WO2019081079A1 - Antriebssystem zum betrieb eines brechers und verfahren zum betrieb eines brechers - Google Patents

Antriebssystem zum betrieb eines brechers und verfahren zum betrieb eines brechers

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WO2019081079A1
WO2019081079A1 PCT/EP2018/068911 EP2018068911W WO2019081079A1 WO 2019081079 A1 WO2019081079 A1 WO 2019081079A1 EP 2018068911 W EP2018068911 W EP 2018068911W WO 2019081079 A1 WO2019081079 A1 WO 2019081079A1
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fluid coupling
crusher
switchable
fluid
drive
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PCT/EP2018/068911
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Michael Bleher
Manuel Amann
Gerald Ebel
Otto Blessing
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Kleemann Gmbh
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Publication date
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    • B02C4/00—Crushing or disintegrating by roller mills
    • B02C4/28—Details
    • B02C4/42—Driving mechanisms; Roller speed control

Definitions

  • the invention relates to an Anthebssystem for driving a crusher of a material crushing plant with a main drive and a driven by the main drive transfer case, wherein the transfer case drives at least one generator and a switchably connected to the transfer case first hydraulic pump.
  • the invention further relates to a method for operating a crusher of a material crusher with a drive system driving the crusher, wherein the drive system has at least one main drive and one transfer case.
  • crushers are used in material crushers as mobile or stationary units for crushing, for example, natural stone or recycled materials, such as concrete, bricks, rubble and the like.
  • the material to be shredded to a predetermined size is fed to the crusher.
  • This can be designed as an impact crusher.
  • an impact crusher the crushed material is detected by a high-speed rotor, accelerated and thrown so long to a fixed impact work until it is crushed to the desired particle size.
  • a cone crusher crushing takes place in a circumferentially opening and closing crushing gap between a crushing shell and your crushing cone.
  • the crushing cone rotates on an eccentric path.
  • jaw crushers in which the shredding of Brechtguts takes place in a wedge-shaped slot between a fixed and a jaw moved by an eccentric shaft.
  • crushers Common to such crushers is that they have to apply high forces for crushing the materials. They are designed to be mechanically stable. This leads to large moving masses with correspondingly large moments of inertia.
  • the crushers are driven by powerful, high-performance drives, possibly with the interposition of a mechanical transmission.
  • a clutch for example a frictional clutch, is provided between the drive and the crusher, through which the torque and power transmission can be interrupted and closed.
  • the coupling can also be actuated in the event of a blockage of the crusher.
  • the start of the crusher results in a high mechanical and thermal load on the clutch when it is closed and the speed of the crusher is slowly adjusted to the speed of the drive or a transmission output shaft of an intermediate transmission.
  • DE 1020151 18398 A1 describes a drive device and a working machine device as well as a method for starting the drive device and the working machine device.
  • the work machine can while a crusher, which is driven by a belt drive from the drive means.
  • An example designed as a diesel engine main drive is connected via a transmission input shaft to a transmission.
  • the transmission is followed by a switchable clutch from which it is connected via a transmission output shaft with the belt drive.
  • By actuating the shiftable clutch the torque flow between the transmission input shaft and the transmission output shaft can be interrupted or connected.
  • the coupling can be switched for example by means of hydraulic or pneumatic pressure, electromagnetic force, spring force or mechanical actuation.
  • the drive device or the working machine device is assigned an auxiliary drive, which is set up to drive the transmission output shaft.
  • the drive device or the working machine device can be started with the clutch open, the main drive and ramped up to a predetermined speed.
  • the auxiliary drive can accelerate the gear shaft and thus the work machine to a predetermined switch-on speed. Once this is achieved, the clutch is closed and the auxiliary drive is switched off. The work machine is then driven by the main drive.
  • To the transmission are connected directly or via respective clutches switchable hydraulic pumps, which are driven by the main drive via the transmission.
  • auxiliary drive therefore accelerates the high mass of the working machine before it is coupled to the main drive. As a result, a high load on the clutch when closing the clutch can be avoided.
  • main drive mandatory another drive (auxiliary drive) required. This leads to an increased component requirement and thus an increased cost.
  • space must be provided for the auxiliary drive within the working machine device, which is not always possible, in particular in the case of space-constrained mobile working machine devices.
  • EP 2 500 100 A1 discloses a drive device for a working machine device and the associated working machine device known.
  • the drive device comprises at least one drive means, a pump distributor gear, a hydraulic pump, a fluid coupling and a wedge disk.
  • the drive means drives the pump distributor gear and above it the hydraulic pump and the wedge disk.
  • a clutch and the fluid coupling are interposed between the pump distributor gear and the wedge disk.
  • the fluid coupling is connected upstream of the clutch.
  • the work machine to be driven can be, for example, a breaker of a construction machine.
  • the work machine thus has a high inertia.
  • the shiftable clutch serves to interrupt or to connect the torque flow between a transmission input shaft and a transmission output shaft of the pump distributor transmission.
  • 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 in a pump circuit and that the switchable fluid coupling by means of the pump, a fluid is supplied.
  • a switchable fluid coupling By opening the switchable fluid coupling, the torque and power transmission from the main drive to the crusher can be interrupted. This allows the start of the main drive without power to the crusher.
  • By closing the switchable fluid coupling the torque and / or power is directed from the main drive via the transfer case to the crusher.
  • the switchable fluid coupling allows a smooth start of the crusher. Extreme load peaks and torsional vibrations are intercepted by the switchable fluid coupling.
  • the switchable fluid coupling can be opened quickly. This results in an 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 is adjustable by adjusting the filling amount of the fluid in the switchable fluid coupling.
  • the pure switching process for the torque and power transmission can be specified by appropriate adjustment of the level of the fluid in the switchable fluid coupling, which torque is transmitted from the clutch without slippage or with minimal slippage. In this case, a higher level allows the transmission of a larger torque.
  • the fluid coupling supplied volume flow of the fluid in a first operating state of the drive system, is greater than the discharged volume flow, that in a second operating state of the drive system, the volume flow of the supplied and the discharged fluid is the same size and that in one third operating state of the fluid coupling supplied volume flow is smaller than the discharged volume flow.
  • the inflow or outflow of the fluid into or out of the pump can also be completely interrupted in each case. Is that the fluid coupling supplied volume flow greater than the discharged, so the level rises within the switchable fluid coupling. As a result, a larger torque can be transmitted by the shiftable fluid coupling.
  • the torque that can be transmitted by the fluid coupling remains the same. In each case a volume flow of 0 m 3 / min or a deviating from 0 m 3 / min, but the same volume flow can be provided for the incoming and outgoing flow rates. If the discharged volume flow is greater than the volume flow supplied, the transmittable torque can be reduced. In this case, in a complete or at least approximately complete emptying of the switchable fluid coupling, the torque and / or power transmission can be interrupted.
  • a simple and reliable interruption of the inflow or outflow of the fluid to and from the formworkable fluid coupling can be achieved in that at least one valve for interrupting the flow is arranged in the pumping circuit of the fluid. If, for example, it is provided that a valve is arranged in the feed line of the switchable fluid coupling, the supply of the fluid to the switchable fluid coupling can be interrupted. With a constant outflow of the fluid from the switchable fluid coupling, the fill level of the fluid within the switchable fluid coupling can be rapidly reduced in this way, and thus 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 driven continuously with the main drive regardless of the level of the switchable fluid coupling.
  • the level of the switchable fluid coupling can be adjusted in all operating situations in which the main drive is running.
  • a powered by the transfer case pump is more accessible, which simplifies installation and maintenance.
  • the switchable fluid coupling has bores through which the fluid due to the present within the switchable fluid coupling centrifugal force passed from the switchable fluid coupling and is subsequently passed to the pump.
  • rotating main drive and thus rotating switchable fluid coupling fluid is permanently derived in this way from the switchable fluid coupling.
  • the 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 holes of the switchable fluid coupling. This makes it possible to increase the level of the fluid within the switchable fluid coupling despite permanent outflow of the fluid from the switchable fluid coupling.
  • the flow rate of the pump By reducing the flow rate of the pump, the level within the switchable fluid coupling can be reduced.
  • the inflow of the fluid to the switchable fluid coupling can 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 adjustment of the level takes place by appropriate control or regulation of the switchable fluid coupling supplied volume flow 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 level in the switchable fluid coupling and thus its ability to transmit torque and power is increased.
  • the level is rapidly reduced according to the outflow of the fluid from the switchable fluid coupling. This allows, for example, a rapid interruption of the torque and / or power transmission in the event of a blockage of the crusher.
  • a switching valve can be easily set a minimum and a maximum level in the switchable fluid coupling. It is also conceivable to adjust by a correspondingly timed control of the switching valve intermediate levels and thus a desired torque or power capacity of the switchable fluid coupling.
  • 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, in the event of a recognized overload and / or blockage, a control signal indicating a shutdown of the pump and / or an interruption of the fluid supply to the switchable fluid coupling causes output.
  • a safe start of the main drive and a smooth start of the crusher can be achieved in that the control unit is adapted to control the pump and / or the valve such that the amount of fluid in the switchable fluid coupling at startup of the speed of the main drive according to its Start and / or increases when starting the speed of the crusher. Due to the increase in the filling quantity, the torque and / or power transmission of the switchable fluid coupling is steadily increased, whereby overloading of the main drive is reliably avoided.
  • the complete filling of the previously emptied, switchable fluid coupling preferably takes place in a period of 5 to 60 s, particularly preferably in a period of 10 to 20 s.
  • the Ant ebssystem drives the crusher via a belt drive and that a drive pulley of the belt drive is connected to the switchable fluid coupling of the drive system.
  • the belt drive can transmit the torque or power over a sufficient distance from the transfer case to the crusher. It allows the setting of a suitable gear ratio, compensates for shock loads and is easy to assemble and maintain.
  • other transmission elements between the drive system and the crusher such as a gear transmission, a chain drive, a shaft or the like.
  • the drive system is associated with an auxiliary drive, which is in the power transmission direction of the main drive after the switchable fluid coupling directly or indirectly with the crusher in operative connection, then, for example, in the case of a blockade or for maintenance, the crusher in relation to the working direction upside down Be operated direction. It is also conceivable to assist in starting the crusher 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 driven by the transfer case hydraulic pump.
  • the power supply of the auxiliary drive is thus given by the main drive.
  • a buffer 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.
  • the fluid in an interruption of the inlet to the switchable fluid coupling, the fluid can drain from the switchable fluid coupling and is collected in the buffer.
  • the switchable fluid coupling can be emptied. Accordingly, to fill the switchable fluid coupling fluid can be removed from the buffer 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 in the event of a blockage of the crusher and / or for starting the main drive and that Level of the fluid is increased during startup of the crusher.
  • 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 in the event of a blockage of the crusher and / or for starting the main drive and that Level of the fluid is increased during startup of the crusher.
  • Figure 1 shows a drive system for a crusher and Figure 2 shows the Anthebssystem shown in Figure 1 with an additional
  • FIG 1 shows a drive system 1 for a crusher 50.
  • the crusher 50 is used for material crushing, in particular of rock material such as natural stone, concrete, bricks, rubble and the like. He is presently designed as impact crushers. However, it is also conceivable to provide different crushers, such as cone crushers, jaw crushers and the like.
  • the crusher 50 and the drive system 1 are present part of a mobile crusher, not shown.
  • a main drive 2 is provided to drive the crusher 50.
  • the main drive 2 is coupled via a corresponding drive shaft with a first gear 12.1 of the transfer case 10.
  • a housing 1 1 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 in the present case.
  • the first hydraulic pump 21 is connected via a clutch 13 to a second gear 12.2 of the transfer case 10.
  • the generator 20 is connected via a connecting element 20.1 with a third gear 12.3 of the transfer case 10.
  • the connecting element 20.1 may be a propeller shaft or a coupling.
  • a drive pulley 41 of a belt drive 40 is driven.
  • a gear ratio of one is predetermined.
  • a switchable fluid coupling 30 is interposed in the torque and / or power transmission path from the transfer case 10 to the drive pulley 41.
  • the switchable fluid coupling 30 is associated with a pump 31.
  • the switchable fluid coupling 30 and the pump 31 are fluidically connected to each other in a pumping circuit.
  • Pumping circuit is guided by a fluid.
  • a radiator 33 is arranged.
  • a buffer 34 for receiving the fluid guided in the pumping circuit is provided in the pumping circuit.
  • the switchable fluid coupling 30 is connected via an output shaft 32 to the drive pulley 41.
  • the drive pulley 41 drives a driven pulley 43 of the belt drive 40 via a belt drive 42.
  • a shaft 51 connects the driven pulley 43 with the crusher 50.
  • the main drive 2 is presently designed as a diesel engine. However, other types of engine may be provided, such as an electric motor.
  • the switchable fluid coupling works on the Föttinger principle.
  • the main drive 2 drives via the transfer case 10 a not shown impeller of the switchable fluid coupling 30 at.
  • the impeller delivers 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 rotational movement of the output shaft 32 is transmitted via the drive pulley 41 and the belt drive 42 to the driven 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 adjusted specifically. By changing the level of the fluid in the switchable fluid coupling 30, its ability to torque and / or power transmission can be changed. When fully or almost completely emptied switchable fluid coupling 30 no moment and / or no power is transmitted from her. 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%. In this case, the switchable fluid coupling 30 has only a slight slip. For a partially filled switchable Fluid coupling 30 is limited in its ability to transmit torque and / or power.
  • the pump 31 is presently designed as a gear pump. However, it is also conceivable to use other types of pumps.
  • the pump 31 delivers the fluid into the switchable fluid coupling 30. Holes are provided on the outer circumference of the switchable fluid coupling 30. Due to the prevailing centrifugal forces, the fluid flows continuously through the bores from the switchable fluid coupling 30. The switchable fluid coupling 30 is thus continuously emptied when the main drive 2 and thus transfer case 10.
  • the pump 31 is designed to pump more fluid into the switchable fluid coupling 30 than to flow out of it through the bores. By switching on the pump 31, a filling of the switchable fluid coupling 30 can thus be achieved. Accordingly, by switching off the pump 31, an emptying operation of the switchable fluid coupling 30 can be initiated.
  • the pump 31 is permanently connected to the transfer case 10 and driven by the main drive 2 of this.
  • a valve is arranged in the pumping circuit. With the aid of the valve, the fluid flow to the switchable fluid coupling 30 can be interrupted or maintained.
  • the valve is presently designed as a solenoid valve. It has two switching position, namely an open and a closed position on. When the valve is open, the switchable fluid coupling 30 is filled and emptied when the valve is closed, due to the outflow of fluid from the bores of the switchable fluid coupling 30.
  • the buffer 34 serves to receive the discharged from the switchable fluid coupling 30 fluid. Accordingly, when the valve is open, the fluid taken from the buffer 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 pumping circuit. With the aid of the proportional valve, the fluid supply to the switchable fluid coupling 30 can be interrupted. It also makes it possible to continuously predetermine the volume flow of fluid supplied to the switchable fluid coupling 30. Thus, a desired level and thus a desired transmission behavior of the switchable fluid coupling 30 can be adjusted.
  • the radiator 33 can be indirectly or directly associated with the fluid coupling in the pumping circuit. This causes the temperature of the fluid remains in a predetermined temperature range and thus does not fall below a predetermined viscosity. The transmission properties of the switchable fluid coupling 30 are thus retained.
  • This cooler 33 may be formed in particular as a separate unit. In addition to the fluid coupling 30, other components to be cooled can also be connected to it.
  • the switchable fluid coupling 30 without the holes described.
  • the fluid can then be sucked out of the switchable fluid coupling 30 by the pump 31.
  • valves can be provided both in the inlet and in the outlet of the switchable fluid coupling. It is also possible to adjust the 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 starting process of the drive system 1 takes place as described below. First, the main drive 2 is started with empty or almost empty switchable fluid coupling 30 and started up to a desired speed. The impeller of the switchable fluid coupling 30 rotates with it.
  • the impeller rotates at the same speed as the main drive 2.
  • the main drive 2 and the switchable fluid coupling 30 a Provide ratio not equal to 1, so that both rotate at different speeds.
  • the pump 31 is driven via the transfer case 10 or directly from the main drive 2.
  • the valve disposed between the pump 31 and the inlet of the switchable fluid coupling 30 in the pumping circuit is closed, so that no fluid is pumped into the switchable fluid coupling 30.
  • the valve is opened by a corresponding control signal.
  • the switchable fluid coupling 30 fills up slowly. This increases the torque transferred from the impeller to the turbine wheel. When the breakaway torque of the output train has been reached, the turbine wheel and the associated output train begin to rotate.
  • the drive train comprises all of the output shaft 32 subsequent and moving components. As the level increases, the turbine wheel is slowly accelerated to the speed of the impeller. As a result, the speed of the crusher 50 increases slowly. If the speed of the pump and the turbine wheel turbine wheel equal or at least about the same, by increasing the speed of the main drive 2, the speed of the crusher 50 can be further increased.
  • the 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 inflow of fluid, the switchable fluid coupling 30 emptied. Even with partially drained fluid is the moment and Power transmission of the switchable fluid coupling 30 is significantly reduced. As a result, a protection of the blocked crusher 50 is reached shortly after closing the valve. There is a slip between the impeller and the turbine allows, whereby the crusher 50 and the main drive 2 are partially decoupled. A blockage of the crusher 50 thus does not lead to a dying off of the main drive 2 even with partially drained fluid.
  • the switchable fluid coupling 30 is designed such that it empties quickly without supplied fluid. As a result, a decoupling of the turbine wheel from the pump takes place in a short time.
  • the switchable fluid coupling 30 therefore combines several functions in one component.
  • the inertial turbine wheel with the driven train coupled thereto is accelerated to the rotational speed of the drive shaft 32. This causes a soft start of the crusher 50.
  • the driving components main drive 2, drive shaft, optionally provided torsional vibration clutches 3, 4 (see Figure 2), transfer case 10, etc.
  • the switchable fluid coupling 30 can be interrupted by the switchable fluid coupling 30. This allows the main drive 2 to be started and started up. It also enables a fast decoupling of the main drive 2 from the crusher 50, for example in the event of a blockage or overloading of the crusher 50. Damage to the crusher 50 and the drive system 1 can thus be avoided.
  • FIG. 2 shows the drive system 1 shown in FIG. 1 with an additional auxiliary drive 60.
  • a second, a third and a fourth hydraulic pump 22, 23, 24 are connected to the transfer case 10.
  • the second and the fourth hydraulic pump 22, 24 are coupled directly to the third gear 12.3 of the transfer case 10, while the first and the third hydraulic pump 21, 23 via the Clutch 13 switched on and off the second gear 12.2 of the transfer case 10 are coupled.
  • the main drive 2 and the switchable fluid coupling 30 are each attached via a rotary coupling 3, 4 to the housing 1 1 of the transfer case 10.
  • the torsional vibration clutches 3, 4 act in the circumferential direction damping and compensate for small offsets in the axis alignment.
  • the auxiliary drive 60 is presently designed as a hydraulic motor. It is driven in the embodiment shown by the switchable third hydraulic pump 23. By appropriate operation of the clutch 13, the auxiliary drive 60 can be switched on and off.
  • the auxiliary drive 60 acts on the belt drive 42 of the belt drive 40 via a pulley 61.
  • the belt drive 40 and thus the crusher 50 connected to the belt drive 40 can thus be moved by means of the auxiliary drive 60.
  • the crusher 50 can be rotated, for example, to a suitable maintenance position. It is also possible to rotate the crusher 50 counter to its direction of rotation dictated by the direction of rotation of the main drive 2. In this way, for example, a previous blockage of the crusher 50 can be canceled.
  • the auxiliary drive 60 may also be used to assist in starting the crusher 50. For this purpose, the crusher 50 can be accelerated by means of the auxiliary drive 60 before and / or during the filling of the switchable fluid coupling 30 to a predetermined speed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein 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. Dabei ist es vorgesehen, 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. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Brechers. Das Antriebssystem ermöglicht einen schonenden Betrieb des Brechers bei geringer Anzahl erforderlicher Komponenten.

Description

Antriebssystem zum Antrieb eines Brechers und Verfahren zum Betrieb eines Brechers
Die Erfindung betrifft ein Anthebssystem 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 1020151 18398 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 Keilscheibe 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.
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 Volumenstronn 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 Ant ebssystem 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 Fluidkupplung in da, 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 Anthebssystem 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 1 1 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 1 1 des Verteilergetriebes 10 befestigt. Die Drehschwingkupplungen 3, 4 wirken in Umfangsrichtung dämpfend und gleichen kleine Versätze 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

Ansprüche
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. Antnebssystem (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.
1 1 . Antnebssystem (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 1 1 , 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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