Titel: Moderne Lade- und Transporteinrichtungen für Kohle, Erze und Koks.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1903, Band 318 (S. 292–296)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj318/ar318077

Moderne Lade- und Transporteinrichtungen für Kohle, Erze und Koks.

Von Georg v. Hanffstengel, Ingenieur in Stuttgart.

(Fortsetzung von S. 284 d. Bd.)

Eine sehr verbreitete Konstruktion der zweiten Art ist der Greifer von J. Jaeger, Duisburg1).

Textabbildung Bd. 318, S. 292

Fig. 201–203 stellen einen Greifer von 2,5 cbm Fassung, entsprechend etwa 2000 kg Kohleinhalt, dar. Zwischen die beiden trapezförmigen Seitenschildedes Greifergestells, die aus Winkeleisen mit Eckblechen hergestellt und durch Flacheisenverkreuzung verbunden sind, ist oben ein Querbalken aus 2 Eisen gelegt. Eine zweite Traverse führt sich an den seitlich angenieteten Vierkanteisen a und steht mit den Schaufeln durch zwei Kniehebelpaare in Verbindung, die in den Krümmungs-Mittelpunkten |293| der Schaufeln angreifen. Diese sind in den Eckpunkten des Gerüstes drehbar aufgehängt und unten mit kräftigen Stahlschneiden versehen.

Die Lastkette wird, ehe sie in den Greifer eintritt, geteilt und greift infolge dessen vollkommen symmetrisch an. Jedes Trum läuft über drei, in den ⊏ Eisentraversen gelagerte Wollen, sodass ein Flaschenzug entsteht, der die beiden Querbalken gegen einander zieht. Mit der für die Schlusstellung ungefähr zutreffenden Annahme, dass jede Traverse die Hälfte des ganzen Greifergewicht es zu übertragen habe, ist die zwischen den beiden Traversen wirkende Kraft, wenn man von den Reibungsverlusten absieht, gleich dem 3 ½ fachen Kettenzuge.

Bei geöffnetem Greifer hängt fast das ganze Gewicht an der oberen Traverse, und es würde sich eine vierfache Uebersetzung ergeben.

Der Wirkungsgrad des Flaschenzuges ergiebt sich zu etwa 0,80 bis 0,86, wenn man in Anbetracht der schlechten Schmierung einen Zapfenreibungskoeffizienten von 0,15 bis 0,20 zu Grunde legt2) Damit lässt sich für jede Stellung der Traverse das grösste mögliche Schaufeldrehmoment näherungsweise berechnen.

Das Oeffnungsseil fasst an der oberen Traverse twas einseitig an, sodass sich der Greifer beim Entleeren ein wenig schief stellt. Lässt man die Lastkette nach und hält das Seil fest, so drückt die durch ein gusseisernes Gewicht beschwerte untere Traverse die Schaufeln auseinander bis in die in Fig. 203 gezeichnete Lage. Ohne die Kniehebelwirkung würden die Schaufeln nur soweit auseinandergehen, dass ihr Schwerpunkt unter der Drehachse läge.

Die folgende Tabelle in Verbindung mit der nebenstehenden Fig. 204 gibt die Hauptabmessungen der Jaegerschen Greifer.


Inhalt
cbm

b

h

b 1

h 1

w
Länge der
Schaufel
i. cm

Gewicht
i. kg.
1 1410 705 2150 1450 2000 1400 1200
1,5 1560 780 2400 1600 2250 1550 1400
2 1730 865 2650 1750 2500 1700 1600
2,5 1880 940 2900 1950 2750 1850 1800

Nach Fig. 205 ist die Bewegung der Schaufel leicht zu verstehen. Die Bahn der Schaufelspitze wurde nach Gutdünken aufgezeichnet, unter der Annahme, dass der Greifer zunächst ein kleines Stück durch sein Eigengewicht in die Kohle einsinkt. Soll gerade volle Füllung stattfinden, so muss der Inhalt der mit mno bezeichneten Fläche gleich dem Schaufelquerschnitt sein. Gegenüber dem zuletzt betrachteten Vorgang liegt ein wesentlicher Unterschied darin, dass die Schaufeldrehpunkte sich im Verlauf des Schliessens senken müssen, und dass das ausgegrabene Material sehr stark verdrückt wird.

In Fig. 205 ist der Greifer in der Mittelebene geschnitten gezeichnet. Will man den Zusammenhang der auf die Greiferhälfte wirkenden äusseren Kräfte untersuchen, so ist, als von der anderen Hälfte herrührend, nur eine Horizontalkraft D hinzuzufügen, da infolge der Symmetrie keine Neigung vorhanden ist, die beiden Greiferhälften vertikal gegeneinander zu verschieben. Dazu kommen natürlich noch Kräftepaare, die eine Drehung des Systems verhindern, für unsere Untersuchung indessen keine Bedeutung haben. Die Horizontalkraft D ist gleich der an der Schaufelspitze wirkenden Druckkraft, welche die beiden Greiferhälften zu trennen sucht, und die für jede Schaufelstellung bei gegebenem Kettenzuge leicht zu berechnen ist, wenn man das Schaufeldrehmoment durch den vertikalen Abstand y dividiert.

Textabbildung Bd. 318, S. 293
Textabbildung Bd. 318, S. 293
Textabbildung Bd. 318, S. 293
Textabbildung Bd. 318, S. 293
Textabbildung Bd. 318, S. 293
Textabbildung Bd. 318, S. 293

Am besten sind die Vorgänge klarzustellen, wenn man wieder zunächst eine ebene Schaufel nach Fig. 206 betrachtet, die unter beliebigem Winkel gegen die Horizontale geneigt in einem Sandhaufen mit wagerechter Oberfläche steckt und von einer Horizontalkraft D ergriffen wird. Drehung der Schaufel wird durch Kräftepaare verhindert. Wäre die Schaufelspitze vollkommen stumpf, d.h. ausser stände, in den Boden einzudringen, so würde sich ein Sandkörper abc unter dem Winkel loslösen und die schiefe Ebene ab hinaufgleiten. Dabei wirken folgende Kräfte auf die Schaufelspitze:

D = horizontale Druckkraft,

G = Eigengewicht der Schaufel,

Q = Gewicht des Sandkörpers acd,

N = Reaktion der schiefen Ebene gegenüber der Schaufel, normal zur Linie ab gerichtet,

Rl = Widerstand, den Sandkörper und Schaufelspitze auf der schiefen Ebene finden.

|294|

Um nach Möglichkeit die Verhältnisse des Greifers nachzuahmen, sei noch eine vertikal aufwärts wirkende Kraft K hinzugefügt, entsprechend dem Kettenzuge. Dieser ist bei einer bestimmten Schaufelstellung proportional der Schliesskraft D. Bei Uebertragung dieser Bezeichnungen auf den Greifer ist zu berücksichtigen, dass Kettenzug und Gewicht immer nur für eine Greiferhälfte gelten.

Für den Fall, dass D eben imstande ist, eine Aufwärtsbewegung hervorzubringen, ergibt sich dann das Kräftepolygon (Fig. 207), nach dem sich die erforderliche Verschiebungskraft D, falls die Reibungskoeffizienten bekannt sind, ohne Schwierigkeit berechnen lässt. Der Kettenzug wäre zu setzen.

Denken wir uns nunmehr die Schaufel zugeschärft (Fig. 208), so sucht die Spitze in das Material einzudringen, und es wird jetzt zweckmässig sein, an Stelle der Reaktion N den in Richtung der Schaufelebene ac fallenden Schneidwiderstand S einzuführen, womit alle die Widerstände zusammengefasst sind, die sich unter sonst gleichen Verhältnissen dem Eindringen einer vertikalen Schaufel (Fig. 196 S. 284 d. Bd.) entgegensetzen. Dazu kommt noch der Reibungswiderstand R2, welcher durch die normal zu ac gerichteten äusseren Kräfte an dieser Fläche entsteht. Damit ergibt sich das Kräftepolygon (Fig. 209).

Ob sich die Schaufelspitze nun tatsächlich in der Richtung ab oder ca bewegt, hängt davon ab, welcher Widerstand beim Anwachsen von D, d.h. beim Anziehen der Kette, zuerst überwunden wird. Die Grösse des Verschiebungswiderstandes R2 lässt sich wohl mit einiger Annäherung berechnen, dagegen können über den Schneidwiderstand gar keine Angaben gemacht werden. Schwierigkeiten entstehen auch dadurch, dass beide Widerstände, namentlich aber der letztgenannte, von der Geschwindigkeit abhängig sind. Voraussichtlich werden daher während der ganzen Dauer des Greiferschlusses beide Bewegungen gleichzeitig vor sich gehen, mit Geschwindigkeiten, die den jeweils auftretenden, aus dem Polygon zu entnehmenden Kräften entsprechen.

Nehmen wir einmal an, dass bei der in Fig. 209 angedeuteten Grösse der Kräfte langsame Bewegung in beiden Richtungen vor sich geht. Wollte man jetzt durch Vergrösserung des Kettenzuges K schnelleren Schluss herbeiführen, so würde das, wie leicht einzusehen, die in Fig. 209 punktiert eingezeichnete Aenderung des Kräfteverhältnisses zur Folge haben, da K und D zunehmen. Die Verschiebungskraft R1 wächst schneller als die Schneidkraft, und in derselben Weise wird sich auch das Verhältnis der Wege in beiden Richtungen ändern. Daraus folgt, dass schneller Greiferschluss für eine gute Füllung nicht günstig ist.

Der Kettenzug darf nur soweit gesteigert werden, dass er die Grösse von G + Q zuzüglich der Reibung in der Fläche ad nicht überschreitet. Sonst heben sich die Schneiden, und die Füllung wird unvollständig. In diesem Falle, wie überhaupt bei mangelhafter Füllung, wäre das Gewicht des Greifers zu vergrössern. Geht man damit indessen zu weit, so überfüllen sich die Schaufeln und lassen nachher einen Teil ihres Inhalts wieder fallen. Das kann z.B. vorkommen, wenn ein für Kohle gebauter Greifer Getreide fördern soll. Man kann sich dann durch Beschränkung der Oeffnungsweite helfen, doch ist es natürlich unvorteilhaft, jedesmal das unnütze Mehrgewicht zu heben.

Die mit der ebenen Schaufel angestellten Betrachtungen sind auf die gekrümmte Greiferschaufel ohne grosse Aenderung zu übertragen, und man könnte durch Aufzeichnen der Kräftepolygone für verschiedene Stellungen die Bahn der Schaufelspitze mit einiger Wahrscheinlichkeit bestimmen, wenn über die Schneid widerstände Genaueres bekannt wäre. Offenbar wird auch die Form der Schneide einigen Einfluss haben. Zweckmässig erscheint es, die Abschrägung nach innen zu legen, weil dann der Greifer sich steiler eingräbt, konstruktiv näherliegend ist indessen die umgekehrte Anordnung.

In Fig. 210 bis 213 sind für den oben gezeichneten Jaegerschen Greifer die Kräftepolygone für verschiedene Schaufelstellungen gezeichnet, unter der Annahme, dass das Gewicht des ganzen Greifers 1800 kg, also G = 900 kg ist, und dass die Vertikalkraft G + Q – K = O ist, also nach Früherem ungefähr der höchste zulässige Kettenzug K = G + Qausgeübt wird. Bei Berechnung der Kräfte D wurde angenommen, dass der Wirkungsgrad des ganzen Getriebes, einschliesslich des Flaschenzuges, = 0,75 sei.

Versteht man unter K, wie bisher, die Kettenkraft für eine Greiferhälfte, so ist, wie oben gezeigt wurde, die Traversenkraft je nach der Schaufelstellung P = 3,5 K bis 4 K, die Kraft in der Zugstange nach Fig. 205 gleich und mit Berücksichtigung des Wirkungsgrades die Schliesskraft

Die Bahn der Schaufelspitze ist in Fig. 210 nach Gutdünken eingezeichnet, jedoch so, dass der Inhalt der Fläche fg 1234h gleich dem Schaufelquerschnitt ist. Dabei wurde angenommen, dass der Greifer durch sein Eigengewicht um das Stück fg einsinkt. Die Kräftepolygone sind für die Stellungen 1234 gezeichnet. (Fig. 211–213).

Der natürliche Böschungswinkel des Materials wurde zu ρ = 40° angenommen, sodass sich ergibt:

Textabbildung Bd. 318, S. 294

Infolge der starken Kniehebelübersetzung wird anfangs die Schliesskraft sehr gross, und es ist nicht denkbar, dass der volle verfügbare Kettenzug ausgeübt wird, da das Material zunächst nur geringen Widerstand bietet. Daher ist für Stellung 1 noch ein zweites Polygon gezeichnet, in dem der Kettenzug statt 930 kg nur zu 400 kg angenommen wurde. Es zeigt sich, dass jetzt mit G + Q – K = 530 das Verhältnis zwischen Schneidkraft (S + R1) und Verschiebungskraft R2 sich bedeutend günstiger gestaltet, und das wird noch stärker hervortreten auf dem Wege zwischen g und 1. Demnach erscheint es sehr zweckmässig, dass der Greifer sich bis zur Strecklage des Kniehebels öffnet, weil dadurch anfangs der Kettenzug klein gehalten und bei geringem Gleitbestreben grosse Schneidkraft hervorgerufen wird. Die Schaufeln werden sich also sehr rasch eingraben.

Die Uebersetzung des Kniehebels nimmt nun schnell ab und D wird geringer, obwohl der Greiferinhalt und mit ihm die zulässige Kettenkraft wächst (Stellung 2). Später macht sich indessen der letztgenannte Einfluss in höherem Masse geltend, und D nimmt wieder zu. Auf die Zunahme der Schneidkraft wirkt noch ihre weniger steile Richtung günstig ein, sowie auch der Umstand, dass die Verschiebungsebene sich steiler als bisher neigen muss, weil sie sonst auf die Wand der zweiten Schaufel trifft.3) (Stellung 3.) Alle diese Umstände wirken gegen den Schluss hin immer stärker |295| und haben sehr schnelles Wachsen der Schneidkraft zur Folge. I In Stellung 4 wird endlich

R1 + S = D = 4410 kg.

Diese grosse Schneidkraft in der Schlussteilung bringt namentlich den Vorteil mit sich, dass die Schaufeln imstande sind, grössere Kohlestücke, die sich zwischen die Schneiden geklemmt haben, zu zerdrücken.4)

Textabbildung Bd. 318, S. 295

Die im Vorhergehenden angestellten Betrachtungen habenden Zweck, die Gesichtspunkte klarzulegen, von denen man bei Konstruktion eines Greifers auszugehen hat, um möglichst günstige Wirkung zu erreichen. Ist die Anordnung unzweckmässig, so kann gute Füllung nur durch Vermehrung des Eigengewichtes erzielt werden, die sehr unwirtschaftlich ist. Oder man hat, wenn es konstruktiv ausführbar ist, die Uebersetzung des Getriebes zu vergrossern, wodurch indessen die Greifdauer verlängert wird. Das erforderliche Greifergewicht für einen neuen Entwurf auf theoretischem Wege zu ermitteln, ist natürlich so lange nicht möglich, als über die Schneidwiederstände nichts bekannt ist. Doch kann man durch Vergleich mit einer erprobten Konstruktion auf Grund dieser Ueberlegung wenigstens einigen Anhalt dafür gewinnen.

Erschwert wird eine sichere Beurteilung der Vorgänge, wenn nicht, wie bisher angenommen, die einzelnen Körner des Fördergutes gegenüber den Abmessungen der Schaufel als klein anzusehen sind, wenn es sich also z.B. um Stück- oder Förderkohle handelt, da jetzt die Widerstände sehr abhängig sind von der zufälligen Lagerung der Stücke. Der Greifer wird dann ganz unregelmassige Bewegungen machen.

Ferner verschieben sich die Verhältnisse im praktischen Betriebe ein wenig dadurch, dass die Oberfläche des Fördergutes nicht horizontal zu sein pflegt. Es liegt dann in der Hand der Bedienungsmannschaft, den Greifer so aufsetzen zu lassen, dass er möglichst günstig eingreift. Hinzu kommt, dass auch die Seitenbleche der Schaufeln beim Eindringen auf Schneidwiderstände stossen, und dass infolge der Reibung die Verschiebung des Materials an dieser Stelle eine ganz andere sein wird, als in der Mitte.

Man kann sich nach dem Vorangegangenen leicht klar machen, weshalb die erste Konstruktion mit in der Mitte liegenden Drehpunkten für Bagger–, die andere für Verladezwecke bevorzugt wird. Im ersten Falle handelt es sich in der Regel um zusammenhängendes, unter Umständen beinahe festes, im zweiten um lockeres Material. Nun tritt bei den Greifern mit aussenliegenden Drehpunkten sehr starke Deformation des Greiferinhaltes ein, was bei grossem Verschiebungswiderstande wesentlich vermehrte Greifarbeit zur Folge hat, also bei zusammenhängendem Material sehr nachteilig wirken würde. Dagegen hat die andere Anordnung die Eigenschaft, dass, wenigstens bei zylindrischer Schaufelform, die Drehpunkte sich im Verlaufe des Greifens nicht heben dürfen, wenn völlige Füllung eintreten soll, da die Schaufeln sich nicht wieder tiefer eingraben können. Bei lockerem Material, aber mit geringem Verschiebungswiderstand, wird eine solche Hebung sich nur durch erhebliche Vergrösserung des Gewichtes verhindern lassen. Das Gleitbestreben wird bei der ersten Konstruktion auch dadurch begünstigt, dass der Schneidwiderstand grösser wird, da die |296| Schaufeln tiefer eindringen, als im zweiten Fall. Als Vorteil der zweiten Anordnung ist noch zu erwähnen, dass sie im allgemeinen geringere Bauhöhe zulässt, und dass die Kniehebelstäbe auf Zug statt auf Druck beansprucht werden.

Fig. 214–216 geben einen Greifer von Mohr & Federhaff, Mannheim, wieder, der bei 2 cbm Fassungsvermögen etwa 1800 kg wiegt. Die Konstruktion unterscheidet sich von der Jaegerschen namentlich dadurch, dass die Hubkette ungeteilt in den Greifer eingeführt ist. Der Flaschenzug besteht aus zwei, in einer schweren gusseisernen Traverse gelagerten, losen Rollen a und einer festen Rolle b im Greifergerüst. Durch die Leitrolle c wird die Schliesskette so geführt, dass sie um etwa 50 mm aus der Mittelebene des Greifers abweicht, ebenso viel wie die gegenüber am Gestell befestigte Entleerungskette, sodass der Greifer in jedem Falle ein wenig schief hängt.

Die Gusstraverse, die den unteren Rollenblock darstellt, ist mit Zapfen in Blechschilde eingehängt, die mit der links gezeichneten Schaufel fest vernietet sind. Der Aufhängepunkt der Traverse beschreibt also einen Kreis um den Drehzapfen D1 und bedarf keiner besonderen Führung. Die zweite Schaufel wird von der ersten aus durch die Stange d gedreht. Bei dieser Art des Antriebes bewegen sich natürlich die Schaufeln nicht ganz gleichmässig. Die an den beiden Schneiden ausgeübten Horizontalkräfte lassen sich für jede Stellung leicht berechnen, wenn man bedenkt, dass sie sich gegenseitig aufheben, also notwendig einander gleich sein müssen. Die auf Verschiebung und auf Eindringen wirkenden Kräfte müssen besonders bei voller Oeffnung (Fig. 214) inwesentlich anderem Verhältnis stehen, als bei dem Greifer von Jaeger, da die sehr starke Uebersetzung des vollständig gestreckten Kniehebels hier fehlt, sodass bei Beginn des Eindringens grösserer Kettenzug auszuüben ist. Die an der Traverse wirkende Kraft darf wieder, je nach der Schaufelstellung, gleich dem 3,5- bis 4fachen Kettenzug gesetzt werden. Das Gewicht der Traverse genügt, um die Schaufeln zu spreizen.

Eine Hilfskette e begrenzt die Oeffnungsweite und gestattet, diese leicht zu verändern, wenn unvollständige oder übermässige Füllung eintreten sollte. Die Achsen der Rollen a liegen etwas höher, als der Drehpunkt der Traversen, sodass diese sich im stabilen Gleichgewichte befindet. Auch wird einer Schiefstellung dadurch entgegengewirkt, dass die grösste Eisenmasse nach unten verlegt ist.

Der Greifer hat sich in zahlreichen Ausführungen gut bewährt. Die Gewichte werden folgendermassen angegeben:

Inhalt (cbm): 1,25 1,5 1,75 2 2,25.
Gewicht des Greifers (kg): 1350 1480 1660 1780 1860.

Der Greifer der Düsseldorfer Kranbaugesellschaft, der in Fig. 136 u. 137 S. 103 d. Bd. eingezeichnet ist, beruht auf demselben Grundsatz, wie die beschriebenen Konstruktionen, ist aber für Betrieb mit Drahtseil eingerichtet. Das Schliesseil wirkt auf zwei symmetrisch eingebaute Flaschenzüge, deren Anordnung grosse Rollendurchmesser und Biegung des Seiles in einem Sinne ermöglicht. Die Schaufeldrehmomente verlaufen etwas anders als bei Jaeger, weil die Zugstangen nicht an einem Punkte in der Mittelebene, sondern an den Enden eines Querstabes angreifen.

(Fortsetzung folgt.)

|292|

D. R. P. 87836/

|293|

Vgl. Ernst, Hebezeuge, 3. Aufl., S. 59.

|294|

Vgl. den oben angeführten Aufsatz von Salomon.

|295|

Bei dieser Gelegenheit sei an. die in Jahrgang 1902, 8. 556 dargestelle Konstruktion von Losenhausen erinnert, die den gleichen Zweck in noch höherem Masse durch Anwendung einer unrunden Trommel zu erreichen sucht.

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