EP3752713A1

EP3752713A1 - Walzenschrämlader sowie eine schrämwalze eines walzenschrämladers

Info

Publication number: EP3752713A1
Application number: EP19706920.6A
Authority: EP
Inventors: Volker Quast; Sepp Lachenmaier; Falk Laube; André MARCIC; Jörg RECKTENWALD
Original assignee: Lloyd Dynamowerke GmbH
Current assignee: Lloyd Dynamowerke GmbH
Priority date: 2018-02-16
Filing date: 2019-02-12
Publication date: 2020-12-23
Also published as: CN111727301A; ZA202005018B; RU2020129786A; DE102018103527A1; CA3090968A1; RU2020129786A3; WO2019158519A1; US20200400019A1

Abstract

Bei einem Walzenschrämlader zur Gewinnung von mineralischem Material im Bergbau mit wenigstens einer an einem schwenkbaren Tragarm (2) drehbar gelagerten Schrämwalze (1), die von einem am gleichen Ende des Tragarms (2) im Bereich des Tragarmkopfes (3) angeordneten Antriebsmotor (4) angetrieben wird lässt sich eine kompakte Antriebseinheit für alle Betriebszustände bereitstellen, wenn der Antriebsmotor (4) als permanentmagneterregte Synchronmaschine ausgeführt ist, die während eines Betriebs der Schrämwalze (1) die gesamte zur Drehung der Schrämwalze (1) benötigte Antriebsleistung bereitstellt.

Description

Walzenschrämlader sowie eine Schrämwalze eines Walzenschrämladers

B e s c h r e i b u n g :

Die Erfindung betrifft einen Walzenschrämlader zur Gewinnung von mineralischem Material, wie Steinkohle, Salz oder Gestein, mit wenigstens einer an einem schwenkbaren Tragarm drehbar gelagerten Schräm- bzw. Schneidwalze, die von einem am gleichen Ende des Tragarms angeordneten Antriebsmotor angetrieben wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Schrämwalze eines Walzenschrämladers mit einer Antriebseinheit.

Walzenschrämlader, die teilweise auch als Walzenlader bezeichnet werden, werden im Untertagebergbau zur schneidenden Gewinnung von Mineralien, insbesondere von Steinkohle oder Salzen, eingesetzt. Für den Antrieb aller Bewegungsvorgänge des Walzenschrämladers wird wenigstens ein Elektromotor verwendet, der normalerweise in den Maschinenschlitten integriert ist. Es sind auch Walzenschrämlader bekannt, bei denen der Motor im Tragarm angeordnet ist. Mit dieser Bauart ist eine kürzere Baulänge der Walzenschrämlader realisierbar.

Üblicherweise befinden sich die Schrämwalzen an den Enden der Tragarme, die an beiden Enden des Getriebegehäuses bewegbar befestigt sind. In den Tragarmen befinden sich Mittel zur Kraftübertragung, insbesondere Zahnräderkaskaden, mit denen die Kraft vom Antriebsmotor zu einem Planetengetriebe übertragen wird, über das die Kraft in die Schrämwalze eingeleitet wird.

Als Antriebsmotoren werden in der Regel wassergekühlte Drehstrommotoren mit einer Leistung von bis zu 230 kW eingesetzt. Wobei der Vortrieb der Maschine in der Regel über einen eigenen Elektromotor verfügt.

Bei den bekannten Walzenschrämladern sind die Schrämwalzen jeweils am Ende eines schwenkbaren Tragarms im Bereich des sogenannten Tragarmkopfs befestigt und werden von einem Asynchronmotor mit einer Synchron-Drehzahl von 1500 rpm, bei einer Netzfrequenz von 50 Hz, oder mit einer Synchron-Drehzahl von 1800 rpm, bei einer Netzfrequenz von 60 Hz, betrieben.

Aus der DE 38 22 875 A1 ist ein Walzenschrämlader für den Untertagebergbau bekannt, bei dem die Antriebsmotoren für die Schrämwalzen jeweils gelenkig am Tragarmkopf befestigt sind. Die Schrämwalzen und die Antriebsmotoren sind hierbei an einander entgegengesetzten Enden auf gleicher Seite des äußeren Tragarmabschnitts im Bereich des Tragarmkopfes angeordnet und durch im Inneren dieses Tragarmabschnitts befindliche Getriebeelemente miteinander verbunden. Aufgrund dieser Anordnung befinden sich die Antriebsmotoren in dem jeweils von der vorlaufenden Schrämwalze freigeschnittenen Raum.

Weiterhin ist aus der DE 38 29 225 A1 ein Walzenschrämlader bekannt, bei dem zum Antrieb der Schrämwalze zwei beabstandet zueinander angeordnete Antriebsmotoren vorgesehen sind. Einer dieser Antriebsmotoren befindet sich im Bereich des Tragarmkopfes, ist über ein mehrstufiges Planetengetriebe mit der Schrämwalze verbunden und zentrisch zur Schrämwalzenachse angeordnet. Da die Antriebsleistung dieses Antriebsmotors zu gering ist, um die Schrämwalze in verschiedenen Betriebssituationen anzutreiben, ist am entgegengesetzten Ende des Tragarms ein weiterer Antriebsmotor angeordnet, der über ein Rädergetriebe und ein Untersetzungsgetriebe mit der Schrämwalze verbunden ist. Üblicherweise wird die Schrämwalze des Walzenschrämladers mithilfe beider Antriebsmotoren angetrieben. Lediglich in wenigen Betriebsfällen ist es möglich, die das Flöz lösende Schrämwalze allein mit dem schwächeren, zur Schrämwalzenachse angeordneten Antriebsmotor zu betreiben.

Problematisch an den bekannten technischen Lösungen zur Bereitstellung der Antriebsleistung für Schrämwalzen eines Walzenschrämladers ist, dass oftmals vergleichsweise große Wege zu Übertragung der Antriebsleistung vom Antriebsmotor zur Schrämwalze überbrückt werden müssen. Hierfür sind vergleichsweise aufwendige und schwere, und damit verlustbehaftete Kraftübertragungsmittel, wie etwa Rädergetriebe erforderlich. Andere technische Lösungen sehen mehrere Antriebseinheiten vor, die mit Hilfe komplizierter Anordnungen zur Kraftübertragung die für die jeweils verschiedenen Betriebsbedingungen erforderliche Antriebsleistung auf die Schrämwalze übertragen. Als besonders problematisch ist in diesem Zusammenhang anzusehen, dass die bekannten im Bereich des Tragarmkopfes vorgesehenen Antriebseinheiten nicht in der Lage sind, ausnahmslos die für den Antrieb der Schrämwalze benötigte Leistung bereitzustellen.

Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zur Bereitstellung der Antriebsleistung für die Schrämwalze eines Walzenschrämladers und den zuvor geschilderten Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Walzenschrämlader derart weiterzubilden, dass eine kompakte Antriebseinheit für die Schrämwalze bereitgestellt wird, die für sämtliche Betriebssituationen und Anwendungsfälle die erforderliche Antriebsleistung bereitstellt. Von großer Bedeutung ist hierbei, dass die Baugröße und die Strecke zur Übertragung der Antriebsleistung vom Antriebsmotor zur Schrämwalze minimiert wird und gleichzeitig ein zuverlässiger, ausfallsicherer Betrieb eines Walzenschrämladers ermöglicht wird. Darüber hinaus sollten die Verluste bei der Kraftübertragung vom Antriebsmotor zur Schrämwalze möglichst gering sein, so dass eine effektive Kraftübertragung realisiert wird. Weiterhin sollte durch die erfindungsgemäße technische Lösung eine einfache Wartung und gegebenenfalls Reparatur der Antriebseinheit sichergestellt werden, insbesondere die Anzahl der benötigten Wartungspunkte und deren Abstand zueinander möglichst klein sein.

Die vorstehende Aufgabe wird mit einem Walzenschrämlader gemäß Anspruch 1 sowie einer Schrämwalze eines Walzenschrämladers gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Erfindungsgemäß ist ein Walzenschrämlader zur selektiven Gewinnung von Mineralien mit wenigstens einer an einem schwenkbaren Tragarm drehbar gelagerten Schrämwalze, die von einem am gleichen Ende des Tragarms angeordneten Antriebsmotor angetrieben wird, derart weitergebildet worden, dass der Antriebsmotor als permanentmagneterregte Synchronmaschine (PMSM) ausgeführt ist, die während eines Betriebs der Schrämwalze die zur Drehung der Schrämwalze benötigte Leistung bereitstellt. Durch das Vorsehen einer permanentmagneterregten Synchronmaschine als Antriebsmotor, der an dem Tragarmkopf angeordnet ist, an dem sich auch die durch ihn angetriebene Schrämwalze befindet, wird eine kompakte und leistungsstarke Antriebseinheit für eine Schrämwalze eines Walzenschrämladers zur Verfügung gestellt, die sich durch eine vergleichsweise geringe Baugröße auszeichnet und dennoch in sämtlichen Betriebssituationen die für die Drehung der Schrämwalze erforderliche Antriebsleistung bereitstellen kann. Auf vorteilhafte Weise wird der Antriebsmotor derart im Bereich des Tragarmkopfes angeordnet, dass er sich in Bezug auf den Tragarm auf der gegenüberliegenden Seite der Schrämwalze befindet und zumindest nahezu zentrisch zur Drehachse der Schrämwalze ausgerichtet ist. Vorzugsweise kommen in Abhängigkeit des jeweiligen Einsatzfalls permanentmagneterregte Synchronmaschinen mit Leistungen zwischen 250 kW und 2000 kW zum Einsatz.

Durch die Anordnung der Antriebseinheit für eine Schrämwalze mit einer permanentmagneterregten Synchronmaschine als Antriebsmotor im Bereich des Tragarmkopfes, ist die Strecke, die für die Übertragung der Leistung vom Antriebsmotor bis zur Schrämwalze benötigt wird, vergleichsweise gering. Insbesondere entfällt im Vergleich zu den bekannten technischen Systemen die oftmals sehr lange und technisch aufwendige Räderkette. Durch die bevorzugte Anordnung der bewegten Komponenten des Antriebssystems im Trag arm köpf entfällt vor allem die Übertragung der Drehbewegung vom Antriebsmotor zur Schrämwalze entlang des bewegbaren Tragarms. Belastungen, die auf den Tragarm wirken, wie etwa Biegung und oder Torsion, wirken daher bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht auf die bewegten Komponenten des Antriebssystems im Tragarmkopf. Dies bietet den weiteren Vorteil, dass der Tragarm selbst als Konstruktion mit vergleichsweise geringer Steifigkeit ausgeführt werden kann.

Grundsätzlich ist es denkbar, dass der Antriebsmotor als integrierter Motor ausgeführt ist, bei dem das Motorgehäuse vollständig oder zumindest teilweise in den Tragarm, insbesondere in den Tragarmkopf integriert ist. In einer alternativen Ausgestaltung stellt der als permanentmagneterregte Synchronmaschine ausgeführte Antriebsmotor eine separate Baueinheit dar, die über das Motorgehäuse bzw. einen Flansch am Trag arm köpf befestigt ist. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Motors an die Breite des Tragarms im Bereich der Schrämwalze angepasst. Im günstigsten Fall entspricht der Durchmesser des Motors maximal der Breite des Tragarms, so dass ein besonders schlanker Motor realisiert wird.

Im Übrigen ist der Einsatz einer permanentmagneterregten Synchronmaschine (PMSM) als im Bereich des Tragarmkopfes eines Walzenschrämladers angeordneter Antriebsmotor besonders vorteilhaft, da ein vergleichsweise einfaches Kühlsystem Verwendung findet. Dies ist darauf zurückzuführen, dass für diese Maschine keine Rotorkühlung erforderlich ist. Weiterhin fallen im permanentmagneterregten Rotor keine signifikanten Rotorverluste an.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer permanentmagneterregten Synchronmaschine als Antriebsmotor für die Schrämwalze eines Walzenschrämladers besteht darin, dass in der Regel eine deutlich größere Drehmoment-Überlastfähigkeit im Vergleich zu Asynchronmaschinen besteht, sodass mit einem derartigen Antriebsmotor sehr große Anfahrmomente realisiert werden können. Weiterhin bewirkt der gegenüber Asynchronmaschinen bessere Leistungsfaktor der permanentmagneterregten Synchronmaschine einen geringeren Strombedarf im Umrichter. Trotz der Anordnung des Antriebsmotors im Bereich des Tragarmkopfes und dem damit beengten Bauraum ist es aufgrund der hohen Leistungsdichte der permanentmagneterregten Synchronmaschine möglich, in diesem Bereich eines Walzenschrämladers eine kompakte, leistungsstarke und effektive Antriebseinheit bereitzustellen, die für sämtliche Betriebsfälle und Einsatzzwecke die an der Schräm walze benötigte Antriebsleistung zur Verfügung stellen kann.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist der Außendurchmesser des Antriebsmotors im Bereich des Trag arm kopfes an den Durchmesser des Tragarmkopfes angepasst. Gemäß dieser speziellen Ausführungsform entspricht der Durchmesser des Antriebsmotors dem Durchmesser des Tragarmkopfes und somit dem Durchmesser der Nabe der Schrämwalze. Bei einer derartigen technischen Ausgestaltung entspricht der Motordurchmesser in etwa der Länge des Motors, sodass eine zumindest annähernd kubische Ausgestaltung des Motorgehäuses realisiert wird.

Gemäß einer besonderen Weiterbildung wird in diesem Zusammenhang als Antriebsmotor im Bereich des Tragarmkopfes eine permanentmagneterregte Synchronmaschine mit einer Leistung von 800 kW verwendet. Ein derartiger Elektromotor weist einen Durchmesser von 800 mm bis 1000 mm und eine Länge von 600 mm bis 800 mm auf.

Gemäß einer weiteren speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist es denkbar, dass zwischen dem Antriebsmotor und der Schrämwalze, insbesondere zwischen dem Antriebsmotor und einem die Funktion eines Untersetzungsgetriebes übernehmendem, im Bereich der Schrämwalzennabe angeordnetem ein- oder mehrstufigen Planetengetriebe, ein Kegelradgetriebe vorgesehen ist. In diesem Fall ist die Motorlängsachse relativ zur Drehachse der Schrämwalze abgewinkelt, sodass die Motorlängsachse und die Schrämwalzendrehachse einen Winkel einschließen. Bevorzugt beträgt der eingeschlossene Winkel zumindest annähernd 90°.

Bei dieser Anordnung des Antriebsmotors relativ zur Schrämwalze ist der Antriebsmotor bevorzugt derart ausgeführt, dass der Durchmesser des Motors zumindest annähernd der Breite bzw. Tiefe des Tragarms im T ragarmkopfbereich entspricht. Aus diesem Grund eignen sich schlanke Motoren besonders gut für eine Ausgestaltung mit Kegelradgetriebe. Im Übrigen können aufgrund der Übersetzung durch das Kegelradgetriebe auf besonders geeignete Weise das Drehmoment, die Drehzahl sowie die Baugröße des Antriebsmotors und/oder die Übersetzungen und Baugrößen der vorzugsweise zwei im Bereich der Schrämwalze vorgesehenen Planetengetriebe bedarfsgerecht angepasst werden. Gemäß einer speziellen Weiterbildung verfügt ein entsprechend angeordneter Antriebsmotor über eine Antriebsleistung von 800 kW. Ein entsprechender permanentmagneterregter Synchronmotor verfügt über einen Durchmesser von 500 mm bis 700 mm und eine resultierende Motorlänge von 700 mm bis 1000 mm.

Unabhängig von der erfindungsgemäßen Ausführung und Anordnung des Antriebsmotors im Bereich des Tragarmkopfes ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Antriebsmotor, der als permanentmagneterregte Synchronmaschine ausgeführt ist, und der Schrämwalze zumindest ein, bevorzugt zwei Planetengetriebe vorgesehen sind. Mithilfe der Planetengetriebe wird ein über eine Antriebswelle eingeleitetes Drehmoment auf eine Abtriebswelle zum Antrieb der Schneidwalze übertragen. Es handelt sich hierbei um ein Untersetzungsgetriebe, bei dem das Verhältnis der Drehzahl der Antriebswelle zur Drehzahl der Abtriebswelle (=Übersetzung) größer 1 ist. Es findet somit eine Reduzierung der Drehzahl von der Antriebsdrehzahl auf die Abtriebsdrehzahl statt.

Eine spezielle Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die als Antriebsmotor im Bereich des Tragarmkopfes vorgesehene permanentmagneterregte Synchronmaschine über einen hohen Reluktanzanteil verfügt. Drehstrom- Synchronmaschinen mit hohem Reluktanzanteil zeichnen sich dadurch aus, dass das Drehmoment zumindest zu einem großen Teil durch die Reluktanzkraft, die durch die längs des Rotorumfangs unterschiedliche magnetische Leitfähigkeit des vom Ständer erzeugten Drehfelds bewirkt wird, und nicht wie ansonsten üblich durch die Lorentzkraft erzeugt wird. Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist als Antriebsmotor für die Schrämwalze eines Walzenschrämladers ein Synchron- Reluktanzmotor, welcher einen Rotor aufweist, der wahlweise über einen Flusssperrenschnitt oder ausgeprägte Pole verfügt. Beim Synchron-Reluktanzmotor wird das Drehmoment nahezu ausschließlich durch die Reluktanzkraft und nicht wie bei anderen Synchronmaschinen durch die Lorentzkraft bewirkt. Dabei dreht sich der Rotor ebenfalls synchron mit dem Drehfeld des Versorgungsnetzes. Vorzugsweise wird ein Synchron-Reluktanzmotor verwendet, der 4-polig ausgeführt ist.

Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung wird der als permanentmagneterregte Synchronmaschine ausgeführt Antriebsmotor wenigstens zeitweise von einem Frequenzumrichter gespeist. Die Regelung der permanentmagneterregten Synchronmaschine erfolgt hierbei vorzugsweise derart, dass der Antriebsmotor mit maximalem Drehmoment und minimalem Strombedarf betrieben wird. Bevorzugt erfolgt die Regelung in diesem Fall auf der Grundlage einer Vektorregelung, durch die erreicht wird, dass der Frequenzumrichter, über den die permanentmagneterregte Synchronmaschine gespeist wird, eine erweiterte Drehzahl- und Positioniergenauigkeit gegenüber anderen Regelungen aufweist. Generell handelt es sich bei der Vektorregelung um ein Regelungskonzept, bei dem sinusförmige oder weitgehend sinusförmige Wechselgrößen, hier die Antriebsspannung bzw. der Antriebsstrom, nicht direkt in ihrem zeitlichen Momentanwert, sondern in einem um den Phasenwinkel innerhalb der Periode bereinigten Momentanwert geregelt werden.

In Bezug auf den erfindungsgemäß als frequenzumrichtergespeiste Synchronmaschine ausgeführten Antriebsmotor kommt hierbei bevorzugt eine d-q-Regelung zum Einsatz. Die d- und q-Vektoren stehen aufeinander senkrecht, wobei der q-Wert das Drehmoment und der d-Wert die magnetische Flussdichte abbildet. Durch von außen vorgegebene q-Referenzwerte lässt sich das Drehmoment des Antriebsmotors auf geeignete Weise beeinflussen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die als Antriebsmotor verwendete, permanentmagneterregte Synchronmaschine derart ausgewählt bzw. ausgelegt wird, insbesondere in Bezug auf ihren Stator und/oder ihren Rotor, dass ein hohes Anfahrmoment, was wiederum ein hohes Losbrechmoment bewirkt, erreicht wird. Vorzugsweise ist denkbar, dass das Verhältnis aus Anfahrmoment und Nennmoment in einem Bereich von 3,0 bis 6,0 gewählt wird. Bevorzugt soll in diesem Fall somit

An fahrmomenl

- - = 3,0 ...6,0

Nennmoment

gelten.

Im Weiteren sieht eine besondere Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Antriebseinheit derart ausgeführt ist, dass die Drehachsen des Antriebsmotors, des wenigstens einen Getriebes zwischen Antriebsmotor und Schrämwalze sowie der angetriebenen Schrämwalze parallel oder besonders bevorzugt koaxial zueinander liegen. In diesem Zusammenhang ist es generell denkbar, dass zwischen dem Antriebsmotor und der Schrämwalze ein mehrstufiges Planetengetriebe und wenigstens eine weitere Getriebestufe vorgesehen sind. Das mehrstufige Planetengetriebe ist bevorzugt innerhalb der Nabe der Schrämwalze angeordnet.

Im Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Schrämwalze für einen Walzenschrämlader mit einer Antriebseinheit, die mit der Schrämwalze in Wirkverbindung steht. Die Schrämwalze ist am Ende eines schwenkbaren Tragarms eines Walzenschrämladers zur selektiven Gewinnung von Mineralien, insbesondere von Steinkohle und/oder Salzen, drehbar gelagert und mit einem Antriebsmotor, der an demselben Ende des schwenkbaren Tragarms, also im Bereich des Tragarmkopfs, angeordnet ist und der über Mittel zur Drehmoment- und Leistungsübertragung mit der Schrämwalze in Verbindung steht, verbunden. Erfindungsgemäß zeichnet sich die Schrämwalze dadurch aus, dass der Antriebsmotor als permanentmagneterregter Synchronmotor ausgeführt ist, der eine Antriebsleistung bereitstellt, die für den ordnungsgemäßen Betrieb der Schneidwalze ausreichend ist.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung beruht darauf, dass am Tragarmkopf eines Walzenschrämladers eine kompakte Einheit aus Antriebsmotor, Mitteln zur Leistungsund Drehmomentübertragung und Schrämwalze bereitgestellt wird. Die Verwendung eines permanentmagneterregten Synchronmotors als Antriebsmotor für die Schräm walze bietet den Vorteil, dass ein Motor mit hoher Leistungsdichte zur Verfügung gestellt wird, der platzsparend im Bereich des Tragarmkopfes anzuordnen ist. Bevorzugt kann die Schrämwalze in Abhängigkeit des jeweiligen Einsatzzwecks mit Antriebsmotoren mit einer Leistung von 250 kW bis 2000 KW betrieben werden.

Im Folgenden wird die Erfindung ohne Beschränkung des allgemeinen

Erfindungsgedankens unter Bezugnahme auf die Figuren anhand von speziellen

Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 Draufsicht auf den Tragarm eines Walzenschrämladers mit am

Tragarmkopf angeordneter Schrämwalze und Antriebsmotor in schlanker Ausführung;

Fig. 2 Seitenansicht des Tragarms mit Synchronmotor in schlanker

Ausführung, der der Schrämwalze gegenüberliegend angeordnet ist;

Fig. 3 Draufsicht auf den Tragarm eines Walzenschrämladers mit am

Tragarmkopf angeordneter Schrämwalze und Antriebsmotor in kubischer Ausführung;

Fig. 4 Seitenansicht des Tragarms mit Synchronmotor in schlanker

Ausführung, der der Schrämwalze gegenüberliegend angeordnet und über ein Kegelradgetriebe mit der Schrämwalze verbunden ist.

Fig. 1 zeigt in einer Draufsicht den schwenkbar gelagerten Tragarm 2 eines Walzenschrämladers, an dem im Bereich des Tragarmkopfes 3 eine Schrämwalze 1 und deren Antrieb angeordnet sind. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Schrämwalze 1 ausschließlich mithilfe eines Antriebsmotors 4 angetrieben, der als permanentmagneterregter Synchronmotor ausgeführt und ebenfalls im Bereich des Tragarmkopfes 3 angeordnet ist. Wesentlich für die Anordnung des Antriebsmotors 4 relativ zur Schrämwalze 1 ist, dass die Drehachsen von antreibendem Synchronmotor 4, Übertragungsgetriebe 6, das zwei Planetengetriebestufen 8 aufweist, und Schrämwalze 1 koaxial zueinander verlaufen, wobei der Antriebsmotor 4 auf der von der Schräm walze 1 abgewandten Seite des Tragarms 2 zumindest teilweise in den Tragarm 2 integriert ist.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte permanentmagneterregte Synchronmotor 4 ist als schlanker Motor ausgeführt, dessen Motorlänge den Motordurchmesser übersteigt. Der Antriebsmotor 4 ist zumindest teilweise in den Tragarm 2, hier im Bereich des Tragarmkopfes 3 integriert, was zu einer weiteren Einsparung des benötigten Platzes führt, sodass eine besonders kompakte und trotzdem leistungsstarke Antriebseinheit für die Schrämwalze 1 eines Walzenschrämladers bereitgestellt wird.

Der als ausschließlicher Antrieb der Schrämwalze 1 genutzte permanentmagneterregte Synchronmotor 4 zeichnet sich durch eine hohe Leistungsdichte aus und wird über einen Frequenzrumrichter 5 gespeist, sodass ein sicheres und präzises Anfahren sowie eine zuverlässige, bedarfsgerechte Regelung des Antriebsmotors 4 und damit der Walzendrehung während des Betriebs gewährleistet ist. Im Vergleich zu den üblicherweise als Antrieb verwendeten Asynch ron m otoren wird mit der erfindungsgemäßen technischen Lösung bei gleichem Bauraum eine höhere Motorleistung bereitgestellt. Dies ist auch der Grund dafür, dass trotz des Vorsehens nur eines einzigen, die Drehung der Schrämwalze 1 bewirkenden Antriebsmotors 4 im Bereich des Tragarmkopfes 3 Antriebsleistungen von bis zu 2000 kW bereitgestellt werden können. Somit ist es möglich, bedarfsgerecht den geeigneten permanentmagneterregten Synchronmotor 4 aus einem Leistungsbereich von 250 kW bis 2000 kW auszuwählen. Weiterhin zeichnet sich die gezeigte, auf der Erfindung beruhende Ausführungsform gemäß Figur 1 durch eine vergleichsweise kurze Strecke, über die die Leistung vom Antriebsmotor 4 auf die Schrämwalze 1 übertragen wird, aus. Aufwendige Räderketten entlang des Tragarms 2 oder sonstige Mittel, mit denen die Drehung der Abtriebswelle des Antriebsmotors 4 über lange Strecken auf die Schrämwalze 1 übertragen wird, sind daher überflüssig.

Die Drehzahl des dargestellten Synchronmotors 4 liegt im Bereich von 800 rpm bis 1500 rpm, kann allerdings, sofern der Einsatzzweck des Walzenschrämladers dies erfordert, bei Wahl spezieller Motoren bis auf einen Wert von 5000 rpm gesteigert werden.

Ferner sind die bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendeten, jeweils als Planetengetriebe 8 im Bereich der Schrämwalzennabe 9 ausgeführten Getriebestufen des Übertragungsgetriebes 6 derart ausgelegt, dass sie eine Gesamtübersetzung von 30 bis 40 bereitstellen. Ergänzend ist es denkbar, den beiden Getriebestufen 6 eine zusätzliche Getriebestufe mit einer Übersetzung von 2,5 bis 3,5 vorzulagern, um auf diese Weise die Gesamtübersetzung auf einen Wert von bis zu 140 zu erweitern. Fig. 2 zeigt in einer ergänzenden Darstellung eine Seitenansicht der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Anordnung einer Schrämwalze 1 mit einem permanentmagneterregten Synchronmotor 4 als ausschließlichem Antrieb im Bereich des Tragarmkopfes 3. In der Seitenansicht gemäß Fig. 2 ist der als permanentmagneterregter Synchronmotor ausgeführte Antriebsmotor 4 unverdeckt zu erkennen, während die Schrämwalze 1 auf der gegenüberliegenden Seite des Tragarms 2 angeordnet ist. Der schlank ausgeführte Synchronmotor 4 ist, insbesondere hinsichtlich seines Durchmessers bzw. des Außendurchmessers des Motorgehäuses, an die Breite des Tragarms 2 im Bereich der Schrämwalzendrehachse angepasst. So entspricht der Durchmesser des Antriebsmotors 4 zumindest nahezu der Breite bzw. Tiefe des Tragarms 2 in diesem Bereich.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung kommt ein permanentmagneterregter Synchronmotor 4 mit einer Ausgangsleistung von 800 kW zum Einsatz. Ein derartiger, schlank ausgeführter Antriebsmotor 4 verfügt über einen Durchmesser im Bereich von 500 mm bis 700 mm und eine Länge von 1200 mm bis 1400 mm.

Fig. 3 zeigt eine weitere geeignete Ausgestaltung eines als permanentmagneterregter Synchronmotor ausgeführten Antriebsmotors 4 für eine Schrämwalze 1 eines Walzenschrämladers. Auch hier wird die Schrämwalze 1 ausschließlich mit dem in diesem Bereich des Tragarmkopfes 3 angeordneten Antriebsmotor 4 angetrieben bzw. gedreht. Die Drehachsen des Antriebsmotors 4, des Übertragungsgetriebes 6 sowie der Schrämwalze 1 verlaufen wiederum koaxial. Im Gegensatz zu dem in Figur 2 dargestellten Antriebsmotor 4 ist der Antriebsmotor 4 gemäß Figur 3 in Bezug auf die Abmessungen des Motorgehäuses zumindest nahezu kubisch ausgeführt. Der Durchmesser des Motors 4 sowie seine Länge sind somit zumindest annähernd gleich. Bei dieser Ausgestaltung entspricht der Durchmesser des Antriebsmotors 4 bzw. des Motorgehäuses zumindest nahezu dem Durchmesser des Tragarmkopfes 3 und somit auch dem Durchmesser der Nabe 9 der Schrämwalze 1. Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist, dass die Breite des Walzenschrämladers im Bereich der Schrämwalze 1 minimiert wird.

Bei der in Fig. 3 gezeigten speziellen Ausführungsform der Erfindung kann ebenfalls ein permanentmagneterregter Synchronmotor 4 mit einer Ausgangsleistung von 800 kW zum Einsatz kommen. Ein derartiger, kubisch ausgeführter Motor 4 verfügt über einen Durchmesser im Bereich von 500 mm bis 700 mm und eine Länge von 1200 mm bis 1400 mm.

In Fig. 4 ist eine weitere mögliche Anordnung eines permanentmagneterregten Synchronmotors 4, die Teil eines am Trag arm köpfe 3 des Tragarms 2 eines Walzenschrämladers angeordneten Antriebsstrangs ist, dargestellt. Wesentliches Merkmal der in Fig. 4 gezeigten Anordnung ist, dass die Drehachse des Antriebsmotors 4 einen Winkel mit der Drehachse der Schrämwalze 1 einschließt, der bevorzugt 90° beträgt. Um eine entsprechende Anordnung realisieren zu können, ist zwischen dem Antriebsmotor 4 und der Schrämwalze 1 ein Kegelradgetriebe 7 als zusätzliche Komponente des Übertragungsgetriebes 6 vorgesehen. Die Drehmoment- bzw. Leistungsübertragung vom Antriebsmotor 4 zur Schrämwalze erfolgt somit über das Kegelradgetriebe 7 sowie die innerhalb der Schrämwalzennabe 9 angeordneten Planetengetriebe 8.

Gemäß der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist der Durchmesser des Antriebsmotors 4 wiederum an die Abmessungen des Tragarms 2 angepasst. Insbesondere entspricht der Durchmesser des Motors 4 im Wesentlichen der Breite bzw. Tiefe des Tragarms 2 im Bereich des Tragarmkopfes 3. Die entsprechenden Bemaßungen sind der Fig. 4 zu entnehmen.

Das Vorsehen eines Kegelradgetriebes 7 zwischen Antriebsmotor 4 und Schrämwalze 1 , die beide im Bereich des T ragarmkopfes 3 angeordnet sind, bietet die Möglichkeit das Drehmoment, die Drehzahl sowie die Baugröße des Motors 4 und/oder die Übersetzung und Baugröße der im Bereich der Schrämwalzennabe angeordneten Planetengetriebe 8 zu optimieren. Wird für die Ausführungsform gemäß Figur 4 ein permanentmagneterregter Synchronmotor 4 mit einer Ausgangsleistung von 800 kW verwendet, verfügt dieser über einen Durchmesser von 500 mm bis 700 mm, hier 560 mm, und eine resultierende Motorlänge von 700 mm bis 1000 mm, hier 850 mm.

B q Z S Schrämwalze

Tragarm

Tragarmkopf

Antriebsmotor

Frequenzumrichter

Übertragungsgetriebe Kegelradgetriebe Planetengetriebe Schrämwalzennabe

Claims

p a 1 e n t a n s p r ü c h e :

1 Walzenschrämlader zur Gewinnung von mineralischem Material im Bergbau mit wenigstens einer an einem schwenkbaren Tragarm (2) drehbar gelagerten Schrämwalze (1), die von einem am gleichen Ende des Tragarms

(2) im Bereich des Tragarmkopfes

(3) angeordneten Antriebsmotor (4) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (4) als permanentmagneterregte Synchronmaschine ausgeführt ist, die während eines Betriebs der Schrämwalze (1) die gesamte zur Drehung der Schrämwalze (1) benötigte Antriebsleistung bereitstellt. 2 Walzenschrämlader nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch einen Frequenzumrichter (5) zum wenigstens zeitweisen Speisen des Antriebsmotors

(4).

3 Walzenschrämlader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter (5) zum Regeln des Antriebsmotors (4) unter Zugrundelegung eines maximalen Drehmoments und/oder eines minimalen Strombedarfs als Führungsgröße ausgebildet ist.

4 Walzenschrämlader nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Antriebsmotors (4) auf einer Vektorregelung, insbesondere einer d-q-Regelung, beruht.

5. Walzenschrämlader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Antriebsmotor (4) zumindest zeitweise ein Anfahrmoment bereitstellbar ist, so dass ein Verhältnis von Anfahrmoment zu Nennmoment einen Wert von 3,0 bis 6,0 annimmt und somit

Anfahrmoment

- - - - = 3,0 ...6,0

Nennmoment

gilt.

6. Walzenschrämlader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Antriebsmotor und der Schrämwalze (1) ein Übertragungsgetriebe (6) mit wenigstens einer Getriebestufe vorgesehen ist.

7. Walzenschrämlader nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehachse des Antriebsmotors (4) koaxial zur Drehachse der Schrämwalze (1) und/oder einer Drehachse eines zwischen Antriebsmotor (4) und Schrämwalze (1) angeordneten Übertragungsgetriebes (6) ausgerichtet ist.

8. Walzenschrämlader nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtübersetzung des Übertragungsgetriebes (6) mit wenigstens einer Getriebestufe einen Wert von 30 bis 40 aufweist.

9. Walzenschrämlader nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsgetriebe (6) über wenigstens ein Planetengetriebe (8), bevorzugt über zwei Planetengetriebe (8) verfügt.

10. Walzenschrämlader nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsgetriebe (6) zwischen dem

Antriebsmotor und der Schrämwalze (1) ein Kegelradgetriebe (7) aufweist.

11. Walzenschrämlader nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kegelradgetriebe (7) eine Übersetzung von 1 ,1 bis 5,0 aufweist.

12. Walzenschrämlader nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (4) zumindest teilweise in den Tragarm (2) integriert ist.

13. Walzenschrämlader nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (4) über eine Wassermantelkühlung des Stators als alleinige Kühlung verfügt.

14. Walzenschrämlader nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassermantelkühlung des Stators an das Kühlsystem der Schrämwalze (1) angebunden ist und/oder mit einer gleichen Kühlflüssigkeit, wie das Kühlsystem der Schrämwalze (1), betrieben wird.

15. Walzenschrämlader nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der als permanenterregte Synchronmaschine ausgeführte Antriebsmotor (4) einen hohen Reluktanzanteil aufweist.

16. Schrämwalze (1), die am Tragarmkopf (3) eines schwenkbaren Tragarms (2) eines Walzenschrämladers zur selektiven Gewinnung von Mineralien drehbar gelagert ist, mit einem Antriebsmotor (4), der ebenfalls am Trag arm köpf (3) des schwenkbaren Tragarms (2) angeordnet ist und über Mittel zur Drehmomentübertragung mit der Schrämwalze in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (4) als permanentmagneterregter Synchronmotor ausgeführt ist, der während eines Betriebs der Schrämwalze (1) die gesamte zur Drehung der Schrämwalze (1) erforderliche Antriebsleistung bereitstellt.