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Im Blockbetrieb arbeitender Schaufelradbagger
Die Förderleistung eines
Schaufelradbaggers hängt ab von der Spanhöhe, der Spanstärke und der Schwenkgeschwindigkeit
des Schaufelrades.
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Zur Erläuterung dieser Faktoren mögen die Fig. I und 2 der Zeichnung
dienen, welche schematisch das Arbeiten eines Schaufelradbaggers nach zwei verschiedenen,
mit III und IV bezeichneten Verfahren veranschaulichen. Bei beiden Figuren ist das
Schaufelrad in der obersten Abbaustufe in seiner am weitesten vorgeschobenen Lage
gezeichnet. Die zugehörige waagerechte Schwenkachse des Schaufelradauslegers ist
durch den Punkt P angedeutet.
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Bei dem Abbauverfahren III nach Fig. 1 wird aus der Böschung zunächst
eine obere Stufe herausgearbeitet, indem das Schaufelrad nach jedem Schritt in waagerechter
Richtung um die Spanstärke s fortschreitet und schließlich eine bestimmte Blocktiefe
erreicht. Nach Herstellung der obersten Stufe werden dann die folgenden Stufen in
in dem dargestellten Beispiel deren zwei - nacheinander abgebaut. Die Höhe dieser
Stufen ist gleich der Spanhöhe H.
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Bei dem Abbauverfahren IV nach Fig. 2 wird zunächst in der gleichen
Weise wie nach dem Verfahren III aus der Böschung eine oherste Stufe
herausgearbeitet.
Von dieser aus aber schreitet der Abbau nach unten fort, indem nach jedem Schnitt
das Schaufelrad um die Spanstärke s tiefer eingestellt wird. Dabei ist die Breite
der in dieser Weise nach unten rückenden Stufe gleich der Spanhöhe H.
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Die unterste Stufe wird schließlich wieder nach dem Verfahren III
abgebaut.
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In beiden Fällen ergibt sich eine sichelförmige Abbaufläche, die
gleich ist dem Produkt H s.
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Multipliziert man diese Fläche mit der mittleren Schwenkgeschwindigkeit
V dieser Fläche, so erhält man das Volumen des in der Zeiteinheit von dem Schaufelrad
abgebauten Gutes.
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Die Schwenkgeschwindigkeit V wiederum ändert sich bei gleichbleibender
Schwenkwinkelgeschwindigkeit je nachdem, wie weit der Schaufelradausleger nach oben
oder nach unten hin gegenüber der Waagerechten geneigt ist. Zur Erläuterung dessen
sind in Fig. 3 für einen vorschublosen Bagger drei verschiedene Neigungen des Schaufelradauslegers
dargestellt, wobei die Auslegerlänge, gemessen von der Schaufelradachse bis zur
lotrechten Auslegerschwenkachse, immer den gleichen Wert L hat. Hingegen hat der
Schwenkradius, der für die Schwenkgeschwindigkeit V maßgebend ist, bei den drei
verschiedenen Neigungen des Auslegers verschiedene Werte L', L bzw. L", die gleich
sind den Projektionen der Auslegerlänge L auf die Waagerechte.
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Es ist ein im Blockbetrieb arbeitender Schaufelradbagger bekannt,
bei dem die Schwenkgeschwindigkeit des Schaufelrades allein in Abhängigkeit von
dem Schwenkwinkel des Schaufelradauslegers oder im Falle eines Vorschubauslegers
- außerdem noch in Abhängigkeit von der Vorschubstellung selbsttätig derart geregelt
wird, daß die Schwenkgeschwindigkeit mit von der Mittelstellung aus wachsendem Schwenkwinkel
zunimmt.
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Hierbei wird rein schematisch die Breite der sich im Grundriß ergebenden
Abbausichel berücksichtigt, es bleiben aber die verschiedenen anderen, beim praktischen
Baggerbetrieb auftretenden, die Förderleistung beeinflussenden Faktoren außer Betracht.
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Zum Beispiel muß bei dem bekannten Schaufelradbagger, wenn er nach
dem Verfahren III arbeitet, der Baggerführer die Spanstärke s jedesmal neu einstellen,
wenn das Schaufelrad einen Schnitt ausgeführt hat. Diese Einstellung gestaltet sich
sehr schwierig, zumal an den Endpunkten der einzelnen Schnitte der Schaufelradausleger
sehr verschiedene Winkel mit der Verhiebrichtung bildet.
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Hierdurch werden an das Augenmaß und an das Schätzungsvermögen des
Baggerführers so hohe Anforderungen gestellt, daß bei dem bekannten Bagger trotz
der erwähnten selbsttätigen Regelung die wirtschaftlichste Führung des Baggerbetriebes
praktisch nicht erreichbar ist. Weiterhin ist bei dem bekannten Schaufelradbagger
nicht berücksichtigt, daß sowohl die Spanstärke als auch die Spanhöhe je nach den
vorliegenden Abbaubedingungen geändert werden mussen. Ferner ist bei dem bekannten
Bagger nicht der an Hand von Fig. 3 erläuterte Einfluß auf die Schwenkgeschwindigkeit
erfaßt, der sich durch die Verkürzung des Schwenkhalbmessers bei einer Neigung des
Schaufelradauslegers nach oben oder nach unten hin ergibt.
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Im Gegensatz hierzu beschränkt sich die Erfindung nicht auf die selbsttätige
Regelung der Schwenkgeschwindigkeit des Schaufelradauslegers in Abhängigkeit von
dem Schwenkwinkel und gegebenenfalls von dem Vorschub. Vielmehr ist für die Regelung
der Schwenkgeschwindigkeit nach der Erfindung die jeweils tatsächlich vorhandene
Förderleistung maßgebend. Die Erfindung geht sonach von einem im Blockbetrieb arbeitenden
Schaufelradbagger mit einer die Seitenschwenkgeschwindigkeit des Schaufelradauslegers
selbsttätig beeinflussenden Steuereinrichtung aus, und die Erfindung besteht darin,
daß für die Steuereinrichtung ein auf die jeweils vorhandene Förderleistung ansprechender
Impulsgeber angeordnet ist und die Wirkungsverbindung zwischen der Steuereinrichtung
und dem Impulsgeber so gestaltet ist, daß eine Verringerung der Förderleistung eine
Erhöhung der Schwenkgeschwindigkeit und ein Ansteigen der Förderleistung eine Verringerung
der Schwenkgeschwindigkeit bewirkt. Die Wirkungsverbindung zwischen dem Impulsgeber
und der Steuereinrichtung ist hierbei unter Berücksichtigung der Beschaffenheit
des zu baggernden Materials so ausgelegt, daß die Leistungsfähigkeit des Baggers
beim Arbeiten in diesem Material voll ausgenutzt wird. Beispielsweise kann der Impulsgeber
für die Steuereinrichtung nach der Erfindung auf die Füllung des Schaufelradbandes,
auf die Leistungsaufnahme des Schaufelradantriebsmotors oder auf das Drehmoment
des Schaufelradantriebes ansprechen. Hierbei ist es ganz gleichgültig, welche Ursachen
die Schwankungen der Förderleistungen haben, ob sie dadurch bedingt sind, daß der
Baggerführer die Spanstärke nicht richtig eingestellt hat, oder dadurch, daß die
Spanhöhe kleiner wird, etwa weil die Trennlinie zwischen Abraum und Kohle nicht
waagerecht verläuft, oder dadurch, daß sich der Schwenkhalbmesser infolge der Höheneinstellung
des Schaufelradauslegers ändert, oder sei es, daß verschiedene Einflüsse gleichzeitig
auftreten. Auf jeden Fall wird bei abnehmender Förderleistung augenblicklich die
Schwenkgeschwindigkeit in dem Maße erhöht, daß nach kurzer Zeit die höchste Baggerleistung
wiederhergestellt ist. Hierdurch wird die Wirtschaftlichkeit des Baggerbetriebes
erhöht, und es werden die Anschaffungskosten des Baggers herabgesetzt, weil zum
Erreichen einer bestimmten Tages-Förderleistung ein kleiner Bagger genügt.
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Um den Bagger auch zum Arbeiten in Bodenschichten wechselnder Beschaffenheit
geeignet zu machen, ist weiterhin vorgesehen, die Wirkungsverbindung zwischen Impulsgeber
und Steuereinrichtung entsprechend einstellbar zu machen.
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Bei Fräsmaschinen ist es bekannt, Sicherungsvorkehrungen zwischen
Fräs- und Vorschubmotor
vorzusehen, die verhindern, daß der Tischantrieb
eingeschaltet wird, wenn der Fräsmotor nicht läuft, denn sonst könnte das Werkstück
an den stillstehenden Fräser stoßen und einen Bruch herbeiführen. Aus dem gleichen
Grunde muß bei Überlastung des Fräsmotors der Vorschubmotor abgeschaltet oder in
besonderen Fällen in Abhängigkeit von der Belastung des Fräsmotors gesteuert werden,
was mit Hilfe einer Leonard-Schaltung geschieht, deren Generator eine der normalen
Erregung entgegenwirkende, stromabhängige Erregung aufweist. Hierbei tritt aber
nicht das der Erfindung zugrunde liegende Problem auf, das nicht die Schaffung einer
Sicherheitsvorrichtung, sondern die Erzielung eines möglichst wirtschaftlichen Baggerbetriebes
betrifft. Hierbei sind die eingangs geschilderten unvorhersehbaren Einflüsse zu
berücksichtigen, die für den Baggerbetrieb kennzeichnend sind, aber nicht bei Fräsmaschinen
auftreten, bei denen eine gute Wirtschaftlichkeit durch vorherige Einstellung der
Schnittgeschwindigkeit, der Vorschubgeschwindigkeit und der Schnittwinkel für den
jeweils zu bearbeitenden Werkstoff an Hand von vorliegenden Tabellen erzielt werden
kann.
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Bei einem Schaufelradbagger ohne Vorschub des Schaufelradauslegers
nimmt die Spanstärke s annähernd nach dem Cosinus des Schwenkwinkels a ab, der von
der Verhiebrichtung aus gemessen ist (vgl. Fig. 4 der Zeichnung). Man hat daher
vorgeschlagen, die Schwenkgeschwindigkeit so zu steuern, daß die Gleichung Va= I
O IICOSa erfüllt ist, wobei V« die Schwenkgeschwindigkeit bei dem Schwenkwinkel
a ist und V0 die Schwenkgeschwindigkeit bei dem Schwenkwinkel Null, wenn also der
Schaufelradausleger in der Verhiebrichtung liegt.
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Diese Steuerung soll nun gemäß einem weiteren Schritt der Erfindung
von einer in Abhängigkeit von der Förderleistung erfolgenden Steuerung der Schwenkgeschwindigkeit
überlagert werden. Dies kann z. B. in der Weise geschehen, daß gemäß Fig. 5 der
Zeichnung zum Schwenken des Schaufelradauslegers zwei Motoren MI, M2 dienen, von
denen der eine selbsttätig so geregelt wird, daß seine Drehgeschwindigkeit proportional
der Größe llcosa ist, während die Drehgeschwindigkeit des anderen Motors selbsttätig
proportional zu der Förderleistung geregelt wird. Beide Motoren treiheu über ein
Ausgleichsgetriebe A das Schwenkgetriebe G des Schaufelradauslegers an. Man kann
aber auch gemäß Fig. 6 der Zeichnung zum Antrieb des Schwenkgetriebes G ein Leonard-Aggregat
bekannter Art vorsehen, von dem in Fig. 6 der Einfachheit halber nur der GleichstrommotorM
und der diesen speisende Generator D mit seiner ErregerwicklungE dargestellt sind.
In den Stromkreis der Erregerwicklung E sind zwei Regelwiderstände eingeschaltet,
von denen der eine, R1, nach Maßgabe der Größe Ilcosa und der andere, R2, nach Maßgabe
der Förderleistung, z. B. in Abhängigkeit von der Füllung des Schaufelradbandes,
selbsttätig eingestellt wird. Bei dem Regelwiderstand R1 entspricht die gestrichelt
dargestellte Einstellung der Kurbel K1 dem Schwenkwinkel Null, dem bei einer bestimmten
Förderleistung die kleinste Erregerstromstärke zugeordnet ist, so daß auch die Schwenkgeschwindigkeit
ihren kleinsten Wert hat. Wird der Schaufelradausleger aus der Verhiebrichtung heraus
nach der einen oder der anderen Seite hin geschwenkt, so wird selbsttätig die liurbel
Kl des Regelwiderstandes Rl aus ihrer Nullstellung heraus nach links bzw. nach rechts
gedreht, wobei mit zunehmendem Drehwinkel (bei gleichbleibender Förderleistung)
die Erregerstromstärke und damit auch die Antriebsgeschwindigkeit für das Schwenkgetriebe
vergrößert wird. Unabhängig hiervon wird bei abnehmender Förderleistung der Regeiwiderstand
R2 so verstellt, daß er im Sinne einer Vergrößerung der Erregerstromstärke und damit
auch der Schwenkgeschwindigkeit wirkt, wobei sich beide Einflüsse überlagern.
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Die selbsttätige Steuerung der Schwenkgeschwindigkeit des Schaufelradauslegers
in Abhängigkeit von der Förderleistung kann gegebenenfalls auch ausgeschaltet und
durch eine willkürliche Steuerung ersetzt werden, die zweckmäßig vom Baggerführerhaus
aus erfolgt.