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FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG
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in Essen Schaufelradgerät und Verfahren zu dessen Betreiben Die Erfindung
betrifft ein Schaufelradgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein
Verfahren zum Betreiben eines solchen Schaufelradgerätes.
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Schaufelradgeräte dienen zum Abtragen sowohl von gelagertem Schüttgut
wie gewachsenem Boden. Das Abtragen erfolgt, wenn das Schaufelrad dreht und der
Oberbau mit dem Schaufelrad-Ausleger gleichzeitig schwenkt. Wenn das Schaufelrad
angetrieben wird und der Oberbau nicht schwenkt, wird nichts abgetragen und gefördert.
Umgekehrt kann der Oberbau nicht schwenken, wenn das Schaufelrad nicht dreht, da
dann der seitliche Widerstand die zulässigen Beanspruchungen übersteigt.
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Bekannte Geräte haben je einen unabhängig voneinander von Hand einstellbaren
Sollwertgeber für die Drehzahl des Motors des Schaufelradantriebs und für die Drehzahl
des Motors des Schwenkantriebs für den Oberbau.
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Die Seitenkraft auf den Oberbau bzw. das auf ihn ausgeübte Schwenkmoment
steigt sowohl mit dessen Schwenkgeschwindigkeit bzw. mit der Drehzahl seines Schwenkantriebs
als auch mit sinkender Drehzahl des Schaufelradantriebs.
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Der Dimensionierung des Oberbaus wird im wesentlichen die zulässige
Seitenkraft zugrunde gelegt. Eine am Schwenkantrieb angeordnete Sicherheitseinrichtung
begrenzt diese Seitenkraft bzw. das entsprechende Schwenkmoment. Die Sicherheitseinrichtungen
der bekannten Schaufelradgeräte schalten den Schwenkantrieb beim Überschreitet der
zulässigen Seitenkraft aus. Der Baggerführer muß danach die Solldrehzahl des Schwenkantriebs
niedriger wählen und den Schwenkantrieb erneut anfahren.
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Der Nachteil der bekannten Schaufelradgeräte besteht aber nicht nur
in der Notwendigkeit, den Schwenkantrieb und damit auch die Förderung des abzutragenden
Gutes erneut in Gang zu setzen, wodurch zeitlich gesehen, wertvolle Kapazität verloren
geht - die Wahrscheinlichkeit, daß die neu gewählte, niedrigere Solldrehzahl des
Schwenkantriebs eine Seitenkraft ergibt, die erheblich unter der zulässigen liegt
bzw. abweicht, ist sehr groß. Wenn die zulässige Seitenkraft aber nicht ausgenutzt
wird, ist auch der Oberbau - der bei großen Geräten bis über 5000 t Masse haben
kann - nicht ausgenutzt, so daß der Gesamtwirkungsgrad des Gerätes unnötig absinkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaufelradgerät ünd
ein Verfahren zu dessen Betreiben anzugeben, bei dem der Oberbau des Schaufelradgerätes
- unter Ausnutzung der'Nennleistung des Schaufelradantriebs und des Schwenkantriebs
- im Betrieb im wesentlichen gleichbleibend bis zur zulässigen statischen Belastbarkeit-
durch die Seitenkraft ausgelastet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Drehzahlgeber
des Schaufelradantriebs außer mit der Steuer- bzw. Regeleinheit für den Schaufelradantrieb
auch über einen Rechner mit der Steuer- bzw. Regeleinheit des Schwenkantriebs verbunden
ist. Mit dieser Anordnung ist es möglich, dic Winkel- bzw. Schwenkgeschwindigkeit
des Oberbvls beim Betreiben des Schaufelradgerätes durch die eineTegebene Solldrehzahl
des Schaufelradantriebs zu begrenzen . Dabei kommt es in erster Linie darauf an,
daß die Schwenkgeschwindigkeit auf einen Wert proportional dem Quadrat der Drehzahl
des Schaufelrades begrenzt wird.
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Um den für diesen Zweck vorgesehenen Rechner besser nutzen zu können,
wird vorgeschlagen, je einen weiteren Ausgang des Rechners mit dem Eingang je einer
Regel bzw.
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Steuereinheit einer Sicherheitseinrichtung des Schaufelradantriebs
und des Schwenkwerks und mit dem Eingang je einer Strombegrenzungseinheit für den
Schaufelradantrieb und für den Schwenkantrieb zu verbinden.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird
im folgenden näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 den Oberbau eines Schaufelradgerätes
mit den wesentlichen Antriebselementen in vereinfachter Darstellung Fig. 2 die Anordnung
der Steuer- bzw. Regeleinrichtungen für den Antrieb des Schaufelrades und den Schwenkantrieb
in schematischer Darstellung
Fig. 3 die Kennlinien des Schaufelradantriebs
Fig. 4 die Kennlinien des Schwenkantriebs.
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Das Schaufelradqerät weist einen Oberbau auf, der im wesentlichen
aus dem Ausleger 1, einem Gegenausleger 2, einem Mittelteil 3 und den den bzw. die
Ausleger haltenden Seilen 4 besteht. Am freien Ende des Auslegers 1 ist das Schaufelrad
5 gelagert, das von einem Motor 6 über ein Getriebe 7 angetrieben wird. Zum Schutz
der mechanischen Bauteile vor Uberbeanspruchung ist zwischen dem Motor 6 und dem
Getriebe 7 eine Sicherheitseinrichtung 8 in Form einer Magnetpulverkupplung mit
regelbarem Drehmoment angeordnet. Bei großen Schaufelradgeräten ist es zweckmäßig,
statt des einen Satzes der genannten Antriebselemente mehrere solcher vorzusehen.
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Der Oberbau ist um die Achse 9 schwenkbar gelagert und wird über einen
an ihm befestigten Zahnkranz 10 von einem Ritzel 11 angetrieben, das wiederum über
ein Getriebe 12 durch einen Motor 13 angetrieben wird. Zum Schutz der mechanischen
Teile des Schwenkantriebs und des Oberbaus gegen zu hohe seitliche Belastungen ist
zwischen dem Motor 13 und dem Getriebe 12 ebenfalls eine Sicherheitseinrichtung
14 in Form einer Magnetpulverkupplung angeordnet.
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Obwohl es möglich ist, Getriebe mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis
zu verwenden, sind die Getriebe 7 und 12 im vorliegenden Ausführungsbeispiel des
einfacheren Zusammenhangs wegen mit konstantem Übersetzungsverhältnis vorgesehen,
so daß sich die Drehzahl n6 des Motors 6 des Schaufelradantriebs und die Schaufelraddrehzahl
nR bzw.
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die Drehzahl n13 des Motors 13 des Schwenkantriebs und die Drehzahl
n5 bzw. Winkelgeschwindigkeit des Auslegers 1
entsprechen und in
der Betrachtung - unter Berücksichtigung der entsprechenden Ubersetzuncisverhältnisse
-ausgetauscht werden können.
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Dem Motor 6 für den Antrieb des Schaufelrades 5 ist eine Regel- oder
Steuereinheit 15 vorgeschaltet, deren einer Eingang mit einem Drehzahlsollwert-G/98
verbunden ist.
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Das Schaufelradgerät ist außerdem mit einem Rechner 17 versehen, dessen
Eingang mit dem Ausgang des Drehzahlsollwert-GI16 verbunden ist. Zum Schutz der
Antriebs- und Steuerelemente ist dem Motor 6 eine Strombegrenzunqseinheit 18 zugeordnet,
deren Eingang mit einem der Ausgänge des Rechners 17 und dessen Ausgang mit der
Regel- bzw.
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Steuereinheit 15 verbunden ist. Zum Schutz der mechanischen Teile
vor unzulässigen Beanspruchungen ist der Sicherheitseinrichtung 8 des Schaufelradantriebs
eine Regel- oder Steuereinheit 19 vorgeschaltet, deren Eingang mit einem weiteren
Ausgang des Rechners verbunden ist.
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Der Schwenkantrieb weist - analog dem Antrieb für das Schaufelrad
- ebenfalls eine Regel- bzw. Steuereinheit 20 und eine Strombegrenzungseinheit 21
für den Motor 13 und eine Regel- -bzw. Steuereinheit 22 für die Sicherheitseinrichtung
14 auf, wobei die Regel- bzw. Steuereinheit 20 dre: Eingänge aufweist,- von denen
je einer mit einem Drehzahlsolleber wert-Gx23 für den Motor 13, der Strombegrenzungseinheit
21 und mit einem weiteren Ausgang des Rechners 17 verbunden ist.
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In den Fig. 3 und 4 bedeuten nR max und nR min die arößte bzw. kleinste
Schaufelraddrehzahl. Ihnen entspricht - unter Berücksichtigung des Ubersetzungsverhältntsses
-die größte bzw. kleinste Drehzahl n6 max bzw. n6 min des Motors 6 des Schaufelradantriebs.
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Die Kurve M6= MG(nR) = M6(n6) stellt das erforderliche Drehmoment
an der Welle des Motors 6 dar. Die Kurve I6 max= f(nR) = f (n6) gibt den höchsten
zulässigen Strom für den Motor 6 an und die Kurve M6 max f(nR) = f(n6) stellt das
von der Sicherheitseinrichtung 8 maximal übertragbare Moment dar. Der Verlauf dieser
Kurven ist abhängig von der Bauart der Antriebselemente und kann entsprechend verschieden
ausfallen. Die Kurven M13, I13 max und M13 max gelten entsprechend für den Motor
13 und die Sicherheitseinrichtung 14 des Schwenkantriebs. Da der Oberbau des Schaufelradgerätes
entsprechend der Aufgabe der Erfindung im wesentlichen gleichbleibend mit der zulässigen
Beanspruchung ausgelastet sein soll, sind die KurvenM13, I13 max und M13 max in
Fig. 4 als konstante Werte eingetragen.
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Die Kurve n13 max zeigt den Verlauf der von der jeweiligen Drehzahl
nR des Schaufelrades abhängigen Drehzahl des Motors 13 des Schwenkantriebs und stellt
somit im Prinzip auch die Drehzahl max bzw.
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Winkelgeschwindigkeit des Auslegers 1 dar. Diese Kurve ist abgeleitet
von der allgemein bekannten Formel für die Seitenkraft
wobei F5 die Seitenkraft am Schaufelrad 5 P5 die Leistung des
Schwenkantriebs (13) E, E' Faktor zur Berücksichtigung bzw. Umrechnung von Einheiten
K geräteabhängige Konstante, bei der der Windeinfluß, die Steigung und Reibungseinflüsse
berücksichtigt sind.
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Die Drehzahl n13 des Antriebsmotors 13 des Schwenkantriebs ergibt
sich also als Funktion der Drehzahl n6 des Motors 6 des Schaufelradantriebs zu
Da der Oberbau nach der Aufgabe der Erfindung mit möglichst gleichbleibender Seitenkraft
belastet werden soll und auch die Nennleistung der Antriebsmotoren ausgenutzt werden
soll, kann man n13 in etwa auch zu n13 = F(n6) = const # n2 6 bzw.
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n5 = f(nR) = const n2 ansetzen.
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Die sich über den Rechner 17 in der Regel- bzw. Steuereinheit 20 ergebende
Drehzahl n13 des Motors 13 stellt jeweils den nach oben begrenzten Wert, also nl3
max dar.
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Dessen ungeachtet ist es möglich, dem Motor 13 durch den Drehzahlsollwert-Geber
23 eine niedrigere Drehzahl als n13 max vorzugeben. Dies ist dann interessant, wenn
der abzutransportierende Förderstrom einen bestimmten Wert nicht überschreiten soll.
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