EP3700676B1 - Antriebssystem zum betrieb eines brechers und verfahren zum betrieb eines brechers - Google Patents

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EP3700676B1
EP3700676B1 EP18742972.5A EP18742972A EP3700676B1 EP 3700676 B1 EP3700676 B1 EP 3700676B1 EP 18742972 A EP18742972 A EP 18742972A EP 3700676 B1 EP3700676 B1 EP 3700676B1
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EP
European Patent Office
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fluid coupling
switchable
drive
fluid
crusher
Prior art date
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EP18742972.5A
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Michael Bleher
Manuel Amann
Gerald Ebel
Otto Blessing
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Kleemann GmbH
Original Assignee
Kleemann GmbH
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Publication date
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    • B02C13/00—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills
    • B02C13/26—Details
    • B02C13/30—Driving mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B02C13/00—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills
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    • B02C1/00—Crushing or disintegrating by reciprocating members
    • B02C1/02—Jaw crushers or pulverisers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C2/00—Crushing or disintegrating by gyratory or cone crushers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C4/00—Crushing or disintegrating by roller mills
    • B02C4/28—Details
    • B02C4/42—Driving mechanisms; Roller speed control

Definitions

  • the invention relates to a drive system for driving a crusher of a material crushing plant with a main drive and a transfer case driven by the main drive, the transfer case driving at least one generator and a first hydraulic pump that is switchably connected to the transfer case.
  • the invention further relates to a method for operating a crusher of a material comminution plant with a drive system driving the crusher, the drive system having at least one main drive and a transfer case.
  • Such crushers are used in material crushing plants as mobile or stationary units for crushing, for example natural stone or recycling materials such as concrete, bricks, rubble and the like.
  • the material to be crushed to a predetermined size is fed to the crusher.
  • This can be designed as an impact crusher.
  • the crushed material is gripped by a high-speed rotor, accelerated and thrown onto a fixed impact mechanism until it is crushed to the desired grain size.
  • a cone crusher With a cone crusher, the crushing takes place in a circumferentially opening and closing crushing gap between a crushing jacket and your crushing cone.
  • the crushing cone rotates on an eccentric path.
  • Jaw crushers are also used in which the crushed material is crushed in a wedge-shaped slot between a fixed jaw and one that is moved by an eccentric shaft.
  • the crushers are driven by adapted, high-performance drives, if necessary with the interposition of a mechanical transmission.
  • a coupling for example a non-positive coupling, is provided between the drive and the crusher, by means of which the torque and power transmission can be interrupted and closed.
  • the clutch can also be operated in the event of a blockage in the crusher. Starting the crusher leads to a high mechanical and thermal load on the clutch when it is closed and the speed of the crusher is slowly adapted to the speed of the drive or a gear output shaft of an interposed gear.
  • the DE 102015118398 A1 describes a drive device and a work machine device as well as a method for starting the drive device and the work machine device.
  • the work machine can be a crusher that is driven by the drive device via a belt drive.
  • a main drive in the form of a diesel engine for example, is connected to a transmission via a transmission input shaft.
  • the transmission is followed by a switchable clutch, from which it is connected to the belt drive via a transmission output shaft.
  • the clutch can be switched, for example, by means of hydraulic or pneumatic pressure, electromagnetic force, spring force or mechanical actuation.
  • the drive device or the work machine device is assigned an auxiliary drive which is set up to drive the transmission output shaft.
  • the main drive can be started with the clutch disengaged and run up to a predetermined speed.
  • the auxiliary drive can accelerate the gear shaft and thus the driven machine to a specified cut-in speed. If this is reached, the clutch closed and the auxiliary drive switched off.
  • the work machine is then driven by the main drive. Hydraulic pumps are connected to the gearbox directly or switchable via respective clutches, which are driven by the main drive via the gearbox.
  • auxiliary drive accelerates the high mass of the machine before it is coupled to the main drive. As a result, a high load on the clutch when the clutch is closed can be avoided.
  • auxiliary drive in addition to the main drive, a further drive (auxiliary drive) is a disadvantage. This leads to an increased need for components and thus increased costs.
  • space for the auxiliary drive must be provided accordingly within the work machine device, which is not always possible, in particular in the case of mobile work machine devices that are spatially confined.
  • the drive device comprises at least one drive means, a pump transfer case, a hydraulic pump, a fluid coupling and a wedge disk.
  • the drive means drives the pump transfer case and above it the hydraulic pump and the V-belt pulley.
  • a clutch and the fluid coupling are interposed between the pump transfer gear and the wedge plate.
  • the clutch is connected upstream of the fluid coupling.
  • the work machine to be driven can be, for example, a crusher of a construction machine. The machine therefore has a high inertia.
  • the switchable clutch serves to interrupt or connect the torque flow between a transmission input shaft and a transmission output shaft of the pump transfer case.
  • the fluid coupling arranged in series with the switchable coupling works according to the Föttinger principle.
  • the following components which have a high mass inertia, can be gently accelerated with a low load on the clutch.
  • the disadvantage of this arrangement is that two clutches, namely the clutch and the fluid clutch, are provided. This leads to increased manufacturing and operating and maintenance costs of the work machine device.
  • the document DE 9400147 A1 shows a device for comminuting objects made of organic and inorganic material.
  • the material to be shredded is transported via a conveyor and a feed roller to a cutting rotor, which is operated via a drive belt and drive motor.
  • the belt tension can be increased or decreased with an adjusting cylinder.
  • An additionally provided counter-cutting knife which is held in its position by spring force, and the cutting knife of the cutting rotor shred the material.
  • the object of the invention relating to the drive system is achieved in that a switchable fluid coupling is connected in the transmission path from the transfer case to the crusher, that the switchable fluid coupling and a pump are fluidically connected to one another in a pump circuit and that the switchable fluid coupling is activated by means of the pump Fluid can be supplied.
  • the torque and power transmission from the main drive to the crusher can be interrupted by opening the switchable fluid coupling. This enables the main drive to be started without outputting power to the crusher.
  • By closing the switchable fluid coupling the torque and / or the power is passed from the main drive via the transfer case to the crusher.
  • the switchable fluid coupling enables the crusher to start up smoothly. Extreme load peaks and torsional vibrations are absorbed by the switchable fluid coupling.
  • the switchable fluid coupling can be opened quickly. This results in effective overload protection.
  • the switchable fluid coupling thus combines the advantages of a switchable, non-positive coupling and a subsequently arranged, non-switchable fluid coupling, as they are known from the prior art, in one component.
  • the torque and / or power transmission of the switchable fluid coupling can be adjusted by adjusting the filling quantity of the fluid in the switchable fluid coupling.
  • the level of the fluid in the switchable fluid coupling it is possible to specify which torque is transmitted by the coupling without slip or with minimal slip. A higher level enables the transmission of a greater torque.
  • volume flow of the fluid supplied to the fluid coupling in a first operating state of the drive system is greater than the volume flow removed, that in a second operating state of the drive system the volume flow of the supplied and discharged fluid is the same and that in a third operating state, the volume flow supplied to the fluid coupling is smaller than the volume flow discharged.
  • the inflow and outflow of the fluid into and out of the pump can also be completely interrupted. If the volume flow supplied to the fluid coupling is greater than that discharged, the level within the switchable fluid coupling rises. As a result, a greater torque can be transmitted by the switchable fluid coupling. If the supplied and discharged volume flow are the same, that which can be transmitted by the fluid coupling remains Torque equal.
  • a volume flow of 0 m 3 / min or a volume flow that deviates from 0 m 3 / min, but is the same, can be provided for the supply and discharge volume flows. If the discharged volume flow is selected to be greater than the supplied volume flow, the transmittable torque can be reduced. In this case, the torque and / or power transmission can be interrupted when the switchable fluid coupling is completely or at least approximately completely emptied.
  • a simple and reliable interruption of the inflow or outflow of the fluid to or from the switchable fluid coupling can be achieved in that at least one valve is arranged to interrupt the flow in the pumping circuit of the fluid. If it is provided, for example, that a valve is arranged in the feed line of the switchable fluid coupling, the feed of the fluid to the switchable fluid coupling can be interrupted. With a constant outflow of the fluid from the switchable fluid coupling, the level of the fluid within the switchable fluid coupling can be reduced quickly in this way and the torque or power transmission can be reduced or interrupted.
  • the pump is driven by the transfer case or that the pump is driven by the drive shaft of the main drive.
  • the pump is thus continuously driven when the main drive is running, regardless of the fill level of the switchable fluid coupling.
  • the fill level of the switchable fluid coupling can be set in all operating situations in which the main drive is running.
  • a pump driven by the transfer case is more accessible, which simplifies assembly and maintenance.
  • the switchable fluid coupling has bores through which the fluid is guided out of the switchable fluid coupling due to the centrifugal force present within the switchable fluid coupling and then fed to the pump.
  • the main drive rotates and the switchable fluid coupling rotates with it, fluid is permanently diverted from the switchable fluid coupling in this way.
  • the filling level within the switchable fluid coupling can be adjusted by controlling the fluid flow.
  • the delivery rate of the pump is greater than the volume flow caused by the centrifugal force through the bores of the switchable fluid coupling. It is thus possible to increase the level of the fluid within the switchable fluid coupling despite the permanent outflow of the fluid from the switchable fluid coupling.
  • the fill level within the switchable fluid coupling can be reduced.
  • the inflow of the fluid to the switchable fluid coupling can particularly advantageously be controlled or regulated by a valve which is arranged between the pump and the switchable fluid coupling. The pump can then be operated with constant pumping power.
  • the setting of the filling level takes place by means of corresponding control or regulation of the volume flow supplied to the switchable fluid coupling by means of the valve.
  • a switching valve with binary switching behavior can be provided, which can be switched between an open and a closed position.
  • the fill level in the switchable fluid coupling and thus its ability to transmit torque and power is increased.
  • the fill level is quickly reduced in accordance with the outflow of the fluid from the switchable fluid coupling. This enables, for example, a quick interruption of the torque and / or power transmission in the event of a blockage of the crusher.
  • a minimum and a maximum fill level in the switchable fluid coupling can easily be set with a switching valve. It is also conceivable to set intermediate fill levels and thus a desired torque or power transmission capacity of the switchable fluid coupling by appropriately clocking the switching valve.
  • a control unit is assigned to the drive system and that the control unit is designed to detect an overload and / or a blockage of the crusher and, if an overload and / or blockage is detected, a control signal that switches off the pump and / or interrupts the fluid supply causes the switchable fluid coupling to output.
  • a safe start of the main drive as well as a smooth start-up of the crusher can be achieved in that the control unit is designed to control the pump and / or the valve in such a way that the fill quantity of the fluid in the switchable fluid coupling when the speed of the main drive is increased Start and / or when starting up the speed of the crusher increases. Due to the increase in the filling quantity, the torque and / or power transmission of the switchable fluid coupling is steadily increased, which reliably prevents overloading of the main drive.
  • the previously emptied, switchable fluid coupling is completely filled in a period of 5 to 60 s, particularly preferably in a period of 10 to 20 s.
  • At least one second hydraulic pump is not switchably connected to the transfer case and is driven by it.
  • the drive system drives the crusher via a belt drive and that a drive belt pulley of the belt drive is connected to the switchable fluid coupling of the drive system.
  • the belt drive can provide the torque or the power over a sufficient long distance from the transfer case to the crusher. It enables the setting of a suitable transmission ratio, compensates for shock loads and is easy to assemble and maintain.
  • it is also conceivable to provide other transmission elements between the drive system and the crusher for example a gear drive, a chain drive, a shaft or the like.
  • an auxiliary drive is assigned to the drive system, which is directly or indirectly in operative connection with the crusher in the power transmission direction of the main drive after the switchable fluid coupling, then, for example in the event of a blockage or for maintenance, the crusher can be reversed in relation to the working direction Direction operated. It is also conceivable to support the crusher starting up with the auxiliary drive.
  • a simple embodiment of the auxiliary drive can be achieved in that the auxiliary drive is designed as a hydraulic motor and that the hydraulic motor is driven by a hydraulic pump driven by the transfer case.
  • the power supply for the auxiliary drive is thus provided by the main drive.
  • an intermediate store for the fluid is arranged in the pumping circuit of the fluid, in particular in the return flow of the fluid from the switchable fluid coupling to the pump. If, for example, the supply to the switchable fluid coupling is interrupted, the fluid can run out of the switchable fluid coupling and is collected in the intermediate store. The switchable fluid coupling can thus be emptied. Accordingly, to fill the switchable fluid coupling fluid can be taken from the intermediate store and fed to the switchable fluid coupling.
  • the object of the invention relating to the method is achieved in that a switchable fluid coupling is arranged between the transfer case and the crusher, that the level of the fluid in the switchable fluid coupling is reduced when the crusher is blocked and / or when the main drive is started
  • the level of the fluid is increased during the start-up of the crusher.
  • the torque and / or power transmission of the switchable fluid coupling can be influenced.
  • the torque and / or power transmission can be completely interrupted.
  • the main drive which can be designed as a diesel engine, to start and run up.
  • By raising the level within the switchable fluid coupling its torque and / or power transmission can be continuously increased. This enables the crusher to start up gently.
  • the fluid can be quickly discharged from the switchable fluid coupling.
  • the torque and / or power transmission is reduced or interrupted. This measure prevents the main drive from dying off and prevents damage to the main drive, the crusher or any other component in the event of a blockage.
  • the switchable fluid coupling thus takes on the task of a known combination of a switching coupling and a downstream, constantly filled fluid coupling.
  • FIG 1 shows a drive system 1 for a crusher 50.
  • the crusher 50 is used to crush material, in particular rock such as natural stone, concrete, bricks, rubble and the like. In the present case, it is designed as an impact crusher. However, it is also conceivable to provide crushers of other types, for example cone crushers, jaw crushers and the like.
  • the crusher 50 and the drive system 1 are presently part of a mobile crushing plant (not shown).
  • a main drive 2 is provided to drive the crusher 50. This is connected to a transfer case 10.
  • the main drive 2 is coupled to a first gear 12.1 of the transfer case 10 via a corresponding drive shaft.
  • a housing 11 of the transfer case 10 further intermeshing gears 12.1, 12.2, 12.3 are arranged.
  • a first hydraulic pump 21 and a generator 20 are driven by the transfer case 10.
  • the first hydraulic pump 21 is connected to a second gear 12.2 of the transfer case 10 via a clutch 13.
  • the generator 20 is connected to a third gear 12.3 of the transfer case 10 via a connecting element 20.1.
  • the connecting element 20.1 can be a cardan shaft or a coupling.
  • a drive belt pulley 41 of a belt drive 40 is driven by the transfer case 10.
  • a transmission with a transmission ratio of one is specified.
  • a switchable fluid coupling 30 is interposed in the torque and / or power transmission path from the transfer case 10 to the drive belt pulley 41.
  • a pump 31 is assigned to the switchable fluid coupling 30.
  • the switchable fluid coupling 30 and the pump 31 are fluidically connected to one another in a pump circuit.
  • a fluid is guided in the pump circuit.
  • a cooler 33 is arranged within the pump circuit.
  • an intermediate store 34 is provided in the pump circuit for receiving the fluid carried in the pump circuit.
  • Output side the switchable fluid coupling 30 is connected to the drive belt pulley 41 via an output shaft 32.
  • the drive belt pulley 41 drives an output belt pulley 43 of the belt drive 40 via a belt drive 42.
  • a shaft 51 connects the driven pulley 43 to the crusher 50.
  • the main drive 2 is designed in the present case as a diesel engine. However, other types of motor can also be provided, for example an electric motor.
  • the switchable fluid coupling works according to the Föttinger principle.
  • the main drive 2 drives an impeller (not shown) of the switchable fluid coupling 30 via the transfer case 10.
  • the pump wheel conveys a fluid, preferably an oil, to a turbine wheel of the switchable fluid coupling 30 and drives it.
  • the turbine wheel is connected to the output shaft 32.
  • the output shaft 32 is thus driven by the turbine wheel.
  • the rotary movement of the output shaft 32 is transmitted via the drive belt pulley 41 and the belt drive 42 to the output belt pulley 43 of the belt drive 40. This drives the crusher 50 via the shaft 51.
  • the amount of fluid stored in the switchable fluid coupling 30 is not constant. It can be set in a targeted manner. By changing the fill level of the fluid in the switchable fluid coupling 30, its ability to transmit torque and / or power can be changed. When the switchable fluid coupling 30 is completely or almost completely emptied, it does not transmit any torque and / or power. The crusher 50 is then decoupled from the main drive 2 and the transfer case 10. When the switchable fluid coupling 30 is completely filled, torques and / or powers can be transmitted with an efficiency of greater than 95%. The switchable fluid coupling 30 has only a slight slip. In the case of a partially filled switchable fluid coupling 30, its ability to transmit torque and / or power is limited.
  • the pump 31 is designed as a gear pump. However, it is also conceivable to use other types of pumps.
  • the pump 31 conveys the fluid into the switchable fluid coupling 30. Bores are provided on the outer circumference of the switchable fluid coupling 30. Due to the prevailing centrifugal forces, the fluid flows steadily from the switchable fluid coupling 30 through the bores. The switchable fluid coupling 30 is thus continuously emptied with the main drive 2 and thus the transfer case 10 running.
  • the pump 31 is designed in such a way that it pumps more fluid into the switchable fluid coupling 30 than flows out of the latter through the bores.
  • the switchable fluid coupling 30 can thus be filled.
  • an emptying process of the switchable fluid coupling 30 can be initiated.
  • the pump 31 is permanently connected to the transfer case 10 and is driven by the latter when the main drive 2 is running.
  • a valve (not shown) is arranged in the pump circuit between the output of the pump 31 and the input of the switchable fluid coupling 30. With the aid of the valve, the flow of fluid to the switchable fluid coupling 30 can be interrupted or maintained.
  • the valve is designed as a solenoid valve. It has two switching positions, namely an open and a closed position. When the valve is open, the switchable fluid coupling 30 is filled and when the valve is closed, due to the outflow of fluid from the bores of the switchable fluid coupling 30, it is emptied.
  • the intermediate store 34 serves to hold the fluid discharged from the switchable fluid coupling 30. Accordingly, when the valve is open, the fluid is withdrawn from the intermediate store 34 and pumped to the switchable fluid coupling 30.
  • the switching valve it is also conceivable to provide a proportional valve in the inlet of the switchable fluid coupling 30 in the pump circuit.
  • the fluid supply to the switchable fluid coupling 30 can be interrupted with the aid of the proportional valve. It also makes it possible to continuously predetermine the volume flow of fluid supplied to the switchable fluid coupling 30. In this way, a desired fill level and thus a desired transmission behavior of the switchable fluid coupling 30 can be set.
  • the cooler 33 in the pump circuit can be assigned directly or indirectly to the fluid coupling. This has the effect that the temperature of the fluid remains in a specified temperature range and therefore does not fall below a specified viscosity. The transmission properties of the switchable fluid coupling 30 are thus retained.
  • This cooler 33 can in particular be designed as a separate structural unit. In addition to the fluid coupling 30, other assemblies to be cooled can also be connected to it.
  • switchable fluid coupling 30 without the bores described.
  • the fluid can then be sucked out of the switchable fluid coupling 30 by the pump 31.
  • a separate fluid pump for pumping out the fluid.
  • valves can be provided both in the inlet and in the outlet of the switchable fluid coupling. It is also possible to set the fill level in the switchable fluid coupling 30 by appropriate control of the pump 31 or the pump 31 and the fluid pump arranged in the return.
  • the drive system 1 is started as described below. First of all, the main drive 2 is switchable when it is empty or almost empty Fluid coupling 30 started and ramped up to a desired speed.
  • the pump wheel of the switchable fluid coupling 30 rotates with it. If the switchable fluid coupling 30, as shown in the present exemplary embodiment, is coupled to the main drive 2 without additional transmission, the pump wheel rotates at the same speed as the main drive 2 Gear ratio not equal to 1 must be provided so that both rotate at different speeds.
  • the pump 31 is also driven via the transfer case 10 or directly by the main drive 2.
  • the valve arranged between the pump 31 and the inlet of the switchable fluid coupling 30 in the pump circuit is closed, so that no fluid is pumped into the switchable fluid coupling 30.
  • the switchable fluid coupling 30 After the main drive 2 has reached the desired speed, fluid is pumped into the switchable fluid coupling 30. To do this, the valve is opened by a corresponding control signal. Since the volume flow of fluid supplied to the switchable fluid coupling 30 is greater than the volume flow discharged, the switchable fluid coupling 30 fills slowly. This increases the torque transmitted from the pump wheel to the turbine wheel. Once the breakaway torque of the drive train has been reached, the turbine wheel and the drive train connected to it start to turn. The output train includes all moving components that follow output shaft 32. As the fill level rises, the turbine wheel is slowly accelerated to the speed of the pump wheel. As a result, the speed of the crusher 50 also increases slowly. If the speed of the pump rate and the turbine wheel are the same or at least approximately the same, the speed of the crusher 50 can be increased further by increasing the speed of the main drive 2.
  • the fill level in the switchable fluid coupling 30 is reduced.
  • the valve provided between the pump 31 and the switchable fluid coupling 30 is closed. Without an inflow of fluid, the switchable fluid coupling 30 is emptied. Even when the fluid is partially drained, the torque and power transmission of the switchable fluid coupling 30 is significantly reduced.
  • the switchable fluid coupling 30 is constructed in such a way that it is quickly emptied without fluid being supplied. As a result, the turbine wheel is decoupled from the pump wheel in a short time.
  • the switchable fluid coupling 30 accordingly combines several functions in one component.
  • the crusher 50 starts up, it takes some time until the sluggish turbine wheel with the output train coupled to it is accelerated to the speed of the drive shaft 32 due to the rising fill level and the high viscosity of the fluid. This causes the crusher 50 to start up gently.
  • the driving components main drive 2, drive shaft, possibly provided torsional vibration couplings 3, 4 (see FIG Figure 2 ), Transfer case 10, etc.
  • the torque and / or power transmission from the main drive 2 to the crusher 50 can be interrupted by the switchable fluid coupling 30. This enables the main drive 2 to be started and run up. It also enables the main drive 2 to be quickly decoupled from the crusher 50, for example if the crusher 50 is blocked or overloaded. Damage to the crusher 50 and the drive system 1 can thus be avoided.
  • Figure 2 shows that in Figure 1 The drive system 1 shown with an additional auxiliary drive 60.
  • a third and a fourth hydraulic pump 22, 23, 24 are connected to the transfer case 10 in the drive system shown.
  • the second and fourth hydraulic pumps 22, 24 are coupled directly to the third gear 12.3 of the transfer case 10, while the first and third hydraulic pumps 21, 23 via the Clutch 13 are coupled to the second gear 12.2 of the transfer case 10 so that they can be switched on and off.
  • the main drive 2 and the switchable fluid coupling 30 are each fastened to the housing 11 of the transfer case 10 via a torsional vibration coupling 3, 4.
  • the torsional vibratory clutches 3, 4 have a damping effect in the circumferential direction and compensate for small offsets in the axis alignment.
  • the auxiliary drive 60 is in the present case designed as a hydraulic motor. In the exemplary embodiment shown, it is driven by the switchable third hydraulic pump 23. The auxiliary drive 60 can be switched on and off by appropriate actuation of the clutch 13. The auxiliary drive 60 acts via a belt pulley 61 on the belt drive 42 of the belt drive 40. When the switchable fluid coupling 30 is decoupled, the belt drive 40 and thus the crusher 50 connected to the belt drive 40 can be moved with the aid of the auxiliary drive 60. This allows the crusher 50 to be rotated into a suitable maintenance position, for example. It is also possible to rotate the crusher 50 counter to its working direction predetermined by the direction of rotation of the main drive 2. In this way, a previous blockage of the crusher 50 can, for example, be lifted.
  • the auxiliary drive 60 can also be used to assist in starting the crusher 50. For this purpose, the crusher 50 can be accelerated to a predetermined speed with the aid of the auxiliary drive 60 before and / or during the filling of the switchable fluid coupling 30.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem zum Antrieb eines Brechers einer Materialzerkleinerungsanlage mit einem Hauptantrieb und einem von dem Hauptantrieb angetriebenen Verteilergetriebe, wobei das Verteilergetriebe zumindest einen Generator und eine schaltbar mit dem Verteilergetriebe verbundene erste Hydraulikpumpe antreibt.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Brechers einer Materialzerkleinerungsanlage mit einem den Brecher antreibenden Antriebssystem, wobei das Antriebssystem zumindest einen Hauptantrieb und ein Verteilergetriebe aufweist.
  • Solche Brecher werden in Materialzerkleinerungsanlagen als mobile oder stationäre Einheiten zur Zerkleinerung, beispielsweise von Naturstein oder von Recyclingmaterialien, wie Beton, Ziegeln, Bauschutt und dergleichen, eingesetzt. Das auf eine vorgegebene Größe zu zerkleinernde Material wird dem Brecher zugeführt. Dieser kann als Prallbrecher ausgebildet sein. Bei einem solchen Prallbrecher wird das Brechgut von einem schnell laufenden Rotor erfasst, beschleunigt und so lange auf ein feststehendes Prallwerk geschleudert, bis es auf die gewünschte Korngröße zerkleinert ist. Bei einem Kegelbrecher findet die Zerkleinerung in einem sich umlaufend öffnenden und schließenden Brechspalt zwischen einem Brechmantel und deinem Brechkegel statt. Dabei rotiert der Brechkegel auf einer exzentrisch verlaufenden Bahn. Ebenfalls verwendet werden Backenbrecher, bei denen die Zerkleinerung des Brechtguts in einem keilförmigen Schlitz zwischen einer festen und einer von einer Exzenterwelle bewegten Brechbacke erfolgt.
  • Gemeinsam ist solchen Brechern, dass sie hohe Kräfte zum Zerkleinern der Materialien aufbringen müssen. Sie sind entsprechend mechanisch stabil ausgeführt.
  • Dies führt zu großen zu bewegenden Massen mit entsprechend großen Massenträgheitsmomenten. Der Antrieb der Brecher erfolgt über daran angepasste, leistungsstarke Antriebe, ggf. unter Zwischenschaltung einer mechanischen Übersetzung. Um ein Starten des Antriebs, der beispielsweise als Dieselmotor ausgeführt ist, zu ermöglichen, ist zwischen dem Antrieb und dem Brecher eine Kupplung, beispielsweise eine kraftschlüssige Kupplung, vorgesehen, durch welche die Moment- und Leistungsübertragung unterbrochen und geschlossen werden kann. Die Kupplung kann auch im Falle einer Blockade des Brechers betätigt werden. Das Anfahren des Brechers führt zu einer hohen mechanischen und thermischen Belastung der Kupplung, wenn diese geschlossen und die Drehzahl des Brechers langsam an die Drehzahl des Antriebs oder einer Getriebeabgangswelle eines zwischengeschalteten Getriebes angepasst wird.
  • Die DE 102015118398 A1 beschreibt eine Antriebseinrichtung und eine Arbeitsmaschineneinrichtung sowie ein Verfahren zum Anfahren der Antriebseinrichtung und der Arbeitsmaschineneinrichtung. Die Arbeitsmaschine kann dabei ein Brecher sein, der über einen Riemenantrieb von der Antriebseinrichtung angetrieben wird. Ein beispielsweise als Dieselmotor ausgebildeter Hauptantrieb ist über eine Getriebeeingangswelle mit einem Getriebe verbunden. Dem Getriebe ist eine schaltbare Kupplung nachgeschaltet, von der es über eine Getriebeabgangswelle mit dem Riemenantrieb verbunden ist. Durch Betätigung der schaltbaren Kupplung kann der Drehmomentfluss zwischen der Getriebeeingangswelle und der Getriebeabgangswelle unterbrochen bzw. verbunden werden. Die Kupplung kann beispielsweise mittels hydraulischem oder pneumatischem Druck, elektromagnetischer Kraft, Federkraft oder mechanischer Betätigung geschaltet werden. Der Antriebseinrichtung bzw. der Arbeitsmaschineneinrichtung ist ein Hilfsantrieb zugeordnet, welcher zum Antrieb der Getriebeabgangswelle eingerichtet ist. Zum Anfahren der Antriebseinrichtung bzw. der Arbeitsmaschineneinrichtung kann bei geöffneter Kupplung der Hauptantrieb gestartet und auf eine vorgegebene Drehzahl hochgefahren werden. Gleichzeitig kann der Hilfsantrieb die Getriebewelle und damit die Arbeitsmaschine auf eine vorgegebene Einschaltdrehzahl beschleunigen. Ist diese erreicht, wird die Kupplung geschlossen und der Hilfsantrieb abgeschaltet. Die Arbeitsmaschine wird dann von dem Hauptantrieb angetrieben. An dem Getriebe sind direkt oder über jeweilige Kupplungen schaltbar Hydraulikpumpen angeschlossen, welche von dem Hauptantrieb über das Getriebe angetrieben werden.
  • Durch den Hilfsantrieb wird demnach die hohe Masse der Arbeitsmaschine beschleunigt, bevor diese an den Hauptantrieb angekoppelt wird. Dadurch kann eine hohe Belastung der Kupplung beim Schließen der Kupplung vermieden werden. Nachteilig ist jedoch neben dem Hauptantrieb zwingend ein weiterer Antrieb (Hilfsantrieb) erforderlich. Dies führt zu einem erhöhten Bauteilebedarf und damit einem erhöhten Kostenaufwand. Weiterhin muss innerhalb der Arbeitsmaschineneinrichtung entsprechend Raum für den Hilfsantrieb vorgesehen werden, was insbesondere bei räumlich beengt ausgeführten, mobilen Arbeitsmaschineneinrichtungen nicht immer möglich ist.
  • Aus der EP 2 500 100 A1 sind eine Antriebseinrichtung für eine Arbeitsmaschineneinrichtung sowie die zugehörige Arbeitsmaschineneinrichtung bekannt. Die Antriebseinrichtung umfasst zumindest ein Antriebsmittel, ein Pumpenverteilergetriebe, eine Hydraulikpumpe, eine Strömungskupplung und eine Keilscheibe. Das Antriebsmittel treibt das Pumpenverteilergetriebe und darüber die Hydraulikpumpe und die Keilriemenscheibe an. Zwischen dem Pumpenverteilergetriebe und der Keilscheibe sind eine Schaltkupplung und die Strömungskupplung zwischengeschaltet. Der Strömungskupplung ist die Schaltkupplung vorgeschaltet. Bei der anzutreibenden Arbeitsmaschine kann es sich beispielsweise um einen Brecher einer Baumaschine handeln. Die Arbeitsmaschine weist somit eine hohe Massenträgheit auf. Die schaltbare Kupplung dient der Unterbrechung bzw. der Verbindung des Drehmomentenflusses zwischen einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeabgangswelle des Pumpenverteilergetriebes. Sie kann durch hydraulischen oder pneumatischen Druck, durch eine elektromagnetische Kraft, eine Federkraft oder eine mechanische Betätigung geschaltet werden. Die in Reihe zu der schaltbaren Kupplung angeordnete Strömungskupplung arbeitet nach dem Föttinger-Prinzip. Durch die Strömungskupplung können die nachfolgenden Bauteile, welche eine hohe Massenträgheit aufweisen, bei geringer Belastung der Schaltkupplung schonend beschleunigt werden. Nachteilig bei dieser Anordnung ist es, dass zwei Kupplungen, nämlich die Schaltkupplung und die Strömungskupplung, vorgesehen sind. Dies führt zu erhöhten Herstellung- sowie Betriebs- und Wartungskosten der Arbeitsmaschineneinrichtung.
  • Das Dokument DE 9400147 A1 zeigt eine Einrichtung zum Zerkleinern von Gegenständen aus organischem und anorganischem Material. Das zu zerkleinernde Material wird über eine Fördereinrichtung und eine Zufuhrwalze zu einem Schneidrotor transportiert, welcher über einen Antriebsriemen und Antriebsmotor betrieben wird. Mit einem Verstellzylinder kann die Riemenspannung erhöht oder gesenkt werden. Ein zusätzlich vorgesehenes Gegenschneidemesser, welches durch Federkraft in seiner Position gehalten wird, und die Schneidemesser des Schneidrotors zerkleinern das Material.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Antriebssystem für einen Brecher bereitzustellen, welches bei reduzierter Anzahl erforderlicher Komponenten ein schonendes Anfahren des Brechers sowie eine Unterbrechung der Moment- und Leistungsübertragung ermöglicht.
  • Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb eines Brechers bereitzustellen.
  • Die das Antriebssystem betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass in die Übertragungsstrecke von dem Verteilergetriebe zu dem Brecher eine schaltbare Fluidkupplung geschaltet ist, dass die schaltbare Fluidkupplung und eine Pumpe in einem Pumpkreislauf strömungstechnisch miteinander verbunden sind und dass der schaltbaren Fluidkupplung mittels der Pumpe ein Fluid zuführbar ist. Durch Öffnen der schaltbaren Fluidkupplung kann die Moment- und Leistungsübertragung von dem Hauptantrieb zu dem Brecher unterbrochen werden. Dies ermöglicht den Start des Hauptantriebs ohne Leistungsabgabe an den Brecher. Durch Schließen der schaltbaren Fluidkupplung wird das Moment und/oder die Leistung von dem Hauptantrieb über das Verteilergetriebe zu dem Brecher geleitet. Die schaltbare Fluidkupplung ermöglicht dabei einen sanften Anlauf des Brechers. Extreme Lastspitzen und Drehschwingungen werden von der schaltbaren Fluidkupplung abgefangen. Bei Überlast- oder Blockadesituationen kann die schaltbare Fluidkupplung schnell geöffnet werden. Es ergibt sich so ein wirkungsvoller Überlastschutz. Die schaltbare Fluidkupplung vereint so die Vorteile einer schaltbaren, kraftschlüssigen Kupplung und einer nachfolgend angeordneten, nicht schaltbaren Fluidkupplung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, in einem Bauteil.
  • Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Moment- und/oder Leistungsübertragung der schaltbaren Fluidkupplung durch Einstellen der Füllmenge des Fluids in der schaltbaren Fluidkupplung einstellbar ist. Neben dem reinen Schaltvorgang für die Moment- und Leistungsübertragung kann so durch entsprechende Einstellung des Füllstandes des Fluid in der schaltbaren Fluidkupplung vorgegeben werden, welches Drehmoment von der Kupplung ohne Schlupf bzw. mit minimalem Schlupf übertragen wird. Dabei ermöglicht ein höherer Füllstand die Übertragung eines größeren Drehmoments.
  • Besonders bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass in einem ersten Betriebszustand des Antriebssystems der der Fluidkupplung zugeführte Volumenstrom des Fluids größer ist als der abgeführte Volumenstrom, dass in einem zweiten Betriebszustand des Antriebssystems der Volumenstrom des zugeführten und des abgeführten Fluids gleich groß ist und dass in einem dritten Betriebszustand der der Fluidkupplung zugeführte Volumenstrom kleiner ist als der abgeführte Volumenstrom. Dabei kann der Zu- bzw. Ablauf des Fluids in die bzw. aus der Pumpe auch jeweils vollständig unterbrochen sein. Ist der der Fluidkupplung zugeführte Volumenstrom größer als der abgeführte, so steigt der Füllstand innerhalb der schaltbaren Fluidkupplung. Dadurch kann von der schaltbaren Fluidkupplung ein größeres Drehmoment übertragen werden. Sind der zugeführte und der abgeführte Volumenstrom gleich groß, bleibt das von der Fluidkupplung übertragbare Drehmoment gleich. Für die zu- und abgeführten Volumenströme kann dabei jeweils ein Volumenstrom von 0 m3/min oder ein von 0 m3/min abweichender, jedoch gleicher Volumenstrom vorgesehen werden. Ist der abgeführte Volumenstrom größer als der zugeführte Volumenstrom gewählt, so kann das übertragbare Drehmoment reduziert werden. Dabei kann bei einer vollständigen oder zumindest annähernd vollständigen Entleerung der schaltbaren Fluidkupplung die Moment- und/oder Leistungsübertragung unterbrochen werden.
  • Eine einfache und zuverlässige Unterbrechung des Zu- oder Abflusses des Fluids zu bzw. von der schalbaren Fluidkupplung kann dadurch erreicht werden, dass zumindest ein Ventil zur Unterbrechung der Strömung in dem Pumpkreislauf des Fluids angeordnet ist. Ist es beispielsweise vorgesehen, dass ein Ventil in der Zuleitung der schaltbaren Fluidkupplung angeordnet ist, so kann die Zuführung des Fluids zu der schaltbaren Fluidkupplung unterbrochen werden. Bei gleichbleibendem Abfluss des Fluids aus der schaltbaren Fluidkupplung kann auf diese Weise der Füllstand des Fluids innerhalb der schaltbaren Fluidkupplung schnell reduziert und damit die Moment- bzw. Leistungsübertragung reduziert oder unterbrochen werden.
  • Vorteilhaft kann es vorgesehen sein, dass die Pumpe von dem Verteilergetriebe angetrieben wird oder dass die Pumpe von der Antriebswelle des Hauptantriebs angetrieben wird. Die Pumpe wird so bei laufendem Hauptantrieb unabhängig von dem Füllstand der schaltbaren Fluidkupplung stetig angetrieben. Dadurch kann der Füllstand der schaltbaren Fluidkupplung in allen Betriebssituationen, in denen der Hauptantrieb läuft, eingestellt werden. Eine von dem Verteilergetriebe angetriebene Pumpe ist besser zugängig, wodurch die Montage und die Wartung vereinfacht werden.
  • Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die schaltbare Fluidkupplung Bohrungen aufweist, durch welche das Fluid auf Grund der innerhalb der schaltbaren Fluidkupplung vorliegenden Zentrifugalkraft aus der schaltbaren Fluidkupplung geleitet und nachfolgend zur Pumpe geführt wird. Bei drehendem Hauptantrieb und damit drehender schaltbare Fluidkupplung wird auf diese Weise permanent Fluid aus der schaltbaren Fluidkupplung abgeleitet. Der Füllstand innerhalb der schaltbaren Fluidkupplung kann durch Steuerung des Fluidzuflusses eingestellt werden.
  • Um den Füllstand innerhalb der schaltbaren Fluidkupplung erhöhen zu können kann es vorgesehen sein, dass die Fördermenge der Pumpe größer als der durch die Zentrifugalkraft bewirkte Volumenstrom durch die Bohrungen der schaltbaren Fluidkupplung ist. Damit ist es möglich, trotz permanentem Abfluss des Fluids aus der schaltbaren Fluidkupplung den Füllstand des Fluids innerhalb der schaltbaren Fluidkupplung zu erhöhen. Durch Reduzierung der Fördermenge der Pumpe kann der Füllstand innerhalb der schaltbaren Fluidkupplung verringert werden. Besonders vorteilhaft kann der Zufluss des Fluids zu der schaltbaren Fluidkupplung durch ein Ventil, welches zwischen der Pumpe und der schaltbaren Fluidkupplung angeordnet ist, gesteuert oder geregelt werden. Die Pumpe kann dann mit konstanter Pumpleistung betrieben werden. Die Einstellung des Füllstandes erfolgt durch entsprechende Steuerung bzw. Regelung des der schaltbaren Fluidkupplung zugeführten Volumenstroms mittels des Ventils. Im einfachsten Fall kann ein Schaltventil mit binärem Schaltverhalten vorgesehen sein, welches zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung umschaltbar ist. Durch Öffnen des Ventils wird der Füllstand in der schaltbaren Fluidkupplung und damit deren Fähigkeit zur Moment- und Leistungsübertragung erhöht. Durch Schließen des Ventils wird der Füllstand entsprechend dem Abfluss des Fluids aus der schaltbaren Fluidkupplung schnell verringert. Dies ermöglicht beispielsweise eine schnelle Unterbrechung der Moment- und/oder Leistungsübertragung im Falle einer Blockade des Brechers. Mit einem Schaltventil kann einfach ein minimaler und ein maximaler Füllstand in der schaltbaren Fluidkupplung eingestellt werden. Es ist auch denkbar, durch eine entsprechend getaktete Ansteuerung des Schaltventils Zwischen-Füllstände und somit ein gewünschtes Moment- bzw. Leistungs-Übertragungsvermögen der schaltbaren Fluidkupplung einzustellen.
  • Es ist auch möglich, ein Proportionalventil in der Förderstrecke zwischen der Pumpe und der schaltbaren Fluidkupplung vorzusehen. Mit einem solchen Proportionalventil kann der Füllstand der schaltbaren Fluidkupplung einfach auf einen maximalen, einen minimalen sowie auf dazwischen angeordnete Füllstände eingestellt werden. Um im Falle einer Überlast- oder Blockadesituation des Brechers die Moment- und/oder Leistungsübertragung von dem Hauptantrieb zu dem Brecher schnell zu unterbrechen und dadurch ein Absterben des Hauptantriebs oder eine Beschädigung der blockierten Komponenten des Antriebssystems oder des Brechers zu vermeiden kann es vorgesehen sein, dass dem Antriebssystem eine Steuereinheit zugeordnet ist und dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, eine Überlastung und/oder eine Blockade des Brechers zu erkennen und bei einer erkannten Überlastung und/oder Blockade ein Steuersignal, welches eine Abschaltung der Pumpe und/oder eine Unterbrechung der Fluidzufuhr zu der schaltbaren Fluidkupplung bewirkt, auszugeben.
  • Ein sicherer Start des Hauptantriebs sowie ein sanftes Anfahren des Brechers kann dadurch erreicht werden, dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die Pumpe und/oder das Ventil derart anzusteuern, dass die Füllmenge des Fluids in der schaltbaren Fluidkupplung beim Hochfahren der Drehzahl des Hauptantriebs nach dessen Start und/oder beim Hochfahren der Drehzahl des Brechers ansteigt. Durch den Anstieg der Füllmenge wird die Moment- und/oder Leistungsübertragung der schaltbaren Fluidkupplung stetig erhöht, wodurch eine Überlastung des Hauptantriebs sicher vermieden wird. Vorzugsweise erfolgt die vollständige Befüllung der zuvor entleerten, schaltbaren Fluidkupplung in einem Zeitraum von 5 bis 60s, besonders bevorzugt in einem Zeitraum von 10 bis 20s.
  • Um weitere Aggregate, beispielsweise einen Hydraulikmotor zur Fortbewegung einer mobilen Materialzerkleinerungsanlage, in welche die Antriebseinheit und der Brecher integriert sind, antreiben zu können kann es vorgesehen sein, dass zumindest eine zweite Hydraulikpumpe nicht schaltbar mit dem Verteilergetriebe verbunden und von diesem angetrieben ist.
  • Besonders vorteilhaft kann es vorgesehen sein, dass das Antriebssystem den Brecher über einen Riemenantrieb antreibt und dass eine Antriebsriemenscheibe des Riemenantriebs mit der schaltbaren Fluidkupplung des Antriebssystems verbunden ist. Der Riemenantrieb kann das Moment bzw. die Leistung über eine ausreichend große Strecke von dem Verteilergetriebe zu dem Brecher übertragen. Es ermöglicht die Einstellung eines geeigneten Übersetzungsverhältnisses, gleicht Stoßbelastungen aus und ist einfach zu montieren und zu warten. Es ist jedoch auch denkbar, andere Übertragungselemente zwischen dem Antriebssystem und dem Brecher vorzusehen, beispielsweise ein Zahnradgetriebe, ein Kettenantrieb, eine Welle oder dergleichen.
  • Ist es vorgesehen, dass dem Antriebssystem ein Hilfsantrieb zugeordnet ist, der in Kraftübertragungsrichtung des Hauptantriebs nach der schaltbaren Fluidkupplung mittelbar oder unmittelbar mit dem Brecher in Wirkverbindung steht, so kann, beispielsweise im Falle einer Blockade oder zur Wartung, der Brecher in gegenüber der Arbeitsrichtung umgedrehter Richtung betrieben werden. Auch ist es denkbar, dass Anfahren des Brechers mit dem Hilfsantrieb zu unterstützen.
  • Eine einfache Ausgestaltung des Hilfsantriebs kann dadurch gereicht werden, dass der Hilfsantrieb als Hydraulikmotor ausgebildet ist und dass der Hydraulikmotor durch eine von dem Verteilergetriebe angetriebenen Hydraulikpumpe angetrieben wird. Die Energieversorgung des Hilfsantriebs ist somit durch den Hauptantrieb gegeben.
  • Eine übermäßige Erwärmung des Fluid kann dadurch vermieden werden, dass in dem Pumpkreislauf des Fluids der schaltbaren Fluidkupplung ein Kühler angeordnet ist, der von dem Fluid durchströmt wird. Dies stellt einen großen Vorteil gegenüber nicht schaltbaren, konstant gefüllten Fluidkupplungen dar, bei denen eine effiziente Kühlung des verwendeten Fluids nicht oder nur eingeschränkt möglich ist.
  • Um durch entsprechende Variation des Zu- und/oder Ablaufes des Fluids in die und aus der schaltbaren Fluidkupplung die Einstellung des Füllstandes des Fluids innerhalb der schaltbaren Fluidkupplung zu ermöglichen kann es vorgesehen sein, dass in dem Pumpkreislauf des Fluids, insbesondere im Rückfluss des Fluids von der schaltbaren Fluidkupplung zu der Pumpe, ein Zwischenspeicher für das Fluid angeordnet ist. Bei beispielsweise einer Unterbrechung des Zulaufes zu der schaltbaren Fluidkupplung kann das Fluid aus der schaltbaren Fluidkupplung ablaufen und wird in dem Zwischenspeicher aufgefangen. Die schaltbare Fluidkupplung kann so entleert werden. Entsprechend kann zum Füllen der schaltbaren Fluidkupplung Fluid aus dem Zwischenspeicher entnommen und der schaltbaren Fluidkupplung zugeführt werden.
  • Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass zwischen dem Verteilergetriebe und dem Brecher eine schaltbare Fluidkupplung angeordnet ist, dass der Füllstand des Fluids in der schaltbaren Fluidkupplung bei einer Blockade des Brechers und/oder zum Starten des Hauptantriebs verringert wird und dass der Füllstand des Fluids während des Anfahrens des Brechers erhöht wird. Durch das Verringern des Füllstandes kann die Moment- und/oder Leistungsübertragung der schaltbaren Fluidkupplung beeinflusst werden. Durch Ablassen des Fluids aus der schaltbaren Fluidkupplung kann die Moment- und/oder Leistungsübertragung vollständig unterbrochen werden. Dies ermöglicht den Start und das Hochlaufen des Hauptantriebs, der beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet sein kann. Durch Anheben des Füllstandes innerhalb der schaltbaren Fluidkupplung kann ihre Moment- und/oder Leistungsübertragung kontinuierlich erhöht werden. Dies ermöglicht einen sanften Anlauf des Brechers. Im Falle einer Überlastung oder Blockade des Brechers kann das Fluid schnell aus der schaltbaren Fluidkupplung abgeführt werden. Dadurch wird die Moment- und/oder Leistungsübertragung reduziert bzw. unterbrochen. Durch diese Maßnahme kann ein Absterben des Hauptantriebs vermieden und eine Beschädigung des Hauptantriebs, des Brechers oder einer sonstigen Komponente im Falle einer Blockade vermieden werden. Die schaltbare Fluidkupplung übernimmt somit die Aufgabe einer bekannten Kombination aus einer Schaltkupplung und einer nachgeschalteten, konstant gefüllten Strömungskupplung.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    ein Antriebssystem für einen Brecher und
    Figur 2
    das in Figur 1 gezeigte Antriebssystem mit einem zusätzlichen Hilfsantrieb.
  • Figur 1 zeigt ein Antriebssystem 1 für einen Brecher 50. Der Brecher 50 dient der Materialzerkleinerung, insbesondere von Gesteinsgut wie Naturstein, Beton, Ziegeln, Bauschutt und dergleichen. Er ist vorliegend als Prallbrecher ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, andersartige Brecher vorzusehen, beispielsweise Kegelbrecher, Backenbrecher und dergleichen.
  • Der Brecher 50 und das Antriebssystem 1 sind vorliegend Teil einer nicht dargestellten, mobilen Brechanlage. Zum Antrieb des Brechers 50 ist ein Hauptantrieb 2 vorgesehen. Dieser ist mit einem Verteilergetriebe 10 verbunden. Dabei ist der Hauptantrieb 2 über eine entsprechende Antriebswelle mit einem ersten Zahnrad 12.1 des Verteilergetriebes 10 gekoppelt. In einem Gehäuse 11 des Verteilergetriebes 10 sind weitere ineinandergreifende Zahnräder 12.1, 12.2, 12.3 angeordnet. Von dem Verteilergetriebe 10 sind vorliegend eine erste Hydraulikpumpe 21 und ein Generator 20 angetrieben. Dazu ist die erste Hydraulikpumpe 21 über eine Schaltkupplung 13 an ein zweites Zahnrad 12.2 des Verteilergetriebes 10 angeschlossen. Der Generator 20 ist über ein Verbindungselement 20.1 mit einem dritten Zahnrad 12.3 des Verteilergetriebes 10 verbunden. Bei dem Verbindungselement 20.1 kann es sich um eine Gelenkwelle oder eine Kupplung handeln.
  • Von dem Verteilergetriebe 10 ist eine Antriebsriemenscheibe 41 eines Riemenantriebs 40 angetrieben. Dabei ist in der Übertragung von dem Hauptantrieb 2 zu dem Riemenantrieb 40 eine Übersetzung mit einem Übersetzungsverhältnis von eins vorgegeben. In die Moment- und/oder Leistungs-Übertragungsstrecke von dem Verteilergetriebe 10 zu der Antriebsriemenscheibe 41 ist eine schaltbare Fluidkupplung 30 zwischengeschaltet. Der schaltbaren Fluidkupplung 30 ist eine Pumpe 31 zugeordnet. Die schaltbare Fluidkupplung 30 und die Pumpe 31 sind in einem Pumpkreislauf strömungstechnisch miteinander verbunden. In dem Pumpkreislauf ist ein Fluid geführt. Innerhalb des Pumpkreislaufes ist ein Kühler 33 angeordnet. Weiterhin ist in dem Pumpkreislauf ein Zwischenspeicher 34 zur Aufnahme des in dem Pumpkreislauf geführten Fluids vorgesehen. Ausgangsseitig ist die schaltbare Fluidkupplung 30 über eine Abtriebswelle 32 mit der Antriebsriemenscheibe 41 verbunden.
  • Die Antriebsriemenscheibe 41 treibt über einen Riementrieb 42 eine Abtriebsriemenscheibe 43 des Riemenantriebs 40 an. Eine Welle 51 verbindet die Abtriebsriemenscheibe 43 mit dem Brecher 50.
  • Der Hauptantrieb 2 ist vorliegend als Dieselmotor ausgebildet. Es können jedoch auch andere Motorarten vorgesehen sein, beispielsweise ein Elektromotor.
  • Die schaltbare Fluidkupplung arbeitet nach dem Föttinger-Prinzip. Der Hauptantrieb 2 treibt über das Verteilergetriebe 10 ein nicht gezeigtes Pumpenrad der schaltbaren Fluidkupplung 30 an. Das Pumpenrad fördert ein Fluid, vorzugsweise ein Öl, zu einem Turbinenrad der schaltbaren Fluidkupplung 30 und treibt dieses an. Das Turbinenrad ist mit der Abtriebswelle 32 verbunden. Die Abtriebswelle 32 wird somit von dem Turbinenrad angetrieben. Die Drehbewegung der Abtriebswelle 32 wird über die Antriebsriemenscheibe 41 und den Riementrieb 42 auf die Abtriebsriemenscheibe 43 des Riemenantriebs 40 übertragen. Diese treibt über die Welle 51 den Brecher 50 an.
  • Die Menge des in der schaltbaren Fluidkupplung 30 vorrätigen Fluids ist nicht konstant. Sie kann gezielt eingestellt werden. Durch Veränderung des Füllstandes des Fluids in der schaltbaren Fluidkupplung 30 kann deren Vermögen zur Moment- und/oder Leistungsübertragung verändert werden. Bei vollständig oder nahezu vollständig entleerter schaltbarer Fluidkupplung 30 wird von ihr kein Moment und/oder keine Leistung übertragen. Der Brecher 50 ist dann von dem Hauptantrieb 2 und dem Verteilergetriebe 10 abgekoppelt. Bei vollständig gefüllter schaltbarer Fluidkupplung 30 können Drehmomente und/oder Leistungen mit einem Wirkungsgrad von größer 95 % übertragen werden. Dabei weist die schaltbare Fluidkupplung 30 nur einen geringen Schlupf auf. Bei einer teilbefüllten schaltbaren Fluidkupplung 30 ist ihr Vermögen zur Moment- und/oder Leistungsübertragung eingeschränkt. Je höher der Füllstand des Fluids in der schaltbaren Fluidkupplung 30 ist, desto mehr Leistung und/oder Drehmoment kann die schaltbare Fluidkupplung 30 ohne Schlupf oder mit nur geringem Schlupf übertragen. Dabei bildet sich aufgrund der Zentrifugalkräfte ein Fluid-Ring an der Außenseite der schaltbaren Fluidkupplung 30 aus, welcher das Turbinenrad antreibt.
  • Die Pumpe 31 ist vorliegend als Zahnradpumpe ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, andere Pumpenarten zu verwenden. Die Pumpe 31 fördert das Fluid in die schaltbare Fluidkupplung 30. Am äußeren Umfang der schaltbaren Fluidkupplung 30 sind Bohrungen angebracht. Aufgrund der herrschenden Fliehkräfte fließt das Fluid stetig durch die Bohrungen aus der schaltbaren Fluidkupplung 30 ab. Die schaltbare Fluidkupplung 30 wird somit bei laufendem Hauptantrieb 2 und damit Verteilergetriebe 10 stetig entleert. Die Pumpe 31 ist derart ausgebildet, dass sie mehr Fluid in die schaltbare Fluidkupplung 30 einpumpt, als durch die Bohrungen aus dieser abfließt. Durch Einschalten der Pumpe 31 kann somit ein Befüllen der schaltbaren Fluidkupplung 30 erreicht werden. Entsprechend kann durch Abschalten der Pumpe 31 ein Entleervorgang der schaltbaren Fluidkupplung 30 eingeleitet werden.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Pumpe 31 dauerhaft mit dem Verteilergetriebe 10 verbunden und bei laufendem Hauptantrieb 2 von diesem angetrieben. Zwischen dem Ausgang der Pumpe 31 und dem Eingang der schaltbaren Fluidkupplung 30 ist ein nicht dargestelltes Ventil in dem Pumpkreislauf angeordnet. Mit Hilfe des Ventils kann der Fluidzufluss zu der schaltbaren Fluidkupplung 30 unterbrochen oder aufrechterhalten werden. Das Ventil ist vorliegend als Magnetventil ausgebildet. Es weist zwei Schaltstellung, nämlich eine geöffnete und eine geschlossene Stellung, auf. Bei geöffnetem Ventil wird die schaltbare Fluidkupplung 30 gefüllt und bei geschlossenem Ventil, bedingt durch den Abfluss des Fluids aus den Bohrungen der schaltbaren Fluidkupplung 30, geleert. Dabei dient der Zwischenspeicher 34 zur Aufnahme des aus der schaltbaren Fluidkupplung 30 abgeführten Fluids. Entsprechend wird bei offenem Ventil das Fluid von dem Zwischenspeicher 34 entnommen und zu der schaltbaren Fluidkupplung 30 gepumpt.
  • Anstelle des Schaltventils ist es auch denkbar, ein Proportionalventil im Zulauf der schaltbaren Fluidkupplung 30 in dem Pumpkreislauf vorzusehen. Mit Hilfe des Proportionalventils kann die Fluidzufuhr zu der schaltbaren Fluidkupplung 30 unterbrochen werden. Es ermöglicht es weiterhin, den der schaltbaren Fluidkupplung 30 zugeführten Volumenstrom an Fluid kontinuierlich vorzugeben. Damit können ein gewünschter Füllstand und damit ein gewünschtes Übertragungsverhalten der schaltbaren Fluidkupplung 30 eingestellt werden.
  • Auf Grund der hohen, von der schaltbaren Fluidkupplung 30 übertragenen Momente und/oder Leistungen und der damit verbundenen, hohen Belastung des Fluids wird dieses stark erwärmt. Dadurch ändern sich seine Viskosität und damit seine Übertragungseigenschaften. Erfindungsgemäß kann in dem Pumpkreislauf der Kühler 33 mittelbar oder unmittelbar der Fluidkupplung zugeordnet sein. Dieser bewirkt, dass die Temperatur des Fluids in einem vorgegebenen Temperaturbereich verbleibt und damit eine vorgegebene Viskosität nicht unterschritten wird. Die Übertragungseigenschaften der schaltbaren Fluidkupplung 30 bleiben somit erhalten. Dieser Kühler 33 kann insbesondere als separate Baueinheit ausgebildet sein. An ihm können neben der Fluidkupplung 30 auch andere zu kühlende Baugruppen angeschlossen sein.
  • Es ist denkbar, die schaltbare Fluidkupplung 30 ohne die beschriebenen Bohrungen auszubilden. Das Fluid kann dann von der Pumpe 31 aus der schaltbaren Fluidkupplung 30 abgesaugt werden. Auch ist es denkbar, zum Abpumpen des Fluids eine gesonderte Fluidpumpe vorzusehen. Zur Einstellung des Füllstandes können sowohl im Zulauf als auch im Ablauf der schaltbaren Fluidkupplung Ventile vorgesehen sein. Auch ist es möglich, den Füllstand in der schaltbaren Fluidkupplung 30 durch entsprechende Ansteuerung der Pumpe 31 oder der Pumpe 31 und der im Rücklauf angeordneten Fluidpumpe einzustellen.
  • Der Startvorgang des Antriebssystems 1 erfolgt wie nachfolgend beschrieben. Zunächst wird der Hauptantrieb 2 bei leerer oder nahezu leerer schaltbare Fluidkupplung 30 gestartet und auf eine gewünschte Drehzahl hochgefahren. Dabei dreht das Pumpenrad der schaltbaren Fluidkupplung 30 mit. Ist die schaltbare Fluidkupplung 30, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigt, ohne zusätzliche Übersetzung mit dem Hauptantrieb 2 gekoppelt, so dreht das Pumpenrad mit der gleichen Drehzahl wie der Hauptantrieb 2. Es ist jedoch auch denkbar, zwischen dem Hauptantrieb 2 und der schaltbaren Fluidkupplung 30 eine Übersetzung ungleich 1 vorzusehen, sodass beide mit unterschiedlicher Drehzahl drehen. Auch die Pumpe 31 ist über das Verteilergetriebe 10 oder direkt von dem Hauptantrieb 2 angetrieben. Das zwischen der Pumpe 31 und dem Zulauf der schaltbaren Fluidkupplung 30 in dem Pumpkreislauf angeordnet Ventil ist geschlossen, sodass kein Fluid in die schaltbare Fluidkupplung 30 eingepumpt wird. Nachdem der Hauptantrieb 2 die gewünschte Drehzahl erreicht hat, wird Fluid in die schaltbare Fluidkupplung 30 gepumpt. Dazu wird das Ventil durch ein entsprechendes Steuersignal geöffnet. Da der der schaltbaren Fluidkupplung 30 zugeführte Volumenstrom an Fluid größer ist als der abgeführte Volumenstrom füllt sich die schaltbare Fluidkupplung 30 langsam. Dadurch steigt das von dem Pumpenrad auf das Turbinenrad übertragene Moment. Ist das Losbrechmoment des Abtriebsstranges erreicht, beginnen das Turbinenrad und der damit verbundene Abtriebsstrang zu drehen. Der Abtriebsstrang umfasst dabei alle der Abtriebswelle 32 nachfolgenden und bewegten Komponenten. Mit steigendem Füllstand wird das Turbinenrad langsam auf die Drehzahl des Pumpenrades beschleunigt. Dadurch steigt auch die Drehzahl des Brechers 50 langsam an. Sind die Drehzahl des Pumpenrates und des Turbinenrades gleich oder zumindest in etwa gleich, kann durch Erhöhen der Drehzahl des Hauptantriebs 2 die Drehzahl des Brechers 50 weiter erhöht werden.
  • Im Falle einer Überlastung oder Blockade des Brechers 50 wird der Füllstand in der schaltbaren Fluidkupplung 30 reduziert. Dazu wird bei einer erkannten Blockade oder Überlastung das zwischen der Pumpe 31 und der schaltbaren Fluidkupplung 30 vorgesehener Ventil geschlossen. Ohne Zufluss von Fluid entleert sich die schaltbare Fluidkupplung 30. Schon bei teilweise abgelassenem Fluid ist die Moment- und Leistungsübertragung der schaltbaren Fluidkupplung 30 deutlich reduziert ist.
  • Dadurch wird bereits kurz nach dem Schließen des Ventils ein Schutz des blockierten Brechers 50 erreicht. Es wird ein Schlupf zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad ermöglicht, wodurch der Brecher 50 und der Hauptantrieb 2 teilweise entkoppelt sind. Eine Blockade des Brechers 50 führt somit schon bei teilweise abgelassenem Fluid nicht mehr zu einem Absterben des Hauptantriebs 2. Die schaltbare Fluidkupplung 30 ist derart konstruiert, dass sie sich ohne zugeführtes Fluid schnell entleert. Dadurch findet in kurzer Zeit eine Entkopplung des Turbinenrad von dem Pumpenrad statt.
  • Die schaltbare Fluidkupplung 30 verbindet demnach mehrere Funktionen in einem Bauteil. Beim Anlaufen des Brechers 50 dauert es einige Zeit, bis, bedingt durch den steigenden Füllstand und die hohe Viskosität des Fluids, das träge Turbinenrad mit dem daran gekoppelten Abtriebsstrang auf die Drehzahl der Antriebswelle 32 beschleunigt wird. Dies bewirkt einen sanften Anlauf des Brechers 50. Weiterhin werden die antreibenden Komponenten (Hauptantrieb 2, Antriebswelle, gegebenenfalls vorgesehene Drehschwingungskupplungen 3, 4 (siehe Figur 2), Verteilergetriebe 10 etc.) geschont, da sie in Rückwirkung von dem Brecher 50 durch die entkoppelnde Wirkung der schaltbaren Fluidkupplung 30 nicht schlagartig belastet werden. Die Moment- und/oder Leistungsübertragung von dem Hauptantrieb 2 zu dem Brecher 50 kann durch die schaltbare Fluidkupplung 30 unterbrochen werden. Dies ermöglicht den Start und das Hochfahren des Hauptantriebs 2. Es ermöglicht weiterhin eine schnelle Entkopplung des Hauptantriebs 2 von dem Brecher 50, beispielsweise bei einer Blockade oder Überlastung des Brechers 50. Eine Beschädigung des Brechers 50 und des Antriebssystems 1 kann so vermieden werden.
  • Figur 2 zeigt das in Figur 1 gezeigte Antriebssystem 1 mit einem zusätzlichen Hilfsantrieb 60. Zusätzlich sind im Vergleich zu dem in Figur 1 gezeigten Antriebssystems eine zweite, eine dritte und eine vierte Hydraulikpumpe 22, 23, 24 mit dem Verteilergetriebe 10 verbunden. Dabei sind die zweite und die vierte Hydraulikpumpe 22, 24 direkt an das dritte Zahnrad 12.3 des Verteilergetriebes 10 angekoppelt, während die erste und die dritte Hydraulikpumpe 21, 23 über die Schaltkupplung 13 an- und abschaltbar an das zweite Zahnrad 12.2 des Verteilergetriebes 10 angekoppelt sind. Der Hauptantrieb 2 und die schaltbare Fluidkupplung 30 sind jeweils über eine Drehschwingkupplung 3, 4 an dem Gehäuse 11 des Verteilergetriebes 10 befestigt. Die Drehschwingkupplungen 3, 4 wirken in Umfangsrichtung dämpfend und gleichen kleine Versatze in der Achsausrichtung aus.
  • Der Hilfsantrieb 60 ist vorliegend als Hydraulikmotor ausgebildet. Er wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von der schaltbaren dritten Hydraulikpumpe 23 angetrieben. Durch entsprechende Betätigung der Schaltkupplung 13 kann der Hilfsantrieb 60 ein- und ausgeschaltet werden. Der Hilfsantrieb 60 wirkt über eine Riemenscheibe 61 auf den Riementrieb 42 des Riemenantriebs 40. Bei entkoppelter schaltbarer Fluidkupplung 30 kann somit der Riemenantrieb 40 und dadurch der mit dem Riemenantrieb 40 verbundene Brecher 50 mit Hilfe des Hilfsantriebs 60 bewegt werden. Dadurch kann der Brecher 50 beispielsweise in eine geeignete Wartungsposition gedreht werden. Auch ist es möglich, den Brecher 50 entgegen seiner durch die Drehrichtung des Hauptantriebs 2 vorgegebenen Arbeitsrichtung zu drehen. Auf diese Weise kann beispielsweise eine zuvor erfolgte Blockade des Brechers 50 aufgehoben werden. Der Hilfsantrieb 60 kann auch dazu verwendet werden, dass Anfahren des Brechers 50 zu unterstützen. Dazu kann der Brecher 50 mit Hilfe des Hilfsantriebs 60 vor und/oder während des Befüllens der schaltbaren Fluidkupplung 30 auf eine vorgegebene Drehzahl beschleunigt werden.

Claims (16)

  1. Antriebssystem (1) zum Antrieb eines Brechers (50) einer Materialzerkleinerungsanlage mit einem Hauptantrieb (2) und einem von dem Hauptantrieb (2) angetriebenen Verteilergetriebe (10), wobei das Verteilergetriebe (10) zumindest einen Generator (20) und eine schaltbar mit dem Verteilergetriebe (10) verbundene erste Hydraulikpumpe (21) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass in die Übertragungsstrecke von dem Verteilergetriebe (10) zu dem Brecher (50) eine schaltbare Fluidkupplung (30) geschaltet ist, dass die schaltbare Fluidkupplung (30) und eine Pumpe (31) in einem Pumpkreislauf strömungstechnisch miteinander verbunden sind und dass der schaltbaren Fluidkupplung (30) mittels der Pumpe (31) ein Fluid zuführbar ist.
  2. Antriebssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Moment- und/oder Leistungsübertragung der schaltbaren Fluidkupplung (30) durch Einstellen der Füllmenge des Fluids in der schaltbaren Fluidkupplung (30) einstellbar ist.
  3. Antriebssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Betriebszustand des Antriebssystems (1) der der Fluidkupplung (30) zugeführte Volumenstrom des Fluids größer ist als der abgeführte Volumenstrom, dass in einem zweiten Betriebszustand des Antriebssystems der Volumenstrom des zugeführten und des abgeführten Fluids gleich groß ist und dass in einem dritten Betriebszustand der der Fluidkupplung zugeführte Volumenstrom kleiner ist als der abgeführte Volumenstrom.
  4. Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ventil zur Unterbrechung der Strömung in dem Pumpkreislauf des Fluids angeordnet ist.
  5. Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (31) von dem Verteilergetriebe (10) angetrieben wird oder dass die Pumpe (31) von der Antriebswelle des Hauptantriebs (2) angetrieben wird oder dass die Pumpe (31) von einer Welle der Fluidkupplung (30) angetrieben ist.
  6. Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Fluidkupplung (30) Bohrungen aufweist, durch welche das Fluid auf Grund der innerhalb der schaltbaren Fluidkupplung (30) vorliegenden Zentrifugalkraft aus der schaltbaren Fluidkupplung (30) geleitet und nachfolgend zur Pumpe (31) geführt wird.
  7. Antriebssystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördermenge der Pumpe (31) größer als der durch die Zentrifugalkraft bewirkte Volumenstrom durch die Bohrungen der schaltbaren Fluidkupplung (30) ist.
  8. Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Antriebssystem (1) eine Steuereinheit zugeordnet ist und dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, eine Überlastung und/oder eine Blockade des Brechers (50) zu erkennen und bei einer erkannten Überlastung und/oder Blockade ein Steuersignal, welches eine Abschaltung der Pumpe (31) und/oder eine Unterbrechung der Fluidzufuhr zu der schaltbaren Fluidkupplung (30) bewirkt, auszugeben.
  9. Antriebssystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die Pumpe (31) und/oder das Ventil derart anzusteuern, dass die Füllmenge des Fluids in der schaltbaren Fluidkupplung (30) beim Hochfahren der Drehzahl des Hauptantriebs (2) nach dessen Start und/oder beim Hochfahren der Drehzahl des Brechers (50) ansteigt.
  10. Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zweite Hydraulikpumpe (22) nicht schaltbar mit dem Verteilergetriebe (10) verbunden und von diesem angetrieben ist.
  11. Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (1) den Brecher (50) über einen Riemenantrieb (40) antreibt und dass eine Antriebsriemenscheibe (41) des Riemenantriebs (40) mit der schaltbaren Fluidkupplung (30) des Antriebssystems (1) verbunden ist.
  12. Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Antriebssystem (1) ein Hilfsantrieb (60) zugeordnet ist, der in Kraftübertragungsrichtung des Hauptantriebs (2) nach der schaltbaren Fluidkupplung (30) mittelbar oder unmittelbar mit dem Brecher (50) in Wirkverbindung steht.
  13. Antriebssystem (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsantrieb (60) als Hydraulikmotor ausgebildet ist und dass der Hydraulikmotor durch eine von dem Verteilergetriebe (10) angetriebenen Hydraulikpumpe (21, 22, 23, 25) angetrieben wird.
  14. Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Pumpkreislauf des Fluids der schaltbaren Fluidkupplung (30) ein Kühler (31.2) angeordnet ist, der von dem Fluid durchströmt wird.
  15. Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Pumpkreislauf des Fluids, insbesondere im Rückfluss des Fluids von der schaltbaren Fluidkupplung (30) zu der Pumpe (31), ein Zwischenspeicher (34) für das Fluid angeordnet ist.
  16. Verfahren zum Betrieb eines Brechers (50) einer Materialzerkleinerungsanlage mit einem den Brecher (50) antreibenden Antriebssystem (1), wobei das Antriebssystem (1) zumindest einen Hauptantrieb (2) und ein Verteilergetriebe (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verteilergetriebe (10) und dem Brecher (50) eine schaltbare Fluidkupplung (30) angeordnet ist, dass der Füllstand des Fluids in der schaltbaren Fluidkupplung (30) bei einer Blockade des Brechers (50) und/oder zum Starten des Hauptantriebs (2) verringert wird und dass der Füllstand des Fluids während des Anfahrens des Brechers (50) erhöht wird.
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