DE19527935C1 - Einrichtung zum automatischen Erkennen von Steinen in einem Fördergutstrom und automatischen Aushalten aus dem Fördergutstrom für Tagebaugroßgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum automatischen Erkennen und Aushalten von Steinen ab einer bestimmten Größe, die von einem Aufnahmeorgan eines Tagebaugroßgerätes, insbesondere dem Schaufelrad eines Schaufelradbaggers, als unerwünschte Bestandteile des Fördergutes kleinerer Körnung in den Fördergutstrom gelangt sind und zur Vermeidung schädigender Einwirkungen vorzugsweise im nachgeschal­ teten Förderweg durch eine zeitweise in Eingriff bringbare Steinaushalteeinrichtung ausgesondert werden sollen.

Die durch das Aufnahmeorgan eines Tagebaugroßgerätes aufgenommene Steine werden vorzugsweise im Bereich der Geräte- und Schwenkachse bei der Übergabe des Fördergutes vom Auslegerband auf das Abförderband ausgehalten, um Störungen im Förderprozeß zu vermeiden und schädigende Einwirkungen auf die nachfolgenden Förderer und Geräte zu verhindern. Die dort angeordneten Aushaltevorrichtungen werden dabei nur zeitweise in Funktion gebracht, da ein ständiges Verbleiben eines Gitterrostes im Fördergutstrom einen großen Verschleiß zur Folge hätte.

Derartige Lösungen sind beispielsweise nach DD 2 63 558 B5 und DE 195 15 602.1 bekannt.

Dabei wird davon ausgegangen, daß der Geräteführer einen aufgenommenen Stein erkennt und dann die Aushalteeinrichtung durch einen Schalter zeitweise betätigt oder eine nicht näher beschriebene Automatisierungseinrichtung vorgesehen wird. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß die Überwachung des Steinaufkommens durch den Geräteführer infolge seiner vielseitigen Aufgaben, die Monotonie des Beobachtungsprozesses, die subjektive Einschätzung des Grenzwertes der maximal zulässigen Größe und die fehlende Motivation, den Förderprozeß zu unterbrechen, mit Risiken behaftet ist.

Automatisierte Überwachungen des Steinaufkommens sind bisher immer daran gescheitert, daß der Förderprozeß sehr robust ist und Meßergebnisse durch äußere Einflüsse wie Schmutz und extreme Witterungsunbilden beeinflußt wird. So ist nach der DE-OS 23 54 439 eine automatische Trenneinrichtung bekannt, die beispielsweise bei Landmaschinen zum Einsatz kommt. Das Fördergut wird durch einen Geber erfaßt, nach dem es vom Förderband abgeworfen wurde. Der Geber unterscheidet das Erntegut von unerwünschten Fördergutbestandteilen, wie Steine oder Klumpen und sondert diese durch einen Trennmechanismus aus. Damit es zu keinen Ausfällen kommt, ist der Geber in regelmäßigen Abständen zu pflegen. Das trifft beispielsweise für eingesetzte Lichtschranken zu, um im Schüttgut enthaltene Steine zu erfassen. Durch die Verschmutzung der dazu erforder­ lichen Sensoren kommt es daher sehr schnell zu Ausfällen der Anlage.

Nach der Druckschrift DE 42 11 937 A1 ist ein Fremdkörper-Ausscheider bekannt, der auf mechanischer Grundlage arbeitet. In einem bestimmten Förderabschnitt wird das Fördergut durch einen flachen Bereich geleitet. Dieser Bereich kann z. B. aus einer ebenen glatten unteren Fläche und einem darüber angeordneten Stetigförderer als Antrieb, wie beispielsweise einem Förderband, bestehen. Befinden sich im Fördergutstrom Bestandteile, die größer als das zu fördernde Gut sind, werden diese Bestandteile beim Erreichen des schmalen Förderabschnitts gegen die glatte untere Fläche gedrückt. Da die glatte untere Fläche in diesem Bereich als federbelastete Klappe ausgebildet ist, werden unerwünschte große Fördergutbestandteile, wie beispielweise zwischen Pflanzenmaterial gelangte Steine, ausgesondert. Dieser Fremdkörper-Ausscheider ist besonders für Zuführeinrichtungen organischer Stoffe zu einer Verarbeitungsmaschine vorgesehen. Er ist jedoch dort nicht anwendbar, wo die Steine kleiner als die Höhe der Fördergutschüttung sind und die Eigenschaften des Fördergutes so beschaffen sind, daß beim Aussondern eines Steines Teilmengen des Fördergutes mit ausgesondert werden würden.

Im Tagebau hat es auch bereits Untersuchungen gegeben, Steine vor dem Aufnehmen durch das Graborgan zu erfassen und auszusondern oder zu zerstören. Solche Lösungen haben jedoch in der Praxis bisher keine Bedeutung erlangt.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine Einrichtung für Tagebaugroßgeräte zum automatischen Erkennen und Aussondern von Steinen bestimmter Größe zu einem frühen Zeitpunkt im Förderprozeß, die unter den spezifische Betriebsbedingungen in Tagebauen zusammen mit einer Aushalteeinrichtung zuverlässig funktioniert.

Erfindungsgemäß wird dies durch eine Automatisierungseinrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches realisiert.

Das Fördergut wird vom Aufnahmeorgan des Tagebaugroßgerätes, beispielsweise von den Schaufeln eines Schaufelrades von einer Böschung aufgenommen und aus dem Bereich seiner höchsten Stellung auf die Austrags­ schurre abgeworfen, von wo aus es auf das Auslegerband weitergeleitet wird.

Um die im Fördergutstrom enthaltenen Steine durch die an der Unterseite der Austragsschurre angeordneten Beschleunigungssensoren erfassen zu können, wird von der Tatsache ausgegangen, daß beim Aufprall auf die Schurre bei Schüttgut und großen Steinen in Folge ihrer voneinander abweichenden Eigen­ schaften Stöße unterschiedlicher Größe und unterschiedlichen Verlaufs erzeugt werden. Im allgemeinen charakterisiert man Stöße, die durch Steine erzeugt werden als harte Stöße, demgegenüber werden von Schüttgütern erzeugte Stöße als weiche Stöße charakterisiert. Diese weichen Stöße werden durch geringere Beschleunigungswerte und durch ihren markanten zeitlichen Verlauf durch die Auswerteeinheit erkannt und herausgefiltert.

Die elektronische Erfassungs-, Auswerte- und Steuereinheit wird so eingestellt, daß sie erst beim durch den leichtesten auszusondernden Stein erzeugten Stoß reagiert. Die Einstellung kann mit theoretisch ermittelten Grenzwerten oder bei praktischen Versuchen erfolgen. Letzteres hat den Vorteil, daß auch nicht bernchenbare spezifische Bedingungen berücksichtigt werden können.

Da die Stelle des Auftreffens des Fördergutes auf die Austragsschurre durch die unterschiedliche Auslegerstellung, gegebenenfalls auch durch unterschiedliche Schaufelraddrehzahlen, von den spezifischen Eigenschaften des Fördergutes und weiteren Einflußfaktoren bestimmt wird, sind nach Anspruch 2 im Bereich der möglichen Auftreffläche an der Unterseite der Austragsschurre mehrere Beschleu­ nigunssensoren vorgesehen.

Nachdem der auszusondernde Stein von der Erfassungs-, Auswerte- und Steuer­ einheit als solcher erkannt worden ist, wird in Abhängigkeit von der Geschwin­ digkeit und dem Weg, den der Stein auf dem Auslegerband bis zu seinem Abwurf zurückzulegen hat, nach dem entsprechenden Zeitintervall von der Erfassungs-, Auswerte- und Steuereinheit an die Steinaushalteeinrichtung der Befehl zum Eingreifen in den Fördergutstrom gegeben und so der Stein aufgenommen, während das Schüttgut zwischen den Zinken der Aushaltevorrichtung hindurchfällt und weiterbefördert wird. Nachdem so der Stein erfaßt worden ist, wird die Steinaushaltung mit dem Stein wieder aus den Förderstrom herausgeschwenkt und das Schüttgut kann sich ungehindert bewegen.

Mit der Erfindung wird eine automatische Einrichtung zum Erkennen und Aushalten von Steinen aus dem Fördergut geschaffen, die im Aufbau einfach ist und unter den in Tagebauen herrschenden extremen Bedingungen sicher funktioniert.

Die Größe der auszuhaltenden Steine kann experimentell an die jeweiligen Bedingungen angepaßt werden.

Bereits im Einsatz befindliche Geräte sind mit einer solchen automatischen Einrichtung nachrüstbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Schaufelradkopf eines Schaufelradbaggers,

Fig. 2 den Schaufelradkopf nach Fig. 1 in einer Seitenansicht und

Fig. 3 die vollständige Einrichtung zum automatischen Erkennen von Steinen in einem Fördergutstrom und zum automatischen Aushalten aus dem Förder­ gutstrom in einer schematischen Darstellung.

Nach den Fig. 1 und 2 besteht das Schaufelrad 1 eines Schaufelradbaggers aus der Welle 2, dem Schaufelradgrundkörper 3 und den an dessen äußeren Umfang in gleichmäßigen Abständen angeordneten Schaufeln 4. Neben dem Schaufelrad 1 befindet sich der Antrieb 5. Über die Lager 6 ist die Welle 2 des Schaufelrades 1 mit dem Auslegerkopf 7 des Schaufelradbaggers verbunden.

Innerhalb der in der Zeichnung nicht dargestellten Auslegerkonstruktion befindet sich das Auslegerband 8. Zur Überleitung des Fördergutes 9 von den entleerten Schaufeln 4 auf das Auslegerband 8 ist die Austragsschurre 11 vorgesehen.

Das Auslegerband 8 führt bis zur waagerechten Auslegerschwenkachse, wo das Fördergut 9 auf den darunterliegenden Abförderer übergeben und von diesem weiterbefördert wird.

Im Bereich der Übergabe vom Auslegerband 8 auf das Abförderband ist nach Fig. 3 die Steinaushalteeinrichtung 14 angeordnet. Sie wird in die Flugparabel des Fördergutstromes geschwenkt, sobald ein eine bestimmte Größe überschreitender Stein 10 im Fördergutstrom ermittelt worden ist. Der Stein 10 wird aufgefangen und infolge der Betätigung des Hydraulikzylinders 15 durch das Hydraulik­ aggregat 16 aus der Flugparabel herausgeschwenkt. Eine solche zeitweise in Ein­ griff bringbare Steinaushalteeinrichtung 14 ist beispielsweise nach DD 2 63 558 B5 bekannt. Sie wird eingesetzt, um Beschädigungen des nachgeschalteten Förderwe­ ges durch die mit dem Fördergut 9 aufgenommenen Steine 10 zu vermeiden.

An der Unterseite der Austragsschurre 11 sind im Bereich der möglichen Auftreffläche Beschleunigungssensoren 12 angebracht. Mit ihnen werden Signale empfangen, die mit dem Aufprall des Fördergutes 9 auf die Austragsschurre 12 entstehen. Diese ständigen Signale werden als meßtechnische Größen Fig. 2 an ein als Erfassungs-, Auswerte- und Steuereinheit 13 bezeichnetes elektro­ nisches Gerät weitergeleitet.

Ist im Fördergut 9 ein durch das Schaufelrad 1 aufgenommener Stein 10 enthal­ ten, erzeugt er beim Aufprall auf die Austragsschurre 11 infolge seiner abweichen­ den Eigenschaften härtere und stärkere Stöße als das normale, überwiegend vorhandene Fördergut 9.

Die wichtigsten Eigenschaften, in denen sich die auszuhaltenden Steine 10 vom Fördergut 9 unterscheiden, sind Größe (Körnung), Dichte und Härte. Die durch diese Eigenschaften entstehenden unterschiedlichen Stöße werden von der Erfassungs-, Auswerte- und Steuereinheit 13 ständig mit den Grenzwerten verglichen. Weiche Stöße werden durch ihren markanten zeitlichen Verlauf als normales Fördergut 9 erkannt und herausgefiltert, harte und kräftige Stöße dagegen signalisieren einen Stein 10 bestimmter Größe. Wird ein vorgegebener Grenzwert überschritten, erkennt dies die Erfassungs- Auswerte- und Steuereinheit 13 und gibt ein Signal an das Hydraulikaggregat 16 der Steinaushalteeinrichtung 14. Dieses Signal muß jedoch in Abhängigkeit von der Fördergeschwindigkeit und dem Förderweg zeitlich so lange verzögert werden, bis der Stein 10 das Abwurfende des Auslegerbandes 8 erreicht hat. Es bewirkt ein zeitweises Betätigen der Steinaushalteinrichtung 14 in die Auffangstellung. Während das Schüttgut zwischen den Zinken hindurchfällt, wird der Stein 10 infolge seiner Größe aufgefangen und durch eine Betätigung des aus dem Hydraulikzylinder 15 und dem Hydraulikaggregat 16 bestehenden Antriebes aus der Flugparabel des Fördergutstromes herausgeschwenkt, von wo aus der Stein 10 entweder abgeworfen oder an einen Abförderer übergeben wird. Diese Situation ist in der Zeichnung nach Fig. 3 durch unterbrochene Linien dargestellt. Sie ist zugleich die Ausgangsstellung, in der die Steinaushalteeinrichtung 14 bis zum Erscheinen eines weiteren auszuhaltenden Steines verbleibt.

Das Einstellen des Grenzwertes, ab dem ein Stein 10 ausgehalten werden soll, kann entweder aufgrund theoretisch errechneter Größen oder experimentell erfolgen. Letzteres ist vorzuziehen, da nicht alle Eigenschaften des Fördergutes 9, die sich aus den geologischen Bedingungen und Umwelteinflüssen ergeben, berücksichtigt werden können. Es wird dazu ein Stein 10 verwendet, dessen Masse der untereren Grenze der auszuhaltenden Steine 10 entspricht und in den Gutaufnahme- und Förderprozeß eingeschleust. Der damit erzeugte Stoß wird zusammen mit der vom Fördergut 9 abhängigen Charakteristik, die als hart oder weich bezeichnet werden kann und in der graphischen Darstellung der Größe des Stoßes pro Zeiteinheit bei einem Auftreffen von normalem Schüttgut eine allmählich ansteigende und wieder abfallende Kurve und beim Auftreffen von Steinen 10 eine steil ansteigende und ebenso abfallende Kurve ist, und der Erfassungs-, Auswerte- und Steuereinheit 13 als Mindestgröße für das Signal zur Betätigung der Steinaushalteeinrichtung 14 vorgegeben.

Eine solche experimentelle Bestimmung des Grenzwertes hat den Vorteil, daß so auch komplizierte Erfassungssituationen wie das Abbremsen eines Steines 10 durch von der Austragsschurre 11 auf das Auslegerband 8 herabrutschende fließfähige Schüttgut berücksichtigt werden können.

Die elektronische Erfassungs-, Auswerte- und Steuereinheit 13 kann auch dazu vorgesehen werden, daß beim Auftreffen eines übergroßen Steines 10, der die Förderer beschädigen könnte, die Antriebe so lange abgeschalten werden, bis der Stein 10 auf andere Weise, wie zum Beispiel durch einen Steinkran, entfernt worden ist.

Das Entleeren der Schaufeln 4 erfolgt an einem begrenzten Teilabschnitt des Schaufelradumfanges. Es ist hauptsächlich von den Eigenschaften des Förder­ gutes 9, der Umfangsgeschwindigkeit des Schaufelrades 1 und von der Form der Schaufeln 4 abhängig. Von diesen Faktoren wird die Größe der möglichen Auftreffläche der Austragsschurre 11 bestimmt. Diese Fläche vergrößert sich noch durch die Veränderung der Stellung des Schaufelradauslegers beim laufenden Betrieb.

Aus diesem Grund werden an der Unterseite der Austragsschurre 11 im möglichen Auftreffbereich mehrere Beschleunigungssensoren 12 angeordnet.

Claims (3)

1. Einrichtung zum automatischen Erkennen und Aussondern von Steinen für Tagebaugroßgeräte, insbesondere Schaufelradbagger, in Verbindung mit einer zeitweilig in Eingriff bringbaren Steinaushaltung am Abwurfende eines dem Aufnahmeorgan nachgeordneten Förderers, gekennzeichnet dadurch, daß an der Unterseite der zwischen dem Aufnahmeorgan (Schaufelrad 1) und dem Auslegerband (8) angeordneten Austragsschurre (11) im Bereich des Auftreffens des Fördergu­ tes (9) aus einer bestimmten Höhe an der Unterseite Beschleunigungssenso­ ren (12) vorgesehen sind, die mit einer Erfassungs-, Auswerte- und Steuer­ einheit (13) in Verbindung stehen und die durch das Auftreffen des Steines (10) in Folge seiner vom übrigen Fördergut (9) abweichenden Eigenschaften wie Größe (Körnung), Dichte und Härte typische Aufprallkräfte und Schwingungen erzeugt, diese Signale von den Beschleunigungssensoren (12) an die Erfassungs-, Auswerte- und Steuereinheit (13) weitergegeben werden und diese Erfassungs-, Auswerte- und Steuereinheit (13) beim Erkennen eines Steines (10) einen in Abhängigkeit vom Förderweg und der Fördergeschwindigkeit zeitlich versetzten Befehl an die Steinaushalteeinrichtung (14) zu dessen Eingriff in den Fördergutstrom in dem Moment auslöst, in dem der Stein (10) das Abwurfende des Auslegerbandes (8) erreicht hat und so durch eine zeitweise Betätigung der Steinaushalteeinrichtung (14) aus dem Fördergutstrom herausgenommen wird.

2. Einrichtung zum automatischen Erkennen und Aushalten von Steinen für Tagebaugroßgeräte nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Beschleunigungssensoren (12) an der Unterseite der Austragsschurre (11) in dem Bereich verteilt angeordnet sind, der bei den unterschiedlichen Ausleger­ hubstellungen beim Entleeren der Schaufeln (4) von den Steinen (10) getroffen wird.

3. Einrichtung zum automatischen Erkennen und Aushalten von Steinen für Tagebaugroßgeräte nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Erfassungs-, Auswerte- und Steuereinheit (13) durch Versuche so abgestimmt wird, daß sie erst in Funktion tritt, wenn Signale von Steinen (10) erfaßt werden, die eine bestimmte Größe überschreiten.