DE3744029A1 - Teilschnittmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Teilschnittmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus dem Prospekt "Salzgitter Teilschnittmaschinen Bau­ reihe STM" der Salzgitter Maschinen und Anlagen Aktien­ gesellschaft sind Teilschnittmaschinen bekannt, die im wesentlichen aus einem hydraulischen Raupenfahrwerk, einem Maschinenrahmen, einem Schrämausleger, einem Schrämkopf, einer Abfördereinrichtung und einer Hydrau­ likanlage bestehen. Innerhalb des horizontal und vertikal schwenkbaren Schrämauslegers befindet sich ein dem An­ trieb des Schrämkopfes dienender Elektromotor, der unter Zwischenanordnung einer Kupplung und einem im Schräm­ kopf untergebrachten Getriebe mit dessen meißelbe­ stückten Kopfschalen in Verbindung steht. Die Hydraulik­ anlage, deren den Systemdruck lieferndes Pumpenaggregat ebenfalls durch einen Elektromotor angetrieben wird, dient unter anderem der Übertragung der für die Schwenk­ bewegungen des Schrämauslegers benötigten hydraulischen Antriebsenergie.

Die von dem Schrämantrieb, nämlich dem Elektromotor be­ nötigte Antriebsenergie hängt von der geforderten Schnitt­ leistung, d. h. von dem Anpreßdruck sowie der Schneid­ geschwindigkeit ab und unterliegt in Abhängigkeit von den jeweiligen Gebirgsverhältnissen starken Schwankungen. Um eine Überlastung des Schrämantriebs zu vermeiden, wird demzufolge entsprechend den jeweils angetroffenen Ge­ birgsverhältnissen die Schwenkgeschwindigkeit reduziert, indem sowohl der Arbeitsdruck als auch der dem Schwenk­ antrieb zugeführte Förderstrom an Hydraulikmedium re­ duziert werden. Entsprechend der zur Regelung von Druck und Fördermenge eingesetzten Techniken ergeben sich jedoch spezifische Nachteile. So führt eine Regelung eines Förderstroms durch Drosselung zu Wärmeentwicklung und damit zu einem Energieverlust. Werden hingegen die den Arbeits­ druck der Hydraulikanlage liefernden Pumpen bezüglich des entwickelten Drucks und/oder ihrer Fördermengen im Be­ darfsfall reduziert, wird die im Rahmen der Hydraulik­ anlage insgesamt installierte Leistung nur unvollständig ausgenutzt. Die Folge ist ein verschlechterter Gesamtwirkungsgrad der Teilschnittmaschine.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Teilschnitt­ maschine der eingangs bezeichneten Gattung dahingehend zu verbessern, daß bei großer Schneidleistung ein möglichst hoher Gesamtwirkungsgrad erreichbar ist. Gelöst ist diese Aufgabe durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

In Abkehrung von dem eingangs geschilderten Stand der Technik, dessen Wesensmerkmal in der Installierung von voneinander unabhängigen Antriebssystemen für den Schräm­ kopf einerseits und die Schwenkbewegungen andererseits liegt, wobei im Bedarfsfall die für die Schwenkbewegung installierte Antriebsleistung reduziert wird, wird nun­ mehr erfindungsgemäß die über das maschineneigene Hydrau­ liksystem aufgebrachte bzw. übertragene Antriebsenergie auf den Schrämantrieb und den Schwenkantrieb ver­ teilt. Dies hat zur Folge, daß die im Bereich des Hydrauliksystems installierte Leistung stets maximal ausgenutzt wird, so daß sich im Bedarfsfall zwar eine veringerte Schwenkgeschwindigkeit ergibt, wobei jedoch im Bereich des Schrämkopfes eine erhöhte Antriebsleistung zur Verfügung steht und demzufolge eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Schneidleistung erbracht wird. Indem auf diese Weise die durch die Hy­ draulikanlage aufgebrachte hydraulische Leistung in einem Bereich optimalen Wirkungsgrades gehalten werden kann und Drosselungen sowie Förderstromänderungen ver­ mieden werden und lediglich die aufgebrachte An­ triebsenergie auf unterschiedliche Verbraucher nach Maß­ gabe der jeweiligen Gebirgsverhältnisse verteilt wird, ergibt sich eine Teilschnittmaschine von hohem energe­ tischem Wirkungsgrad.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 besteht der er­ findungsgemäße Schrämantrieb aus der Zusammenfassung eines Elektro- und eines Hydromotors, welch letzterer leistungs­ mäßig steuerbar sein muß. Wesentlich ist hierbei, daß in einer ersten Betriebsphase, bei welcher die Antriebs­ energie für den Schrämantrieb ausschließlich durch den Elektromotor aufgebracht wird, der Hydromotor ohne Funk­ tion ist, d. h. ohne Leistungsabgabe und damit "leer" mitläuft. Es können sämtliche Hydromotoren hierbei ein­ gesetzt werden, die diese Voraussetzungen erfüllen. Ledig­ lich im Bedarfsfall, nämlich wenn die Schwenkgeschwindig­ keit reduziert wird, findet eine Ansteuerung des Hydro­ motors statt, und zwar dahingehend, daß sich dessen Ab­ triebsleistung zu derjenigen des Elektromotors addiert, so daß eine erhöhte Leistung für den Schrämantrieb zur Verfügung steht.

Die nähere Ausgestaltung der Regelungseinrichtung ent­ sprechend dem Anspruch 3 kann grundsätzlich beliebig er­ folgen. Wesentlich ist, daß als Meßgrößen die Leistungs­ aufnahme des Elektromotors und/oder der entwickelte Ar­ beitsdruck fungieren und daß als Stellgrößen sämtliche Funktionsgrößen verwendbar sind, über welche die Antriebs­ energie des Schwenkantriebs und des Hydromotors des Schrämantriebs beeinflußbar sind.

Die Merkmale des Anspruchs 4 bringen den Vorteil mit sich, daß das Pumpenaggregat der Hydraulikanlage bei konstanter Leistung und damit opitmalem Wirkungsgrad betreibbar ist, so daß die hier gelieferte hydraulische Leistung ledig­ lich in Abhängigkeit von den angetroffenen Gebirgsver­ hältnissen auf unterschiedliche Verbraucher verteilt wird.

Die Ausgestaltung des Hydromotors 18 gemäß Anspruch 5 als Hydromotor mit variierbarem Schluckvolumen bietet kon­ struktiv und steuerungstechnisch einfach zu handhabende Möglichkeiten einer stufenlosen, ausgehend von einem völligen Freilauf bis zu der gewünschten Leistungsabgabe erfolgenden Steuerung der durch diesen abgegebenen An­ triebsenergie.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Teilschnittmaschine in einem Tunnel in einer Seitenansicht;

Fig. 2 eine Draufsicht gemäß Pfeil II auf die Teilschnitt­ maschine gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein Schaltschema der Antriebe des Schrämauslegers und des Schrämwerkzeugs.

Mit 1 ist in den Fig. 1 und 2 eine Teilschnittmaschine in ihrer Gesamtheit bezeichnet, welche im wesentlichen aus einem den Maschinenrahmen nebst elektrischen und hydrau­ lischen Antriebs- und Steuerungseinrichtungen tragenden Raupenfahrwerk 2 und einem gegenüber dem Maschinenrahmen sowohl um eine Vertikal- als auch um eine Horizontalachse schwenkbaren Ausleger 3 besteht. Der Ausleger 3 trägt an seinem vorderen Ende einen Schrämkopf 4, der um eine sich quer zur Längsachse des Auslegers 3 erstreckende Achse 5 drehbar ist. Innerhalb des Schrämkopfes ist ein Getriebe untergebracht, welches die mechanische Verbindung zwischen den meißelbestückten Kopfschalen einerseits und einem im Innenraum des Auslegers untergebrachten Elektromotor ande­ rerseits darstellt. Mit 6 ist ein Ladetisch bezeichnet, der in nicht näher dargestellter Weise mit einer Abförderein­ richtung 7, beispielsweise einem Kettenförderer zusammen­ wirkt. Der Ladetisch dient der Aufnahme des beim Betrieb der Teilschnittmaschine mittels der Kopfschalen von der Ortsbrust abgetragenen Materials sowie dessen Überführung auf die Abfördereinrichtung 7.

Der Schwenkantrieb des Auslegers 3, soweit Bewegungen in einer Horizontalebene betroffen sind, erfolgt hydraulisch mittels der beidseitig angeordneten Schwenkzylinder 9. Mit 10 ist ein Schwenkteil bezeichnet, an welchem der Ausleger 3 um eine Horizontalachse 11 schwenkbar gelagert ist und welches seinerseits über einen nicht dargestellten Dreh­ kranz mittels der Schwenkzylinder 9 um eine Vertikalachse gegenüber dem Maschinenrahmen drehbar ist. Mit 9′ sind zwei weitere, beiderseits des Auslegers 3 angeordnete Schwenk­ zylinder bezeichnet, mittels welcher der Ausleger 3 gegen­ über dem Schwenkteil 10 in einer Vertikalebene verschwenk­ bar ist.

Das in dem Maschinenrahmen untergebrachte Hydrauliksystem besteht im wesentlichen aus einem Elektroantrieb, einem Pumpenaggregat, einem Flüssigkeitstank und diversen Steuer­ einrichtungen und dient der zentralen Versorgung der hy­ draulischen Antriebe des Auslegers 3, des Schwenkteils 10 sowie der Hydromotoren des Raupenfahrwerks 2. Um die beim Vorschub des Schrämkopfes 4 bei dessen Elektroantrieb auf­ tretende Belastung in Grenzen zu halten sind zumindest der Schwenkantrieb des Auslegers und der Antrieb des Schräm­ kopfes regelungstechnisch miteinander verbunden, worauf im folgenden unter Bezugnahme auf die zeichnerische Dar­ stellung gemäß Fig. 3 näher eingegangen werden soll. In letztgenannter Zeichnungsfigur sind Funktionselemente, die mit denjenigen der Fig. 1 und 2 übereinstimmen, auch über­ einstimmend beziffert.

In Fig. 3 ist mit 12 das Pumpenaggregat des Hydraulik­ systems bezeichnet, welches ausgangsseitig den für die hydraulischen Verbraucher der Teilschnittmaschine erfor­ derlichen Betriebsdruck liefert. Das Pumpenaggregat 12 steht mit einem zeichnerisch nicht dargestellten Elektro­ motor in Verbindung.

Dem Pumpenaggregat 12 zugeordnet ist ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil 13 mit einem der steuerbaren Ent­ lastung dienenden 2-Wege-Ventil 14. Es ist die Druckseite 15 des Pumpenaggregats 12 über das Druckbegrenzungsventil 13 mit einem Flüssigkeitstank 16 verbunden, mit welch letzterem auch der Eingang des Pumpenaggregats 12 in Ver­ bindung steht. Mittels des 2-Wege-Ventils 14 kann über das Druckbegrenzungsventil 13 die Druckseite 15 des Pumpen­ aggregats 12 mit dem Flüssigkeitstank 16 verbunden werden, so daß ein druckloses Anfahren des Pumpenaggregats 12 mög­ lich ist. Auf die Darstellung der an sich bekannten, diesem zugeordneten elektrischen Steuerungseinrichtungen ist je­ doch aus Gründen der zeichnerischen Übersichtlichkeit ver­ zichtet worden.

Die Druckseite 15 des Pumpenaggregats 12 steht einerseits mit einem 4-Wege/3-Stellungen-Proportional-Ventil 17 in Verbindung, welches der Steuerung des Flusses des Hydrau­ likmediums in Richtung auf die Schwenkzylinder 9 dient. Das Proportional-Ventil 17 ist vorzugsweise elektrisch be­ tätigbar, wobei wiederum auf eine Darstellung der zuge­ hörigen elektrischen Steuerungseinrichtungen verzichtet ist. Eine Ausgangsleitung des Proportional-Ventils 17 führt wiederum zu dem Flüssigkeitstank 16. Die Druckseite 15 steht gleichzeitig mit dem Eingang eines Hydromotors 18 in Verbindung, der ausgangsseitig an den Flüssigkeitstank 16 angeschlossen ist. Als Hydromotor 18 kann grundsätzlich jeder Hydromotor eingesetzt werden, der leistungsmäßig steuerbar ist. Der Hydromotor 18 steht mit dem, dem Schräm­ kopf 4 zugeordneten Elektromotor 19 in Verbindung, der seinerseits über eine nur schematisch angedeutete Getriebe- und Kupplungseinheit 20 an den Schrämkopf 4 angeschlossen ist.

Schließlich ist mit 21 eine Regelungseinrichtung bezeich­ net, welche mit dem Elektromotor 19 und dem Hydraulikmotor 18 in Verbindung steht. Diese Verbindung erfolgt über Meß- bzw. Steuerleitungen 22, auf denen durch Pfeile die Rich­ tung des jeweiligen Informationsflusses angedeutet ist. Gemessen wird hierbei die Leistungsaufnahme des Elektro­ motors 19, wobei in dem Fall, in dem diese aufgenommene Leistung einen bestimmten Wert überschreitet mittels der Regelungseinrichtung 21 die Leistungsaufnahme des Hydro­ motors 18 erhöht wird.

Zeichnerisch nicht dargestellt ist eine dem Proportional- Ventil 17 zugeordnete Regelungseinrichtung, durch welche in Abhängigkeit von dem druckseitig bezüglich des Pumpen­ aggregates 12 anstehenden Druckes, welcher im Betrieb der Teilschnittmaschine, insbesondere beim Verschwenken des Auslegers 3 eine bestimmte Festigkeit des zu schrämenden Gebirges anzeigt, das Proportional-Ventil 17 mit dem Ziel einer Verringerung des zu den Schwenkzylindern 9 gelangen­ den Volumenstroms des Hydraulikmediums ausgesteuert wird, so daß die Schwenkgeschwindigkeit dementsprechend reduziert wird.

Da eine sich beispielsweise erhöhende Festigkeit des zu schrämenden Gebirges bei ansonsten unveränderten Betriebs­ bedingungen sich sowohl in einer entsprechenden erhöhten Leistung des Elektromotors 19 als auch in einer Erhöhung des Arbeitsdruckes des Hydrauliksystems bemerkbar macht, können grundsätzlich wahlweise die eine oder die andere Systemgröße, nämlich die Leistungsaufnahme des Motors 19 oder der Arbeitsdruck im Hydrauliksystem als Ausgangsmeß­ größe für eine Steuerung des Proportional-Ventils 17 und des Hydraulikmotors 18 benutzt werden. Der beispielsweise als Axialkolbenmotor mit variablem Schluckvolumen ausgebildete Hydromotor 18 ist mit dem Elektromotor 19 starr gekuppelt und demzufolge in einer ersten Betriebsphase, in welcher die Antriebsenergie für den Schrämantrieb allein durch den Elektromotor 19 aufgebracht wird, hinsichtlich seines Schluckvolumens so eingestellt, daß er "leer" mitläuft, d. h. daß keine Leistungsabgabe stattfindet. Entsprechend der jeweiligen Konstruktion des beispielsweise nach dem Schrägachsenprinzip aufgebauten Axialkolbenmotors 18, bei der in an sich bekannter Weise eine Veränderung des Schluck­ volumens über eine Veränderung des Schwenkwinkels einer Zylindertrommel stattfindet, so daß ein Betätigungsmecha­ nismus für diese letztgenannte Schwenkbewegung vorhanden sein muß, kann die von der Regelungseinrichtung 21 zu dem Hydromotor 18 führende Steuerleitung 22 sowohl eine elek­ trische, eine hydraulische oder eine pneumatische Leitung sein.

Überschreitet somit der Arbeitsdruck im Hydraulikmedium einen bestimmten einstellbaren Wert, welches praktisch gleichbedeutend mit einer Erhöhung der Leistungaufnahme des Elektromotors 19 ist, so daß eine Reduzierung der Schwenkgeschwindigkeit erforderlich wird, um eine Über­ lastung des Elektromotors 19 zu vermeiden, wird somit bei unveränderter Förderleistung des Pumpenaggregats 12 den Schwenkzylindern 9 eine reduzierte Leistung zugeführt, wobei die dann hier überschüssige Leistung nunmehr dem Schrämantrieb, nämlich dem Hydromotor 18 zugeführt wird, dessen Schluckvolumen entsprechend dem verminderten Volu­ menstrom der Schwenkzylinder 9 erhöht wird.

Es steht somit bei verringerter Schwenkgeschwindigkeit eine erhöhte Leistung für den Schrämantrieb zur Verfügung, nämlich die zusammengefaßte Leistung des Elektromotors 19 und des Hydromotors 18.

Von besonderem Vorteil ist jedoch, daß die im Rahmen des Hydrauliksystems der Teilschnittmaschine installierte Leistung auch bei wechselnden Gebirgsverhältnissen voll­ ständig ausgenutzt wird und bei bestimmten, von den je­ weiligen Gebirgsverhältnissen abhängigen Betriebsbedin­ gungen lediglich mit variablen Anteilen auf unterschied­ liche Verbraucher, nämlich den Schwenkantrieb und dem Schrämantrieb verteilt wird.

Im Bedarfsfall, nämlich bei großer Gesteinsfestigkeit des zu schrämenden Gebirges steht somit bei reduzierter Schwenkgeschwindigkeit eine erhöhte Leistung für den Schrämantrieb zur Verfügung, wohingegen bei auftretenden geringeren Gesteinsfestigkeiten die Schwenkgeschwindig­ keit erhöht werden kann, da der Leistungsbedarf für den Schrämantrieb dementsprechend verringert ist.

Die Erfindung ist vorstehend unter Bezugnahme auf die, die Horizontalbewegungen des Auslegers 3 steuernden Schwenk­ zylinder 9 dargestellt worden. Es können in den Schwenk­ antrieb, und zwar ersatzweise für die Schwenkzylinder 9 oder zusätzlich zu diesen erfindungsgemäß auch die Schwenk­ zylinder 9 einbezogen werden.

Claims (5)

1. Teilschnittmaschine mit einem Fahrwerk, einem einen Schrämkopf (4) tragenden, horizontal und/oder vertikal schwenkbaren Ausleger (3), wenigstens einem Schwenkan­ trieb für die Schwenkbewegung des Auslegers (3) sowie einen Schrämantrieb für die Schneidbewegung des Werk­ zeugs des Schrämkopfes (4) und einem Hydrauliksystem zur Übertragung der Antriebsenergie zumindest für den Schwenkantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die über das Hydrauliksystem übertragene Antriebsenergie nach Maßgabe des anstehenden Arbeitsdruckes und/oder der für den Schrämantrieb benötigten Antriebsenergie auf den Schwenkantrieb und den Schrämantrieb aufteilbar ist.

2. Teilschnittmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schrämantrieb aus einem Elektro- (19) und einem leistungsmäßig steuerbaren Hydromotor (18) besteht, welcher über ein Getriebe (20) mit dem Werkzeug des Schrämkopfes (4) in Verbindung stehen.

3. Teilschnittmaschine nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Regelungseinrichtung (21) zur Bildung von Stellgrößen für die Übertragung von Antriebsenergie auf den Schwenkantrieb sowie den Schrämantrieb in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme des Elektro­ motors (19) und/oder dem Arbeitsdruck im Hydraulik­ system.

4. Teilschnittmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Belastung des Werkzeugs des Schrämkopfes (4) abhängige Aufteilung der Antriebsenergie auf den Schrämantrieb einerseits und den Schwenkantrieb andererseits dahingehend steuerbar ist, daß das den Arbeitsdruck des Hydrauliksystems liefernde Pumpen­ aggregat (12) mit einer im wesentlichen konstanten Leistung betreibbar ist.

5. Teilschnittmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydromotor (18) ein mit der Welle des Elektromotors (19) starr verbundener Hydraulikmotor ist, dessen Abtriebsleistung in an sich bekannter Weise durch Veränderung des Schluckvolumens variierbar ist und daß der Schwenkantrieb durch wenigstens einen Linear­ antrieb gebildet wird.