WO2014139927A2

WO2014139927A2 - Schaufelrad zum abbau von materialien aus einem materialverband insbesondere hoher härte

Info

Publication number: WO2014139927A2
Application number: PCT/EP2014/054547
Authority: WO
Inventors: Viktor Raaz; Franz-Otto Geesmann; Edeltraud BUTTERBACH; Bastian HOFMANN; Christian GRUSZIEN
Original assignee: Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2014-09-18
Also published as: PE20151823A1; CA2904147C; CA2904147A1; AU2014230973A1; CN105008621A; MA38471B1; AU2014230973B2; EA030626B1; CN105008621B; MA38471A1; DE102013102407B4; EA201591528A1; CL2015002554A1; WO2014139927A3; DE102013102407A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaufelrad (1) zum Abbau von Materialien aus einem Materialverband (25) insbesondere hoher Härte, mit einem Grundkörper (10), der sich um eine Schaufelradrotationsachse (11) erstreckt und an dem auf dem Umfang verteilt mehrere Schaufeln (12) mit Schaufelmessern (13) aufgenommen sind und wobei an jedem Schaufelmesser (13) mehrere Schneidzähne (14) angeordnet sind, die durch Rotation des Grundkörpers (10) um die Schaufelradrotationsachse (11) auf jeweiligen Kreisbahnen (15, 16) bewegbar sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schneidzähne (14), die auf zueinander benachbarten Schaufelmessern (13) aufgenommen sind, wenigstens teilweise zueinander versetzt angeordnet sind, sodass diese auf in Richtung zur Schaufelradrotationsachse (11) versetzten Kreisbahnen (15, 16) bewegbar sind.

Description

Schaufelrad zum Abbau von Materialien aus einem

Materialverband insbesondere hoher Härte

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

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaufelrad zum Abbau von Materialien aus einem Materialverband insbesondere hoher Härte, mit einem Grundkörper, der sich um eine Schaufelradrotationsachse erstreckt und an dem auf dem Umfang verteilt mehrere Schaufeln mit Schaufelmessern aufgenommen sind und wobei an jedem Schaufelmesser mehrere Schneidzähne angeordnet sind, die durch Rotation des Grundkörpers um die Schaufelradrotationsachse auf jeweiligen Kreisbahnen bewegbar sind. Die Erfindung richtet sich ferner auf eine Schaufel für ein Schaufelrad sowie auf ein Verfahren zum Abbau von Materialien mit einem solchen Schaufelrad.

STAND DER TECHNIK

Schaufelräder finden insbesondere für Schaufelradbagger Anwendung, und Schaufelradbagger werden üblicherweise im offenen Tagebau zum Abtragen und zum Abtransport großer Mengen an Materialien verwendet. Dabei wird das Material aus einem Materialverband gelöst, und der Materialverband kann beispielsweise ein Gebirgsverband oder auch eine künstlich aufgeschüttete Halde sein. Harte Materialien weisen dabei Druckfestigkeiten von mehr als 5,0 MPa auf, sodass Schaufelräder in besonderer Weise ausgeführt werden müssen, um der größeren Härte des Materialverbandes gerecht zu werden.

Das Schaufelrad wird durch einen Antrieb des Schaufelradbaggers um seine Schaufelradrotationsachse in Rotation versetzt, und das abzubauende Material wie Braunkohle, Kreide, Kalkstein und dergleichen wird durch das rotierende Schaufelrad aus dem Materialverband gelöst und in Schaufeln vertikal angehoben, um anschließend auf ein Transportband zum Weitertransport zu gelangen. Harte Abbaumaterialien sind beispielsweise Hartbraunhohle, Steinkohle, Mergel oder dergleichen. Als tragende Grundstruktur weist das Schaufelrad einen Grundkörper auf, der um die Schaufelradrotationsachse rotiert, die etwa horizontal zur Abraumböschung des Gebirgsverbands verläuft, und durch den Schaufelradbagger wird das Schaufelrad zur Erzeugung eines Vorschubes etwa in Richtung zur Schaufelradrotationsachse seitlich verschwenkt. Hierzu weist der Schaufelradbagger einen Oberbau auf, und die Verschwenkung kann durch Drehung auf einem Raupenfahrwerk ausgeführt werden, jedoch besteht auch die Möglichkeit, dass das Schaufelrad durch Verfahren des Schaufelradbaggers mittels des Raupenfahrwerkes relativ zum Gebirgsverband bewegt wird.

Am etwa zylindrischen Grundkörper sind mehrere Schaufeln angeordnet, welche Schaufelmesser mit einer Vielzahl von Schneidzähnen besitzen. Häufig sind dabei jeder Schaufel ein Hauptschaufelmesser und ein oder mehrere sogenannte Vorschneider zugeordnet, und das durch die Schneidzähne aus dem Materialverband gelöste Material gelangt in die Schaufel und anschließend auf das Transportband des Schaufelradbaggers.

Beispielsweise zeigt die DE 10 2004 033 934 A1 ein Schaufelrad zum Abbau von Materialien aus einem Materialverband, und das Schaufelrad wird mit einem Schaufelradbagger zum Tiefschnitt unterhalb seiner Aufstandsfläche betrieben. Am Grundkörper des Schaufelrades sind mehrere Schaufeln angeordnet, und die Schaufeln besitzen etwa dreieck- oder trapezförmige Schaufelmesser, auf denen mehrere Schneidzähne angeordnet sind. Durch die seitliche Verschwenkung des Auslegers des Schaufelradbaggers gelangt immer ein Seitenabschnitt des Schaufelmessers in Eingriff mit dem Materialverband, sodass abhängig von der Schwenkrichtung des Auslegers des Schaufelradbaggers entweder ein linker oder ein rechter Seitenabschnitt, der als Segment bezeichnet ist, in Eingriff mit dem Materialverband gelangt.

Im Grundkörper des Schaufelrades sind entsprechend der Anzahl der auf dem Schaufelrad befestigten Schaufeln entweder radial ausgestreckte Zellen oder Ringräume vorgesehen, in welche die gebaggerte Materialmasse beim Anheben der Schaufel entweichen kann, um den Grabvorgang nicht zu erschweren. Um die Entleerung der Zellen oder Ringräume insbesondere bei klebrigen Materialien nicht zu gefährden, ist eine zu hohe Anzahl der Zellen beziehungsweise Ringräume auf dem Grundkörper nicht erwünscht. Bei kleinen Schaufelrädern im Bereich von 4 m bis 5 m Durchmesser kann die Anzahl der Ringräume auf ca. 10 bis 15 und bei großen Schaufelrädern mit 15 m bis 20 m Durchmesser auf ca. 20 bis 25 begrenzt werden.

Neben den gezeigten dreieck- oder trapezförmigen Schaufelmessern sind Schaufeln mit einem U-förmigen Schaufelrahmen bekannt, der auf dem Grundkörper rechts und links von den Zellen- beziehungsweise Ringräumen mit Bolzen und Keilen am Grundkörper befestigt ist, wobei jede Schaufel wenigstens einen Schaufelrücken zur Materialaufnahme und ein Schaufelmesser aufweist, auf welchem in der Regel die Schneidzähne befestigt sind.

Die Seitenabschnitte der Schaufelmesser besitzen, bezogen auf die Schaufelradrotationsachse, einen steilen Anstellwinkel. Dieser Anstellwinkel bezieht sich auf den unteren Teil der Seitenabschnitte, die gerade noch aktiv am Grabprozess beteiligt sind. Bei den bekannten Schaufelradformen liegt dieser Winkel typischerweise über 60 ° . Dadurch lässt sich ein relativ steiler Winkel zwischen der Seiten- und der Frontschnittböschung der Schaufel realisieren. Beim Baggern von härteren Materialien mit Druckfestigkeiten von mehr als 5 MPa kommt es nicht selten vor, dass die Anzahl der Schaufelmesser höher sein muss als die Anzahl der Schaufeln beziehungsweise der Zellen- oder Ringräume auf dem Schaufelrad. In diesem Fall ist die Befestigung von einem oder mehreren zusätzlichen Schaufelmessern ohne Schaufelrücken, auch Vorschneider genannt, auf einem Ringträger des Grundkörpers des Schaufelrades bekannt. Die Zahnbestückung, also die Anordnung und die Anstellung der Schneidzähne, ist für alle Schaufelmesser inklusive dem sogenannten Vorschneider gleich, um einen gleichen Grabquerschnitt zu gewährleisten.

Beim Schneiden von härteren Materialien mit einer Druckfestigkeit von über 5,0 MPa hat sich indes gezeigt, dass die Grabkraftbelastung auf einem Schneidzahn sehr hoch werden kann, sodass die Anzahl der Schneidzähne auf einem Schaufelmesser wesentlich erhöht werden muss, um die Grabquerschnitte für jeden einzelnen Schneidzahn zu verringern. Eine zu hohe Anzahl der Zähne auf einem Schaufelmesser ist jedoch aufgrund des verfügbaren Raums zur Anordnung der Schneidzähne auf dem Schaufelmesser begrenzt und verschlechtert dabei den Materialfluss gelöster Materialbrocken aus dem Materialverband. Ferner soll das Ziel verfolgt werden, dass weniger vereinzelt starke Grabkraftstöße in das Gesamtsystem des Schaufelradbaggers eingeleitet werden sondern mehrere abgeschwächte Grabkraftstöße, sodass sich die auftretenden Grabkräfte im Wesentlichen vergleichmäßigen.

Weiterhin hat sich gezeigt, dass besonders beim Baggern von vielen Nutzmineralien wie Kohle, Kreide, Kalkstein und dergleichen, ein höherer Zerkleinerungsgrad mit Limitierung der maximalen Brockengrößen erwünscht ist. Ein definierter Grabquerschnitt für jeden einzelnen Schneidzahn setzt einen ausreichend großen Abstand zwischen zwei benachbarten Schneidzähnen auf einem Schaufelmesser voraus. Auch beim Durchschlagen von Harteinschlüssen, beispielsweise Siderit-, Toneisenstein- oder Flintsteinschichten und Flintsteinknollen, ist ein größerer Abstand der benachbarten Schneidzähne am Umfang des Schaufelrades von Vorteil. Jedoch muss auch die Größe des Schaufelrades begrenzt bleiben, welches ferner zudem in Richtung zur Schaufelradrotationsachse nicht beliebig verbreitert werden kann, um bei einer großen Anzahl von Schneidzähnen hinreichende Abstände zwischen den Schneidzähnen zu gewährleisten.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Schaufelrades zum Abbau von härteren Materialien mit einer vergrößerten Anzahl von Schneidzähnen, denen jeweils ein definierter Grabquerschnitt zugeordnet werden kann. Insbesondere soll dabei die Brockengröße des abgebauten Materials begrenzt bleiben.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Schaufelrad zum Abbau von Materialien aus einem Materialverband gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , ausgehend von einer Schaufel für ein solches Schaufelrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10 und ausgehend von einem Verfahren gemäß Anspruch 12 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Schneidzähne, die an zueinander benachbarten Schaufelmessern aufgenommen sind, wenigstens teilweise zueinander versetzt angeordnet sind, sodass diese auf in Richtung zur Schaufelradrotationsachse versetzten Kreisbahnen bewegbar sind.

Durch die versetzte Anordnung der Schneidzähne auf zueinander benachbarten Schaufelmessern wird erreicht, dass die Zahnbestückung der in Umfangsrichtung des Schaufelrades an aufeinander folgenden Schaufelmessern unterschiedlich ist, sodass die Anzahl der Schneidzähne, die an einem Schaufelmesser angeordnet sind, reduziert werden kann, aber die Anzahl der Schaufelmesser, die insgesamt auf einem Schaufelrad angeordnet werden können, kann gleich bleiben oder sogar erhöht werden. Die Erfindung umfasst dabei auch die Möglichkeit, dass zwei oder mehrere Reihen von Schneidzähnen auf nur einem Schaufelmesser aufgenommen werden, wenn die Geometrie des Schaufelmessers dies zulässt, etwa durch eine entsprechende Verlängerung des Schaufelmessers in Rotationsrichtung. Damit können auch Schneidzähne auf einem Schaufelmesser in verschiedenen, in Rotationsrichtung aufeinander folgenden Zahnreihen aufgenommen sein. Der Versatz der Schneidzähne kann so ausgeführt werden, dass ein Schneidzahn auf einem nachfolgenden Schaufelmesser eine Zahnlücke füllt, die zwischen zwei Schneidzähnen auf einem vorauseilenden Schaufelmesser gebildet ist. Durch den Versatz der Schneidzähne zueinander entstehen in Richtung zur Schaufelradrotationsachse versetzte Kreisbahnen der Schneidzähne, wobei zwei Schneidzähne, die auf einer gemeinsamen Kreisbahn bewegbar sind, nicht auf in Umfangsrichtung des Schaufelrades aufeinanderfolgenden Schaufelmessern angeordnet sind. Die Schneidzähne, die auf gemeinsamen Kreisbahnen bewegbar sind, sind dabei auf Schaufelmessern aufgenommen, zwischen denen wenigstens ein weiteres Schaufelmesser mit einem abweichenden Zahnbesatz vorhanden ist.

Mit besonderem Vorteil können in periodischer Abfolge in Umfangsrichtung des Grundkörpers verteilt wenigstens 2, 3, 4 oder mehr Schaufelmesser mit zueinander versetzt angeordneten Schneidzähnen aufgenommen sein, sodass jedem Schneidzahn an benachbarten Schaufelmessern ein separater Grabquerschnitt zugeordnet wird. Die Anzahl der Schneidzähne pro Schaufel, die auf einem Schaufelmesser aufgenommen sind, kann dabei um die Anzahl der Schaufelmesser mit zueinander unterschiedlichen Zahnbesetzungen geteilt werden. Sind beispielsweise zwei Schaufelmesser vorgesehen, die in periodischer Abfolge in Umfangsrichtung des Grundkörpers jeweils in einer ersten Anordnung und in einer zweiten Anordnung Schneidzähne aufweisen, so ermöglichen diese eine Halbierung der erforderlichen Anzahl der Schneidzähne auf jedem der Schaufelmesser. Sind drei Schaufelmesser mit in periodischer Abfolge in Umfangsrichtung des Grundkörpers jeweils versetzt angeordnete Schneidzähnen vorgesehen, so kann die erforderliche Anzahl der Schneidzähne pro Schaufelmesser auf ein Drittel begrenzt werden. Dabei kann jedem Schneidzahn der gleiche Grabquerschnitt zufallen. Die Zahnanordnung von jedem Schaufelmesser und die Reihenfolge der Schaufelmesser mit unterschiedlichen Anordnungen in der Periode wird dabei sinnvollerweise so bestimmt, dass jeder Schneidzahn einen separaten Grabquerschnitt zu schneiden hat und die Grabquerschnitte der auf einem Schaufelmesser installierten Schneidzähne sollen sich dabei nicht überschneiden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schaufelrades sind die Schaufelmesser bogenförmig ausgeführt und weisen eine in Richtung zur Schaufelradrotationsachse verlaufende Schaufelmesserbreite und eine in Radialrichtung verlaufende Schaufelmessertiefe auf, wobei das Verhältnis der Schaufelmessertiefe zur Schaufelmesserbreite einen Wert von 0,1 bis 0,7, vorzugsweise von 0,15 bis 0,5 und besonders bevorzugt von 0,2 bis 0,4 beträgt. Erst durch die relativ flache Ausführung der Schaufelmesser mit einer großen Breite und einer geringen Grabtiefe entsteht eine relativ flache Bauweise der Schaufeln, sodass eine sinnvolle Trennung der Querschnittsprofile der benachbarten Schneidzähne erreicht wird. Das angegebene Verhältnis zwischen Schaufelmessertiefe zur Schaufelmesserbreite bildet dabei eine Kennzahl der flachen Bauweise der Schaufel, wobei unter der Schaufelmessertiefe die maximale Schaufelgrabtiefe verstanden wird, womit ein maximaler radialer Abstand aller am Schaufelrad beziehungsweise an allen Schaufelmessern installierten Schneidzähnen verstanden wird. Unter der Schaufelbreite wird der maximale Abstand zwischen den äußeren Schneidzähnen in Richtung der Schaufelradrotationsachse verstanden.

Die Schaufelmesser weisen zur Schaufelmitte hin zulaufende Seitenabschnitte auf, und die erfindungsgemäße Bauweise der Schaufel spiegelt sich im Anstellwinkel zwischen der Erstreckungsrichtung der Seitenabschnitte und der Schaufelradrotationsachse wieder. Beispielsweise kann die Erstreckungsrichtung der Seitenabschnitte mit der Schaufelradrotationsachse einen Anstellwinkel von unter 60° , bevorzugt von unter 55° und besonders beOrzugt von unter 50° einschließen. Sind die Schaufelmesser bogenförmig ausgeführt, kann die Erstreckungsrichtung der Seitenabschnitte durch eine Tangente oder eine Sekante gebildet werden, die durch die auf den Seitenabschnitten der Schaufelmesser angeordneten Schneidzähnen geführt wird.

Weiterhin spiegelt sich die erfindungsgemäße Bauweise der Schaufel auch im Verhältnis zwischen einem Schneidkreisdurchmesser des Schaufelrades und der Schaufelmesserbreite wieder. Das Verhältnis von Schneidkreisdurchmesser zur Schaufelbreite kann dabei bei Schaufelrädern mit einem Schneidkreisdurchmesser von weniger als 7 m einen Wert von unter 4, bevorzugt von unter 3,5 und besonders bevorzugt von unter 3, bei Schaufelrädern mit einem Schneidkreisdurchmesser von 7 m bis 13 m einen Wert von unter 5, bevorzugt von unter 4,5 und besonders bevorzugt von unter 4, bei Schaufelrädern mit einem Schneidkreisdurchmesser von 13 m bis 18 m einen Wert von unter 6, bevorzugt von unter 5,5 und besonders bevorzugt von unter 5 und bei Schaufelrädern mit einem Schneidkreisdurchmesser von mehr als 18 m einen Wert von unter 7, bevorzugt von unter 6,5 und besonders bevorzugt von unter 6 aufweist. Durch die sehr breite Ausführung des Schaufelrades im Verhältnis zum Schneidkreisdurchmesser entsteht ein fräsendes Schaufelrad, was relativ zur Böschungskante einen flachen Anschneidewinkel erlaubt. Die maximalen Abmessungen der Querschnittsprofile für die Schneidzähne bestimmen dabei im Wesentlichen die Korngrößenverteilung des gelösten Materials und können in Kombination mit den Klüftungskennzahlen des Abbaumaterials für die Bewertung der Überkornhäufigkeit und Fließfähigkeit des abgebauten Materials genutzt werden.

Durch eine zweckmäßige Gestaltung eines gleichmäßigen Spaltes zwischen den einzelnen auf dem Umfang des Schaufelrades angeordneten Schaufelmessern lässt sich der Überkornanteil im geförderten Material zusätzlich reduzieren. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich daraus, dass die Schaufelmesser einen Abstand in Rotationsrichtung zueinander aufweisen können, der etwa dem Doppelten der Hauptabmessungen der Grabquerschnitte entspricht. Damit wird eine Siebfunktion erzeugt, die bewirkt, dass die maximale Korngröße des Abbaumaterials, das in die Schaufelschalen gelangt, begrenzt ist und die Überkornhäufigkeit kann begrenzt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schaufelrades weisen die Schaufeln Schaufelrahmen auf, an denen die Schaufelmesser und insbesondere Schaufelschalen aufgenommen sind und wobei die Schaufeln lösbar am Grundkörper angeordnet sind. Um die große Anzahl der Schaufelmesser bei der Instandhaltung des Schaufelrades schnell wechseln zu können, ist es sinnvoll, die Schaufeln lösbar am Grundkörper anzuordnen. Mit weiterem Vorteil kann der Schaufelrahmen der Schaufeln einen H-förmigen Aufbau mit zwei etwa parallel verlaufenden Längsbalken und einem zwischen den Längsbalken verlaufenden Querbalken aufweisen, wobei die Schaufelmesser an den Längsbalken aufgenommen sind und sich etwa bogenförmig zwischen diesen erstrecken. Der Grundkörper des Schaufelrades kann zwei Ringträger aufweisen, die sich als Rotationskörper um die Schaufelradrotationsachse erstrecken, wobei zwischen den Ringträgern Querholme in periodischen Abständen zueinander verlaufen. Zwischen den Ringträgern und den Querholmen entstehen dabei die Ringräume, in welche die gebaggerte Materialmasse beim Anheben der Schaufeln entweichen kann. Der Querbalken korrespondiert dabei in seiner Position vorteilhafterweise mit dem Querholm, um den Ringraum unter den Schaufelmessern nicht unnötig zu verkleinern. Die Schaufelmesser sind dabei an den Längsbalken aufgenommen und verlaufen etwa bogenförmig zwischen den beiden Längsbalken. Der Schaufelrahmen kann dabei lösbar am Grundkörper angeordnet sein, sodass ein minimaler Montage- und Demontageaufwand erzeugt wird, wenn eine Schaufel vom Schaufelrad gelöst werden soll.

Eine Schaufel kann wenigstens zwei, vorzugsweise drei und besonders bevorzugt vier oder mehr Schaufelmesser aufweisen, wobei eines der Schaufelmesser ein Hauptschaufelmesser bildet, an dem eine Schaufelschale angeordnet ist. Die übrigen Schaufelmesser bilden dabei die sogenannten Vorschneider, wobei pro Schaufel nicht zwingend das erste Schaufelmesser das Hauptschaufelmesser darstellen muss, und einem in Rotationsrichtung des Schaufelrades weiter vorne angeordneten Hauptschaufelmesser an einer zweiten Schaufel können Vorschneider vorauseilen, die an einer in Rotationsrichtung vorausliegenden ersten Schaufel angeordnet sind. Die Anordnung der Schaufelschale kann angrenzend an das Hauptschaufelmesser vorgesehen sein, ohne dass eine haltende Verbindung zwischen der Schaufelschale und dem Hauptschaufelmesser vorliegt. Insbesondere können die Schaufelschalen am Schaufelrahmen vorzugsweise lösbar angeordnet sein.

Die wenigstens eine Schaufelschale pro Schaufel ist vorzugsweise im Bereich zwischen der Querverbindung der Schaufel und dem nächsten Schaufelmesser so zu gestalten, dass sowohl keine Materialkomprimierung im Schaufelinnenbereich als auch keine Verklemmung der Gesteinsbrocken zwischen dem Schaufelrücken und einem nachkommenden Schaufelmesser möglich ist. Für diesen Zweck kann ein kurzer Schaufelrücken ausreichend sein, der einen sanften Übergang zwischen einem Schaufelmesser und dem Zellen- beziehungsweise Ringraumbereich entlang der Querverbindung der Schaufel realisiert.

Die Erfindung richtet sich ferner auf eine Schaufel für ein Schaufelrad zum Abbau von Materialien aus einem Materialverband insbesondere hoher Härte, die an einem Grundkörper anordbar ist, der sich um eine Schaufelradrotationsachse erstreckt, wobei an der Schaufel Schaufelmesser aufgenommen sind und wobei an jedem Schaufelmesser mehrere Schneidzähne angeordnet sind, die durch Rotation des Grundkörpers um die Schaufelradrotationsachse auf jeweiligen Kreisbahnen bewegbar sind, wobei vorgesehen ist, dass die Schneidzähne, die an zueinander benachbarten Schaufelmessern aufgenommen sind, wenigstens teilweise zueinander versetzt angeordnet sind, sodass diese auf in Richtung zur Schaufelradrotationsachse versetzten Kreisbahnen bewegbar sind. Die in Zusammenhang mit dem Schaufelrad beschriebenen Merkmale und zugehörigen Vorteile finden für die erfindungsgemäße Schaufel für ein solches Schaufelrad ebenfalls Berücksichtigung.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Abbau von Materialien aus einem Materialverband insbesondere hoher Härte mit wenigstens einer Schaufel, auf der Schneidzähne insbesondere mittels Schaufelmessern aufgenommen sind, wobei durch Bewegung der Schaufel die Schneidzähne auf wenigstens zwei Kreisbahnen bewegbar sind. Dabei ist vorgesehen, dass Schneidzähne einer ersten Anordnung auf jeweils ersten Kreisbahnen durch den Materialverband bewegt werden und wobei durch die Bewegung der Schaufel nachfolgend Schneidzähne einer zweiten Anordnung auf jeweils zweiten Kreisbahnen durch den Materialverband bewegt werden, wobei die zweiten Kreisbahnen in Richtung zur Schaufelradrotationsachse zu den ersten Kreisbahnen versetzt sind. Das Verfahren kann insbesondere mit Schaufeln ausgeführt werden, die auf einem Schaufelrad angeordnet sind, und die Bewegung der Schaufeln wird durch Rotation des Schaufelrades um seine Schaufelradrotationsachse erzeugt. Dabei kann das Schaufelrad wie vorstehend beschrieben ausgeführt sein. BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Schaufel mit vier

Schaufelmessern,

Figur 2 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen

Schaufelrades,

Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes des Schaufelrades gemäß der vorliegenden Erfindung,

Figur 4 einen Querschnitt durch das Schaufelrad,

Figur 5 einen Abschnitt des Schaufelrades in einer Seitenansicht,

Figur 6 die Ansicht eines Schaufelrahmens einer erfindungsgemäß ausgeführten Schaufel, an dem mehrere Schaufelmesser angeordnet sind,

Figur 7a eine schematische Ansicht des Zahneingriffs einer Schaufel mit

Schneidzähnen gemäß dem Stand der Technik,

Figur 7b eine schematische Ansicht des Zahneingriffs einer Schaufel mit einer Anordnung von Schneidzähnen an zwei benachbarten Schaufelmessern,

Figur 8 eine schematische Darstellung von Grabquerschnitten mit in aufeinander folgenden drei Schaufelmessern verschiedener Zahnbestückung und Figur 9 eine schematische Darstellung von Grabquerschnitten mit in aufeinander folgenden vier Schaufelmessern verschiedener Zahnbestückung.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schaufel 12, die am Grundkörper 10 eines Schaufelrades 1 angeordnet werden kann, wie dieses in Figur 3 in einem perspektivischen Ausschnitt gezeigt ist. Die Schaufel 12 weist einen Schaufelrahmen 21 auf, an dem beispielhaft vier Schaufelmesser 13 angeordnet sind. Die Schaufelmesser 13 erstrecken sich quer über den Schaufelrahmen 21 mit einer Bogenform, und auf den Schaufelmessern 13 sind Schneidzähne 14 angeordnet.

Zwei der gezeigten Schaufelmesser 13 sind auf jeweils gleiche Weise mit Schneidzähnen 14 besetzt, und benachbarte Schaufelmesser 13 weisen jeweils unterschiedliche Anordnungen von Schneidzähnen 14 auf. Erfindungsgemäß sind dabei die Schneidzähne 14, die an zueinander benachbarten Schaufelmessern 13 aufgenommen sind, wenigstens zueinander versetzt angeordnet, sodass diese auf in Richtung zur Schaufelradrotationsachse versetzten Kreisbahnen 15 und 16 bewegbar sind, wenn das Schaufelrad 1 um seine Schaufelradrotationsachse 1 1 rotiert. Beispielhaft sind für eine Anzahl von Schneidzähnen 14 zwei erste Kreisbahnen 15 und zwei zweite Kreisbahnen 16 gezeigt, die jeweils durch Verbindungslinien zwischen Schneidzähnen 14 gebildet sind, die nicht auf benachbarten Schaufelmessern 13 angeordnet sind. Dadurch, dass ein Versatz zwischen den Kreisbahnen 15 und 16 der Schneidzähne 14 entsteht, verlaufen die auf nachfolgenden Schaufelmessern 13 angeordneten Schneidzähne 14 durch jeweilige Zahnlücken 26 vorauseilender Schaufelmesser 13. Dieser Effekt ist beispielhaft mit den Schneidzähnen 14' und 14" gezeigt, und die Zahnlücke 26 ist zwischen den Schneidzähnen 14' gezeigt, die gemeinsam auf einem vorauseilenden Schaufelmesser 13 aufgenommen sind, und die Zahnlücke 26 wird nachträglich durchfahren mit dem Schneidzahn 14" auf dem nachfolgenden Schaufelmesser 13.

Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt des Schaufelrades 1 mit einer in Rotationsrichtung R gezeigten Abfolge von mehreren Schaufelmessern 13. Die Ansicht zeigt die bogenförmige Ausgestaltung der Schaufelmesser 13, auf denen außenseitig die Schneidzähne 14 angebracht sind. Die Bogenform der Schaufelmesser 13 ist bestimmt durch zwei Seitenabschnitte 19, die zu einer Schaufelmitte 18 hin aufeinander zulaufen. Die Seitenabschnitte 19 weisen eine Erstreckungsrichtung auf, die mit der Schaufelradrotationsachse 1 1 einen Anstellwinkel α einschließt, der durch die Projektionsdarstellung nicht maßstäblich wiedergegeben ist. Die Erstreckungsrichtung ist beispielhaft gebildet durch eine Verbindungslinie zwischen den auf einem Schaufelmesser 13 aufgenommenen Schneidzähnen 14 im Bereich der Seitenabschnitte 19. Der Winkel zwischen der projizierten Erstreckungsrichtung der Seitenabschnitte 19 und der Schaufelradrotationsachse 1 1 ist mit α gekennzeichnet und weist einen Wert von beispielhaft 50° auf. In Verbindung mit Figur 4 wid dabei deutlich, dass das Verhältnis aus der Schaufelmessertiefe t und der Schaufelmesserbreite b einen niedrigen Wert aufweist, da die bogenförmige Grundform der Schaufelmesser 13 im Vergleich zu einer U-förmigen Schaufel 12 sehr flach ausgebildet ist. Das Verhältnis zwischen der Schaufelmessertiefe t und der Schaufelmesserbreite b beträgt dabei beispielhaft nur 0,2 bis 0,4.

Auch in der Draufsicht auf den gezeigten Ausschnitt des Schaufelrades 1 ist erkennbar, dass in Rotationsrichtung R die Position der Schneidzähne 14 an aufeinanderfolgenden Schaufelmessern 13 in Richtung zur Schaufelradrotationsachse 1 1 zueinander versetzt angeordnet sind. Insgesamt sind zwei voneinander zu unterscheidende Zahnbesetzungen gezeigt, und beispielsweise liegt ein Schneidzahn 14 auf jedem zweiten Schaufelmesser 13 auf der Schaufelmitte 18, und auf jedem zweiten Schaufelmesser 13 sind die Schneidzähne 14 seitlich versetzt zur Schaufelmitte 18 aufgenommen.

Figur 3 zeigt das Schaufelrad 1 etwa hälftig, und es ist erkennbar, dass eine große Anzahl von Schaufelmessern 13 auf dem Grundkörper 10 des Schaufelrades 1 aufgenommen ist. Dabei sind mehrere Schaufelmesser 13 auf jeweiligen Schaufelrahmen 21 aufgenommen, und benachbarte Schaufelmesser 13 weisen jeweils Schneidzähne 14 mit unterschiedlichen Besetzungspositionen auf. Der Grundkörper 10 des Schaufelrades 1 weist zwei parallel verlaufende Ringträger 27 auf, zwischen denen sich in gleichmäßigen Abständen Querholme 28 erstrecken. In den so gebildeten Ringräumen befinden sich Schaufelschalen 24, über die das abgetragene Material in die Innenseite des Schaufelrades 1 befördert wird, um schließlich auf ein Transportband eines Schaufelradbaggers zu gelangen.

Figur 4 zeigt eine Querschnittsansicht des Schaufelrades 1 mit dem Grundkörper 10, an dem umfangsseitig Schaufelmesser 13 angeordnet sind, und innenseitig sind Schaufelschalen 24 gezeigt.

Die Schaufelmesser 13 weisen eine Schaufelmesserbreite b auf, die im Wesentlichen bestimmt ist durch die maximale Breite, mit der die äußeren Schneidzähne 14 auf den Schaufelmessern 13 aufgenommen sind. Ferner weisen die Schaufelmesser 13 eine Schaufelmessertiefe t auf, die durch den radialen Abstand des innersten und des äußersten Schneidzahns 14 auf den Schaufelmessern 13 bestimmt ist. Das Schaufelrad 1 erstreckt sich um die Schaufelradrotationsachse 1 1 und weist einen Schneidkreisdurchmesser 20 auf, der durch den maximalen Durchmesser des Schaufelrades 1 definiert ist.

In Figur 5 ist ein Abschnitt des Schaufelrades 1 in einer Seitenansicht gezeigt, aus der erkennbar ist, dass jeweilige Schaufeln 12 beispielhaft vier Schaufelmesser 13 aufweisen. Die Schaufeln 12 besitzen Schaufelrahmen 21 , an denen die Schaufelmesser 13 mit den Schneidzähnen 14 aufgenommen sind. Die Schaufelrahmen 21 sind über Bolzenverbindungen 29 am Ringträger 27 angeordnet, und jede Schaufel 12 weist eine Schaufelschale 24 auf, der in Rotationsrichtung R vier Schaufelmesser 13 vorauseilen. Ein Schaufelmesser 13 bildet dabei ein Hauptschaufelmesser 13 und ist mit der Schaufelschale 24 verbunden.

Figur 6 zeigt die Ansicht einer Schaufel 12 von der Unterseite, sodass ein Schaufelrahmen 21 erkennbar ist, an dem vier Schaufelmesser 13 aufgenommen sind. Der Schaufelrahmen 21 besitzt zwei etwa parallel zueinander verlaufende Längsbalken 22, zwischen denen sich ein Querbalken 23 erstreckt, sodass der Schaufelrahmen 21 im Wesentlichen eine H-Form aufweist. Die Schaufelmesser

13 erstrecken sich dabei etwa bogenförmig zwischen den beiden Längsbalken 22.

Figur 7a zeigt schematisch den Zahneingriff mehrerer Schneidzähne 14, die gemäß dem Stand der Technik an einer Schaufel 12 angeordnet sind, wobei die Anordnung der Schneidzähne 14 mehrerer Schaufeln 12 an einem Schaufelrad jeweils zueinander gleich sind. Jeder Schneidzahn 14 löst dabei einen zugeordneten Grabquerschnitt 17 aus dem Materialverband 25, wobei die Grabquerschnitte 17 jeweils benachbart und in einer Reihe etwa gleicher Höhe zueinander liegen. Die Schaufel 12 wird dabei in gezeigter Schaufelradrotationsachse 1 1 seitlich gegen den Materialverband 25 bewegt, wie durch einen Richtungspfeil angedeutet. Dadurch gelangen lediglich Schneidzähne

14 in Eingriff mit dem Materialverband 25, die am Seitenabschnitt 19 der Schaufel 12 angeordnet sind. Auf dem Seitenabschnitt 19 sind beispielhaft acht Schneidzähne 14 pro Schaufel 12 in zueinander gleicher Höhe angeordnet.

Figur 7b zeigt eine Schaufel 12 mit zwei Schaufelmessern 13, sodass die acht Schneidzähne 14 gemäß Figur 7a auf die zwei Schaufelmesser 13 aufgeteilt sind. Folglich weist jedes Schaufelmesser 13 nur noch vier Schneidzähne 14 auf, die mit einem verglichen zur Anordnung gemäß Figur 7a jeweils größeren Abstand zueinander auf dem Schaufelmesser 13 angeordnet sind. Die Schneidzähne 14 auf den beispielhaft zwei Schaufelmessern 13 sind versetzt zueinander angeordnet, sodass Schneidzähne 14, die auf einem gemeinsamen Schaufelmesser 13 aufgenommen sind, nicht benachbarte Grabquerschnitte 17 aus dem Materialverband 25 lösen. Erst durch den Eingriff der Schneidzähne 14 auf dem nachfolgenden Schaufelmesser 13 werden die zwischen den zunächst ausgelösten Grabquerschnitten 17 liegenden weiteren Grabquerschnitte 17 ausgelöst, sodass jedem Schneidzahn 14 ein definierter Grabquerschnitt 17 zugeordnet wird, der eine jeweilige Größe aufweist, mit der eine Limitierung der maximalen Brockengröße erzielt wird. Insbesondere wird erreicht, dass die Schneidkräfte, die auf die Schneidzähne 14 wirken, nicht zu groß werden, und die Schneidzähne 14 können einen hinreichenden Abstand zueinander besitzen. Die Figuren 8 und 9 zeigen beispielhaft Grabquerschnitte 17, wie diese aus dem Materialverband 25 ausgelöst werden können, wenn drei (Figur 8) oder vier (Figur 9) Schaufelmesser 13 mit jeweils unterschiedlichem Schneidzahnbesatz vorgesehen sind.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumliche Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

B ez u q sze i c h e n l i ste

Schaufelrad

Grundkörper

Schaufelradrotationsachse

Schaufel

Schaufelmesser, Hauptschaufelmesser

Schneidzahn

' Schneidzahn

" Schneidzahn

erste Kreisbahn

zweite Kreisbahn

Grabquerschnitt

Schaufelmitte

Seitenabschnitt

Schneidkreisdurchmesser

Schaufelrahmen

Längsbalken

Querbalken

Schaufelschale

Materialverband

Zahnlücke

Ringträger

Querholm

Bolzenverbindung

Schaufelmesserbreite

Schaufelmessertiefe

Anstellwinkel

Rotationsrichtung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1 . Schaufelrad (1 ) zum Abbau von Materialien aus einem Materialverband (25) insbesondere hoher Härte, mit einem Grundkörper (10), der sich um eine Schaufelradrotationsachse (1 1 ) erstreckt und an dem auf dem Umfang verteilt mehrere Schaufeln (12) mit Schaufelmessern (13) aufgenommen sind und wobei an jedem Schaufelmesser (13) mehrere Schneidzähne (14) angeordnet sind, die durch Rotation des Grundkörpers (10) um die Schaufelradrotationsachse (1 1 ) auf jeweiligen Kreisbahnen (15, 16) bewegbar sind,

dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidzähne (14), die an zueinander benachbarten Schaufelmessern (13) aufgenommen sind, wenigstens teilweise zueinander versetzt angeordnet sind, sodass diese auf in Richtung zur Schaufelradrotationsachse (1 1 ) versetzten Kreisbahnen (15, 16) bewegbar sind.

2. Schaufelrad (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in periodischer Abfolge in Umfangsrichtung des Grundkörpers (10) verteilt wenigstens zwei, drei, vier oder mehr Schaufelmesser (13) mit zueinander versetzt angeordneten Schneidzähnen (14) aufgenommen sind, sodass jedem Schneidzahn (14) an zueinander benachbarten Schaufelmessern (13) ein separater Grabquerschnitt (17) zugeordnet ist.

3. Schaufelrad (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelmesser (13) bogenförmig ausgeführt sind und eine in Richtung zur Schaufelradrotationsachse (1 1 ) verlaufende Schaufelmesserbreite (b) und eine in Radialrichtung verlaufende Schaufelmessertiefe (t) aufweisen, wobei das Verhältnis der Schaufelmessertiefe (t) zur Schaufelmesserbreite (b) einen Wert von 0,1 bis 0,7, vorzugsweise von 0,15 bis 0,5 und besonders bevorzugt von 0,2 bis 0,4 beträgt.

4. Schaufelrad (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelmesser (13) zur Schaufelmitte (18) hin zulaufende Seitenabschnitte (19) aufweisen, wobei die Erstreckungsrichtung der Seitenabschnitte (19) mit der Schaufelradrotationsachse (1 1 ) einen Anstellwinkel (oc) von unter 60° , bevorzugt von unter 55° und besonders bevorzugt von unter 50° eiischließt.

5. Schaufelrad (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelrad (1 ) einen Schneidkreisdurchmesser (20) aufweist, wobei das Verhältnis von Schneidkreisdurchmesser (20) zur Schaufelmesserbreite (b)

bei Schaufelrädern (1 ) mit einem Schneidkreisdurchmesser (20) von weniger als 7 m einen Wert von unter 4, bevorzugt von unter 3,5 und besonders bevorzugt von unter 3,

bei Schaufelrädern (1 ) mit einem Schneidkreisdurchmesser (20) von 7 m bis 13 m einen Wert von unter 5, bevorzugt von unter 4,5 und besonders bevorzugt von unter 4,

bei Schaufelrädern (1 ) mit einem Schneidkreisdurchmesser (20) von 13 m bis 18 m einen Wert von unter 6, bevorzugt von unter 5,5 und besonders bevorzugt von unter 5 und

bei Schaufelrädern (1 ) mit einem Schneidkreisdurchmesser (20) von mehr als 18 m einen Wert von unter 7, bevorzugt von unter 6,5 und besonders bevorzugt von unter 6

aufweist.

6. Schaufelrad (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (12) Schaufelrahmen (21 ) aufweisen, an denen die Schaufelmesser (13) aufgenommen sind und wobei die Schaufeln (12) lösbar am Grundkörper (10) angeordnet sind.

7. Schaufelrad (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelrahmen (21 ) einen H-förmigen Aufbau mit zwei etwa parallel verlaufenden Längsbalken (22) und einem zwischen den Längsbalken (22) verlaufenden Querbalken (23) aufweisen, wobei die Schaufelmesser (13) an den Längsbalken (22) aufgenommen sind und sich etwa bogenförmig zwischen diesen erstrecken.

8. Schaufelrad (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaufel (12) wenigstens zwei, vorzugsweise drei und besonders bevorzugt vier oder mehr Schaufelmesser (13) aufweist, wobei eines der Schaufelmesser (13) ein Hauptschaufelmesser (13) bildet, an dem eine Schaufelschale (24) angeordnet ist.

9. Schaufelrad (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelmesser (13) einen Abstand in Rotationsrichtung (R) zueinander aufweisen, der dem Doppelten der Hauptabmessungen der Grabquerschnitte (17) entspricht, sodass sich durch den Abstand der Schaufelmesser (13) eine Siebfunktion ergibt.

10. Schaufel (12) für ein Schaufelrad (1 ) zum Abbau von Materialien aus einem Materialverband (25) insbesondere hoher Härte, die an einem Grundkörper (10) anordbar ist, der sich um eine Schaufelradrotationsachse (1 1 ) erstreckt, wobei an der Schaufel (12) Schaufelmesser (13) aufgenommen sind und wobei an jedem Schaufelmesser (13) mehrere Schneidzähne (14) angeordnet sind, die durch Rotation des Grundkörpers (10) um die Schaufelradrotationsachse (1 1 ) auf jeweiligen Kreisbahnen (15, 16) bewegbar sind,

1 1 . Schaufel (12) für ein Schaufelrad (1 ) nach Anspruch 10, ausgeführt gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9.

12. Verfahren zum Abbau von Materialien aus einem Materialverband (25) insbesondere hoher Härte mit wenigstens einer Schaufel (12), auf der Schneidzähne (14) insbesondere mittels Schaufelmessern (13) aufgenommen sind, wobei durch Bewegung der Schaufel (12) die Schneidzähne (14) auf wenigstens zwei Kreisbahnen (15, 16) bewegbar sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

Schneidzähne (14) einer ersten Anordnung auf jeweils ersten Kreisbahnen (15) durch den Materialverband (25) bewegt werden und wobei durch die Bewegung der Schaufel (12) nachfolgend

Schneidzähne (14) einer zweiten Anordnung auf jeweils zweiten Kreisbahnen (16) durch den Materialverband (25) bewegt werden, wobei die zweiten Kreisbahnen (16) in Richtung zur Schaufelradrotationsachse (1 1 ) zu den ersten Kreisbahnen (15) versetzt sind.

Verfahren zum Abbau von Materialien gemäß Anspruch 12 mit einem Schaufelrad (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.