DE19737858A1 - Schaufelradgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaufelradgerät mit einem an ei­ nem Ausleger angeordnetem Schaufelrad zum Abbau, insbesondere verdichteter, Halden bzw. zum Aufhalden von Massengut, wobei das Schaufelradgerät aufgehaldetes Massengut aufnehmend bzw. aufhaldend ausgebildet ist, und wobei das Schaufelradgerät eine Meßeinrichtung zum Messen des Oberflächenprofils der Halde aufweist.

Wichtiger Bestandteil moderner, flexibler Massengutum­ schlaganlagen sind bestands- und durchlaufzeitoptimierte La­ ger- und Transportsysteme. Zukunftssichere Lösungen berück­ sichtigen in besonderem Maße die Einbindung in die Automati­ sierungshierarchie und die kostengünstige und einfache Hand­ habung im späteren Betrieb. Entsprechend ist es Aufgabe, eine Massengutumschlagseinrichtung, wie etwa ein Schaufelradgerät oder einen Portalkratzer oder ähnliches anzugeben, die eine kostengünstigere und einfache Handhabung erlaubt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schaufelradgerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Dabei ist einem Schaufelradgerät oder einer äquivalenten Einrichtung zum Abbau, insbesondere verdichteter, Halden bzw. zum Aufhalden von Massengut, eine Steuerung zugeordnet, wobei das Schaufelradgerät aufgehalde­ tes Massengut aufnimmt bzw. Massengut aufhaldet, wobei das Schaufelradgerät eine Meßeinrichtung zum Messen des Oberflä­ chenprofils der Halde aufweist, und wobei die Steuereinrich­ tung das Schaufelradgerät in Abhängigkeit der gemessenen Hal­ denoberfläche automatisch an die Abbau- bzw. Aufhaldposition heranfährt. Dabei wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Er­ findung das Massengut mittels des Schaufelradgerätes automa­ tisch abgebaut bzw. aufgehaldet. Auf diese Weise ist es mög­ lich, das Bedienpersonal für Schaufelradgeräte einzusparen. Da Schaufelradgeräte im allgemeinen in 3-Schichten-Betrieb laufen, führt dieses zu einem deutlichen Kostenvorteil.

Insbesondere das Anfahren des Schaufelradgerätes an eine ge­ wünschte Abbau- bzw. Aufhaldposition ist ein besonders kriti­ sches Manöver, da eine Kollision des Schaufelrades mit der Halde leicht zu einer Beschädigung oder gar Zerstörung des Schaufelradgerätes führen kann. Dies gilt insbesondere für Halden, die während des Aufschüttens - oder danach - verdich­ tet werden, damit sich das Material nicht selbst entzündet. Die Verdichtung erfolgt in der Regel durch Radlader. Das Hal­ denprofil wird dabei stark verändert. Weitere Gründe für eine Veränderung des Haldenprofils können Haldeneinbrüche oder Wettereinflüsse, z. B. starker Regen und dadurch bedingtes Ab­ rutschen einer Haldenflanke sein. Das Problem der exakten Po­ sitionierung des Schaufelrades bei Halden mit einem durch derartige Einflüsse bedingten unregelmäßigen Profils wird be­ sonders vorteilhaft durch eine Steuerung gelöst, die das Oberflächenprofil der Halde aus den von der Meßeinrichtung gelieferten Meßwerten berechnet.

Dabei ist die Meßeinrichtung in besonders vorteilhafter Aus­ gestaltung der Erfindung am Ausleger, insbesondere im vorde­ ren Bereich des Auslegers angeordnet. Durch die Anordnung im vorderen Bereich des Auslegers liefert die Meßeinrichtung be­ sonders vollständige Meßwerte in dem von ihr überstrichenen Bereich.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Meßein­ richtung als Laser, insbesondere als Halbleiterlaser ausge­ bildet, mittels dessen die Haldenoberfläche abgetastet wird. Die Abtastung der Haldenoberfläche erfolgt dabei vorteilhaf­ terweise mittels eines rotierenden Spiegels, der derart im Strahlbereich des Lasers angeordnet ist, daß der Laserstrahl die Haldenoberfläche überstreicht.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist dem Schaufelradgerät eine Videokamera zugeordnet, das den Abbau, bzw. das Aufhalden des Massenguts aufnehmend ausgebildet ist. Diese Videokamera ist vorteilhafterweise hinter dem Schaufel­ rad angeordnet.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist dem Schaufelradgerät ferner ein Leitsystem bzw. ein Leitstand mit einer Visualisierungseinrichtung zugeordnet, mit der vorteil­ hafterweise das Haldenprofil und/oder der Abbau- bzw. Auf­ haldvorgang dargestellt werden kann.

Weitere Vorteile und erfinderische Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteransprü­ chen. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Schaufelradgerät;

Fig. 2 einen Massengutumschlagplatz;

Fig. 3 eine Hardwarekonfiguration für ein erfindungsge­ mäßes Schaufelradgerät;

Fig. 4 eine Hardwarekonfiguration für ein erfindungsge­ mäßes Schaufelradgerät in detaillierter Darstellung

Fig. 5 einen erfindungsgemäßen Portalkratzer

Fig. 6 eine Bildschirmoberfläche für ein Visualisierungs­ system für einen erfindungsgemäßen Schaufelrad­ bagger.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schaufelradgerät 24. Die­ ses weist ein an einem Ausleger 22 angeordnetes Schaufelrad 23 auf. Mittels des Schaufelrades 23 erfolgt der Abbau von Massengut von einer Halde bzw. das Aufhalden von Massengut auf eine Halde 20. Das erfindungsgemäße Schaufelradgerät fährt automatisch an eine Ab- oder Aufhaldposition und baut das Massengut automatisch ab bzw. haldet es automatisch auf. Das Ansteuern des Schaufelrades 23 auf die gewünschte Positi­ on erfolgt in Abhängigkeit eines Oberflächenprofils der Hal­ de. Dieses wird von einer nicht gezeigten Steuerung in Abhän­ gigkeit von Meßwerten einer Meßeinrichtung 21 errechnet. Die Meßeinrichtung 21 ist vorteilhafterweise im vorderen Bereich des Auslegers 22 angeordnet. Mittels der Meßeinrichtung 21 wird die Haldenoberfläche abgetastet. Aus diesem Abtastwerten errechnet eine in Fig. 1 nicht gezeigte Steuerung das Ober­ flächenprofil der Halde 20. In einer beispielhaften Ausge­ staltung der Erfindung wird das Schaufelradgerät 24 im Zuge einer Meßfahrt derart entlang der Halde bewegt, daß die Meßeinrichtung 21 die gesamte Halde überstreicht. In einer alternativen und vorteilhaften Ausgestaltung werden keine ge­ sonderten Meßfahrten mit dem Schaufelradgerät 24 durchge­ führt, sondern das Oberflächenprofil aus Meßdaten errechnet, die beim normalen Betrieb des Schaufelradgerätes ermittelt werden.

Fig. 2 zeigt einen Umschlagplatz für Massengut, für den das erfindungsgemäße Schaufelradgerät besonders vorteilhaft ein­ gesetzt wird. Der beispielhafte Massengutumschlagplatz dient zum Umschlag von Massengut zwischen den Verkehrsträgern, Schiff 3, 4, 5, Zug 2, und LKW. Dazu weist der Massengutum­ schlagsplatz Schiffsbe- und Entladeeinrichtungen 14, 15, 17, eine LKW-Be- und Entladeeinrichtung 1 sowie eine Zugbe- und -entladeeinrichtung 16 auf. Diese sind über ein Förderbandsy­ stem 13 miteinander verbunden. Zur Zwischenlagerung des Mas­ senguts sind Halden 6, 7, 8 vorgesehen. Das Aufhalden des Massenguts auf die Halden, bzw. der Abbau des Massenguts von den Halden erfolgt durch erfindungsgemäße Schaufelradgeräte 9, 10, 11 und 12. Die Schaufelradgeräte sind ebenfalls mit dem Förderbandsystem 13 verbunden.

Fig. 3 zeigt eine Hardware-Konfiguration für ein erfindungs­ gemäßes Schaufelradgerät. Zur Positionierung des Schaufelrad­ gerätes sind Antriebssysteme 35 für Fahrwerk, Hubwerk und Schwenkwerk vorgesehen. Das Antriebssystem 35 wird von einer Steuerung 34 in Abhängigkeit der Meßwerte von Winkelgebern 31, 32 und 33 geregelt. Die Sollwerte für die Regelung werden ebenfalls in der Steuerung 34 berechnet. Dazu ermittelt die Steuerung 34 das Oberflächenprofil der Halde, von der Massen­ gut abgebaut werden soll bzw. auf die Massengut aufgehaldet werden soll, in Abhängigkeit von Meßwerten, die von einer Meßeinrichtung 30 geliefert werden. Diese Meßeinrichtung 30 ist vorteilhafter Weise als Halbleiterlaser mit einem rotie­ renden Spiegel ausgebildet. Die Steuerung 34 ist datentech­ nisch mit einem übergeordnetem Leitsystem 36 verbunden. Mit dem übergeordneten Leitsystem 36 sind vorteilhafterweise die Steuerungen mehrerer erfindungsgemäßer Schaufelradgeräte ver­ bunden.

Fig. 4 zeigt eine detaillierte Darstellung für eine bei­ spielhafte Hardwarekonfiguration für ein erfindungsgemäßes Schaufelradgerät 50. Das Schaufelradgerät 50 weist einen Aus­ leger 74 auf, an dessen Ende ein Schaufelrad 72 angeordnet ist. Hinter dem Schaufelrad 72 sind eine Anordnung 51 mit Vi­ deokameras 52 und 53 sowie eine Meßeinrichtung 54 angeordnet.

Die Videokameras 52, 53 sind über Videokommunikationsverbin­ dungen 69, 70 und Lichtwellenleiterumsetzer 58, 59 mit einem Lichtwellenleiter 71 verbunden. Außerdem sind die Videokame­ ras 52, 53 sowie die Meßeinrichtung 54 datentechnisch mit ei­ ner Steuerung 73 verbunden. Die Steuerung 73 weist einen Ein­ steck-PC 55 auf. Mittels des Einsteck-PC's 55 wird in der Steuerung 73 das Oberflächenprofil der Halde, von dem Massen­ gut abgebaut werden soll bzw. auf die Massengut aufgehaldet werden soll, in Abhängigkeit von Meßwerten, die von der Meßeinrichtung 54 geliefert werden, berechnet. In Abhängig­ keit dieses Oberflächenprofils erfolgt die Steuerung des Schaufelradgeräts 50. Die Steuerung 73 ist über eine optische Schnittstelle 57 mit dem Lichtwellenleiter 71 verbunden. Der Lichtwellenleiter 71 wird über eine Kabeltrommel 60 zu einem Leitstand 61 geführt. Der Leitstand 61 weist eine Visualisie­ rungseinrichtung 65 sowie ein Steuertableau 68 auf, das über ein Peripheriegerät 67 und eine optische Schnittstelle 64 mit dem Lichtwellenleiter 71 verbunden ist. Die Visualisierungs­ einrichtung 65 ist über Lichtwellenleiterumsetzer 62, 63 mit dem Lichtwellenleiter 71 verbunden. Der Leitstand 61 weist vorteilhafterweise einen Drucker 66 auf. Die auf dem Licht­ wellenleiter 71 implementierte Kommunikationsverbindung ist besonders vorteilhafterweise als Bussystem ausgebildet. In Verbindung mit dem Lichtwellenleiter 71 wird so eine beson­ ders schnelle und sichere Kommunikationsverbindung zwischen der Steuerung 73, die besonders vorteilhafterweise als spei­ cherprogrammierbare Steuerung ausgebildet ist, und dem Leit­ stand 61 hergestellt.

Auf der Steuerung 73 sind die Aufgaben

• - Berechnen eines 3-D-Wandlers des Haldenprofils aus den Daten der Meßeinrichtung 54 und Winkelgebern 31, 32, 33 an Fahr-, Schwenk- und Hubwerk
• - Glättung des errechneten 3-D-Modells
• - Steuerung der Kameras 52, 53 beim Haldenanschnitt (für op­ tische Sicherheitsüberwachung auf dem Leitstand) implementiert, während auf dem Leitsystem die Aufgaben
• - Darstellung der Halde in 2-D oder 3-D
• - Errechnung des genauen Startpunktes bei Eingabe eines Arbeitsauftrages und Auftragsverwaltung
• - Anzeige der Kamerabilder in Echtzeit implementiert sind.

Das folgende Ausführungsbeispiel verdeutlicht die Arbeitswei­ se des erfindungsgemäßen Schaufelradgerätes. Es wird von ei­ ner leeren Halde ausgegangen. Das zu lagernde Material ist Steinkohle. Die wichtigsten Leistungsdaten des Schaufelradge­ rätes in der beispielhaften Ausgestaltung sind:
Absetzleistung: 2000 t/h
Rückladeleistung: 1600 t/h
Auslegerlänge: 40 m
Schwenkwinkel: ±1000
Hubwerk: +100, -8°
Typ. Haldenhöhe: 6. . .10 m, Trapezquerschnitt
Typ. Haldenbreite: 35 m
Typ. Haldenlänge: 400 m.

Folgende Arbeitsschritte werden beispielhaft ausgeführt:

• - Eingabe eines Absetzauftrages über einen Leitstands-PC: Start 0 m, Ende 70 m;
• - Start-Befehl wird vom Leitstands-PC an die Steuerung des Schaufelradgerätes übertragen;
• - Das Schaufelradgerät fährt an die Startposition und gibt eine Förderfreigabe an eine Bandanlage zum Transport von Steinkohle zum Schaufelradgerät, die durch den Schaufel­ radbagger aufgehaldet werden soll;
• - Entsprechend der ankommenden Steinkohlemenge wird die Schwenkgeschwindigkeit durch die Steuerung geregelt und dabei die Steinkohle im vorgegebenen Bereich automatisch abgesetzt;
• - Die Steuerung fragt ständig die Werte der Winkel-Geber (vgl. Meßeinrichtungen 31, 32, 33, Fig. 3) sowie Band­ waagen-Meßwerte ab. In der Steuerung wird daraus ein pro­ visorisches Haldenmodell errechnet;
• - Nach Beendigung des Absetzvorganges wird Steinkohle durch Radlader verdichtet;
• - Eingabe einer Meßfahrt zwischen 0 m und 70 m zur Ermittlung des genauen Haldenmodelles;
• - Der Ausleger wird über die Halde geschwenkt und der Bereich wird mit max. Fahrwerksgeschwindigkeit (bis 40 m/min) abgefahren;
• - Während der Meßfahrt tastet der am Ausleger angebrachte Laser die Halde mit 3 Meßimpulsen pro 10 cm zurückge­ legter Wegstrecke ab, wobei jeder Meßimpuls zu 200 Meß­ werten führt;
• - Ausblendung von ungültigen Werten, Umrechnung in Vek­ toren, Interpolation fehlender Werte und Glättung des erhaltenen Profils durch die Steuerung;
• - Laufende Aktualisierung des Haldenmodells im Leitstands- PC;
• - Bei Erreichen der 70m-Marke Ende der Meßfahrt und Mel­ dung auf dem Leitstand;
• - Eingabe eines Rücklade-Auftrages durch den Bediener durch Positionieren eines Lineals per Maus in einer auf den Leitstands-PC dargestellten 3-D-Grafik der Halde und Eingabe der geforderten Menge, z. B. An­ schnitt 65 m, Menge = 5000 t;
• - Errechnung des genauen Anschnitt-Punktes und Senden eines Rücklade-Auftrages mit Startkoordinaten durch den Leitstands-PC an die Steuerung;
• - Schaufelradgerät fährt in Position, die Kamerabilder werden am Leitstands-PC in Echtzeit angezeigt;
• - Meldung an den Bediener: "Anschnittposition erreicht, Fortfahren?"
• - Nach Freigabe per Mausklick durch den Bediener des Leitstands-PCs arbeitet das Schaufelradgerät den Rückla­ deauftrag automatisch ab. Dabei wird das Haldenprofil auf Basis der jeweiligen Schaufelradposition nachgeführt.

Umgekehrt erhält die Steuerung, abhängig von Schnitthöhe und Haldenprofil, jeweils die Umkehrpunkte für das Schwenkwerk;

• - Die von der Bandwaage abgeleitete Mengenmessung erreicht den Wert 5000 t; durch die Steuerung wird das Schwenkwerk angehoben und parallel zur Fahrschiene gestellt;
• - Meldung an den Bediener des Zustands-PCs: "Auftrag 65 m, 5000 t beendet".

Fig. 5 zeigt einen erfindungsgemäß ausgebildeten Portalkrat­ zer 82 zum Aufhalden von Massengut auf eine Halde 80 bzw. zum Abtragen von Massengut von der Halde 80. Beim Abtragen von der Halde 80 wird mit dem Portalkratzer 82 Massengut von der Halde 80 auf ein Förderband 81 bewegt. Die Steuerung des Por­ talkratzers 82 erfolgt in analoger Weise zu der Beschreibung bezüglich der Fig. 1 bis 4 in Abhängigkeit eines 3- dimensionalen Models der Halde 80. Dieses wird mittels einer Meßeinrichtung 84 ermittelt, die bewegbar an der Abdeckung 86 der Halde 80 angeordnet ist. Ferner ist an der Abdeckung 86 eine Überwachungskamera 85 angeordnet.

Das Leitsystem 36 in Fig. 4 weist vorteilhafterweise ein Vi­ sualisierungssystem auf, wie es beispielhaft in Fig. 6 ge­ zeigt ist. Dieses Visualisierungssystem weist vorteilhafter­ weise zumindest einen Bildschirm zur Darstellung von Informa­ tionen in sogenannter Fenstertechnik auf. Gemäß dieser Dar­ stellung können in einem Hauptfenster 40 verschiedene Detail­ fenster 41 und 42 abgebildet werden. In der beispielhaften Darstellung gemäß Fig. 6 ist ein Fenster 41 mit einem 3D- Bild des Oberflächenprofils der Halde sowie ein Fenster 42 mit einem Videobild des Schaufelradgerätes, der die in Fen­ ster 41 gezeigte Halde abbaut, gezeigt.

Claims (13)

1. Schaufelradgerät (28) mit einem an einem Ausleger (22) an­ geordnetem Schaufelrad (23) zum Abbau, insbesondere verdich­ teter, Halden (20) bzw. zum Aufhalden von Massengut, wobei das Schaufelradgerät (24) aufgehaldetes Massengut aufnehmend bzw. aufhaldend ausgebildet ist, und wobei das Schaufelradge­ rät eine Meßeinrichtung (21) zum Messen des Oberflächenpro­ fils der Halde aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schaufelradgerät eine Steuerung (34) zugeordnet ist, die das Schaufelradgerät (24) in Abhängigkeit der gemessenen Haldenoberfläche automatisch an die gewünschte Abbau- bzw. Aufhaldposition fahrend ausgebildet ist.

2. Schaufelradgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelradgerät (24) das Massengut automatisch ab­ bauend, bzw. aufhaldend ausgebildet ist.

3. Schaufelradgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (21) auf dem Ausleger (22), insbeson­ dere im vorderen Bereich des Auslegers, angeordnet ist.

4. Schaufelradgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (21) als optische Meßeinrichtung, ins­ besondere als Laser ausgebildet ist.

5. Schaufelradgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser als Halbleiterlaser ausgebildet ist.

6. Schaufelradgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser als Laser mit rotierendem Spiegel ausgebildet ist.

7. Schaufelradgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (34) das Oberflächenprofil der Halde aus dem von der Meßeinrichtung gelieferten Meßwerten auswertend und aus ihnen ein Haldenoberflächenprofil ausrechnend ausge­ bildet ist.

8. Schaufelradgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihm zumindest eine Videokamera (37, 52, 53) zugeordnet ist, die den Abbau bzw. das Aufhalden des Massenguts aufneh­ mend ausgebildet ist.

9. Schaufelradgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Videokamera (52, 53) hinter dem Schaufelrad (72) an­ geordnet ist.

10. Schaufelradgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihm ein Leitstand mit einer Visualisierungseinrichtung (65), insbesondere zur Darstellung des Haldenprofils und/oder von Videobildern des Abbauvorgangs bzw. des Aufhaldvorgangs, zugeordnet ist.

11. Schaufelradgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Lichtwellenleiter (71) als Kommunikationsverbin­ dung zwischen Steuerung (73) und den Leitstand (61) sowie vorteilhafterweise zwischen Videokameras (52, 53) Leitstand (61) aufweist.

12. Schaufelradgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikationsverbindung als bidirektionale Kommuni­ kationsverbindung ausgebildet ist.

13. Schaufelradgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikationsverbindung als Bussystem ausgebildet ist.