Neue Generation von Schaufelradantrieben Historische Entwicklung und heutiger Stand der Technik Dipl.-Ing. Matthias Gnilke MAN TAKRAF Fördertechnik GmbH, Lauchhammer www.man-takraf.de Die Darlegungen zur historischen Entwicklung und zum heutigen Stand der Technik bei Schaufelradantrieben beruhen auf einem Vortrag des Autors auf der Informationsveranstaltung Antriebslösungen für unsere Tagebaukunden der MAN TAKRAF Fördertechnik GmbH am 17.04.2003 in Lauchhammer. Diese Informationsveranstaltung für langjährige Kunden und Partner des Unternehmens fand anlässlich der Werkserprobung eines neu entwickelten Schaufelradgetriebes mit 2 x 1250 kw Antriebsleistung statt. Mit den ca. 80 t Dienstgewicht und über 6 m Höhe ist dieses Getriebe das größte und leistungsstärkste Kompakt-Schaufelradgetriebe das jemals in Lauchhammer gebaut wurde. Es wurde per Spezialtransport in einer kompletten Einheit direkt vom Prüfstand zum Auftraggeber Vattenfall Europe Mining AG in den Tagebau Nochten transportiert. Der neue Antrieb ist dort Bestandteil eines Maßnahmepakets zur langfristigen Beherrschung äußerst komplizierter geologischer Bedingungen (Flaschenton mit Steinhorizonten) in dem Lausitzer Tagebau. 1 Schaufelradantriebe Herzstück für Modernisierung und Neubau von Schaufelradbaggern Viele der Tagebauausrüstungen, die vor allem in den 1970`er und 1980`er Jahren aus Lauchhammer an zahlreiche Bergbauunternehmen in Mittel- und Osteuropa geliefert wurden, bedürfen auf Grund des fortgeschrittenen Verschleißes einerseits und veränderter geologischer und wirtschaftlicher Bedingungen andererseits einer komplexen Instandsetzung und Modernisierung. Die hierfür von der MAN TAKRAF erarbeiteten Modernisierungslösungen tragen dazu bei, die Anlagen durch zielgerichtete Investitionen für die veränderten Anforderungen der nächsten Jahrzehnte fit zu machen. Das Herzstück jeder Modernisierung von Schaufelradbaggern bilden das Schaufelrad und dessen Antrieb. Speziell für den Schaufelradantrieb wurde bei der MAN TAKRAF in den vergangenen Jahren eine neue Generation von Großgetrieben entwickelt. Dabei konnte auf den in den zurückliegenden Jahrzehnten gesammelten Erfahrungen der Kunden aufgebaut und das spezifische Know-how des Entwicklers und Herstellers von Schaufelradbaggern eingebracht werden. Die neuen MTF- Schaufelradgetriebe zeichnen sich durch eine robuste, den Anforderungen im Bergbau gerecht werdende Bauweise aus. Die Getriebe sind so gestaltet, dass sie den gestiegenen Anforderungen an den Umweltschutz und die Lärmemission genügen, wartungsarm sind und durch ein Full Service Paket ergänzt werden. 1
Bild 1: Großschaufelradbagger, MAN Takraf 2 Ausgangssituation Mitte der 1990 er Jahre Als Mitte der 1990 er Jahre bei MTF mit der Entwicklung einer neuen Generation von Schaufelradgetrieben begonnen wurde, wurde zunächst der damalige Stand der Technik gründlich analysiert. Die nachfolgenden Bilder zeigen die wesentlichen Entwicklungsschritte in den einzelnen Leistungsklassen. Bild 2: Leistungsklasse bis 800 kw 2
Bild 3: Leistungsklasse von 800 bis 1500 kw Bild 4: Leistungsklasse ab 1500 kw In der nachfolgenden Übersicht ist der in der Mitte der 1990 er Jahre erreichte Stand der Technik zusammengefasst. Es hatten sich im Wesentlichen zwei Bauarten durchgesetzt, die sich hinsichtlich der Ausführung der letzten Getriebestufe unterscheiden. Im Verlauf der Entwicklung konnten durch die kontinuierlich weiterentwickelten Fertigungsmöglichkeiten die Kompaktgetriebe bis in den oberen Leistungsbereich vordringen. 3
Bild 5: Bauarten von Getriebeendstufen Beide Bauarten haben charakteristische Merkmale und daraus resultierende spezifische Vor- und Nachteile. Bild 6: Charakteristische Merkmale der Getriebeendstufen 4
3 Die Neue Generation von MTF-Schaufelradgetrieben Zu den wesentlichen Merkmalen der Neuen Generation von Schaufelradgetrieben gehören: Ausführung als Planetendifferenzialgetriebe mit Stirnrad-Endstufe Leistungsbereich zur Zeit von 400 bis 2500 kw Auslegung der Verzahnungen und Wälzlager auf Basis umfangreicher Analysen ausgeführter SR-Getriebe unter Verwendung ausgewogener Verzahnungskorrekturen (Tragbild, Tragfähigkeit, Geräusch) rechnerische Simulation des dynamischen Verhaltens Gehäuse in verwindungssteifer Kastenbauweise gewährleisten in Verbindung mit Verzahnungskorrekturen optimale Tragfähigkeit Gehäuse akustisch optimiert Wellendichtungen für höchste Anforderungen optimiertes Schmierungs- und Kühlsystem und rechnerische Simulation des thermischen Verhaltens montage- und demontagefreundliche Gestaltung sorgfältige Prüfstandserprobung mit Aufnahme des Nullzustandes Die Getriebe können als Ein- und Zweistranggetriebe ausgeführt werden. Die nachfolgenden Bilder zeigen noch einmal das Funktionsprinzip und einige Ausführungsbeispiele. 5
Bild 7: Planetendifferenzialgetriebe (ein Motor) Bild 8: Baureihe MTF-SR-Getriebe (ein Motor) 6
Bild 9: Planetendifferenzialgetriebe (zwei Motoren) Bild 10: Baureihe MTF-SR-Getriebe (zwei Motoren) 7
4 Möglichkeiten der kundenspezifischen Vereinheitlichung Die beschriebene Bauweise mit Planetendifferentialstufe ermöglicht die kundenspezifische Entwicklung von Schaufelradgetrieben, deren Wälzlager und Verzahnungsteile weitestgehend vereinheitlicht sind. Dadurch ergeben sich deutliche Kostenvorteile bei der Ersatzteilhaltung. Als ein Beispiel sei hier das für ein rumänisches Bergbauunternehmen realisierte Unifizierungskonzept genannt. Bild 11: Unifizierung von SR-Antrieben (Beispiel: CNLO / Rumänien) 8
5 Stand der Schaufelradgetriebe-Technik 2003 Mit der bei MTF neuentwickelten und für Tagebaubedingungen optimierten Baureihe stehen nunmehr für alle gängigen Leistungsgrößen bis ca. 1250 kw Antriebsleistung je Motor Schaufelradgetriebe mit dem neuesten Stand der Technik zur Verfügung. Bild 12: Schaufelradgetriebe-Technik 2003 Quellen Bilder: MAN TAKRAF Autor Dipl.-Ing. Matthias Gnilke Konstruktion von Sonderantrieben MAN TAKRAF Fördertechnik GmbH Bereich Konstruktion Bahnhofstraße 26 01979 Lauchhammer Tel.: +49 (0) 3574/854-266 Fax: +49 (0) 3574/854-219 e-mail: matthias.gnilke@mtf.man.de Internet: www.man-takraf.de 9