Teil jedes der schraubenförmigen Anne (32), der sich näher am Ring (30) als an der Nabe (28) befindet, allgemein zunimmt.
Bagger-Schneidkopf (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeder der Pumparme (32) einen maximalen Krümmungsgrad und einen minimalen Krümmungsgrad aufweist und bei dem sich der maximale Krümmungsgrad näher am Ring (30) befindet als der minimale Krümmungsgrad.
Bagger-Schneidkopf (20) nach Anspruch 4, bei dem sich der minimale Krümmungsgrad näher an der Nabe (28) und der maximale Krümmungsgrad näher am Ring (30) befindet.
Bagger-Schneidkopf (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeder der Pumparme (32) einen Krümmungsgrad in der Nähe des Rings (30) und einen Krümmungsgrad in der Nahe der Nabe (28) aufweist, und bei dem der Krümmungsgrad in der Nähe des Rings (30) mindestens das 1,5-Fache des Krümmungsgrads in der Nähe der Nabe (28) beträgt
Bagger-Schneidkopf (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeder der Pumparme (32) in der Nähe des Rings (30) breiter ist als in der Nähe der Nabe (28).
Bagger-Schneidkopf (20) nach einen der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vorderkante (40) einen Drallwinkel von mindestens 140° in der Nähe des Rings (30) aufweist.
Bagger-Schneidkopf (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schneidkopf (20) ein Seitenverhältnis von mindestens 1,7 aufweist.
Bagger-Schneidkopf (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schneidkopf (20) ein Seitenverhältnis von mindestens 2,0 aufweist.
Bagger-Schneidkopf (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wannenteil dünner als ein Vorderteil jedes der mehreren schraubenförmigen Arme (32) ist.
Bagger-Schneidkopf (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Ring (30) weiterhin mehrere Kerben (64) definiert, wobei jede der Kerben (64) mit einem jeweiligen Wannenteil in Verbindung steht.
Bagger-Schneidkopf (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Hinterkante (42) nach innen in das Innere des Schneidkopfs (20) gekrümmt ist.
Bagger-Schneidkopf (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Ring (30) einen Kanal (66) definiert, der sich entlang einem Inneren des Rings (30) ringförmig erstreckt und von dem Ring (30) zur Drehachse des Schneidkopfs (20) offen nach innen weist.
Bagger-Schneidkopf (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeder der Pumparme (32) einen Krümmungsgrad in der Nähe des Rings (30) von mindestens 15% aufweist.
Bagger-Schneidkopf (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Ring (30) einen Kanal (66) definiert, der sich entlang einem Inneren des Rings (30) ringförmig erstreckt und von dem Ring (30) zur Drehachse des Schneidkopfs (20) offen nach innen weist, um gelöstes Material festzuhalten.
Bagger-Schneidkopf (20) nach Anspruch 16, bei dem der Kanal (66) einen halbrohrförmigen Querschnitt aufweist.
Bagger-Schneidkopf (20) nach Anspruch 16 oder 17, bei dem der Ring (30) eine Kerbe (64) definiert, die mit dem Wannenteil eines jeweiligen der Pumparme (32) und mit dem Kanal (66) in Verbindung steht.