Schmiedeteile im Bergbau spielen eine Schlüsselrolle

Ing. Werner W. Adlof, Hagen<br />

Dort, wo die Steinkohle ist,<br />

dort ist auch die DBT-Gruppe!<br />

So lautet die Strategie<br />

der Firma Deutsche <strong>Bergbau</strong>-Technik<br />

GmbH (DBT),<br />

die Anfang 1995 aus dem<br />

Zusammenschluß dreier traditionsreicher<strong>Bergbau</strong>maschinen-Herstellerentstanden<br />

ist.<br />

Ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit<br />

von Strebausrüstungen<br />

und zwangsgeführtenTransporteinrichtungen<br />

<strong>im</strong> untertägigen<br />

<strong>Bergbau</strong> erfordert geschmiedete<br />

Bauelemente an den<br />

Schlüsselpositionen dieser<br />

Anlagen.<br />

SCHMIEDE-JOURNAL SEPTEMBER 2000<br />

REPORT<br />

<strong>Schmiedeteile</strong> <strong>im</strong><br />

<strong>Bergbau</strong> <strong>spielen</strong> <strong>eine</strong><br />

<strong>Schlüsselrolle</strong><br />

Die Erklärung, die Dipl.-Ing. Gerhard<br />

Merten, Oberingenieur und Leiter der Konstruktion<br />

Gewinnung/Fördertechnik bei der<br />

DBT zum Einsatz von <strong>Schmiedeteile</strong>n für die<br />

Schlüsselelemente der DBT-<strong>Bergbau</strong>ausrüstungen<br />

gibt, ist einfach: „Werden z. B. Förderrinnen<br />

in ihren Zugkraftelementen oder<br />

Triebstocksysteme, auf denen die Walzenlader<br />

laufen, zerstört, so verursacht ein<br />

Wechsel solcher Elemente <strong>eine</strong>n Produktionsausfall<br />

von 750 000 US-Dollar pro Tag.<br />

Deswegen verwenden wir nur Bauelemente,<br />

die ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit bieten,<br />

und dies sind fast ausschließlich <strong>Schmiedeteile</strong>.“<br />

Deutsche <strong>Bergbau</strong>technologie ist weltweit<br />

führend<br />

Die DBT-Gruppe hat in den letzten Jahren<br />

ihre Stellung als Technologieführer auf dem<br />

Weltmarkt für den untertägigen <strong>Bergbau</strong> wei-<br />

12<br />

Bild: DBT<br />

ter ausgebaut. Das Unternehmen, das zum<br />

Konzernverbund der RAG Aktiengesellschaft<br />

gehört, liefert <strong>Bergbau</strong>maschinen für den<br />

Strebbau, wie Schildausbau-Systeme für Flözmächtigkeiten<br />

von 0,6 bis 6 m, Fördersysteme<br />

wie Kettenkratzförderer und Gewinnungssysteme<br />

wie Walzenlader und Hobelsysteme, um<br />

nur die wichtigsten Produkte zu nennen. Der<br />

Marktanteil der DBT liegt jetzt bei 65 %.<br />

Walzenlader werden an Kettenkratzerförderern<br />

geführt, die entsprechend der<br />

Kohlenflözlänge von 200 bis 430 m lang sein<br />

können. Als Ausbau- und Vorschubeinrichtung<br />

des Gewinnungssystems werden hinter<br />

dem Förderer elektrohydraulische Ausbaueinheiten,<br />

sogenannte Schildausbau-Systeme,<br />

eingesetzt. Walzenlader gewinnen in beiden<br />

Fahrtrichtungen die Kohle herein. Sie haben<br />

Schneidleistungen bis zu 1 200 kW und<br />

Marschgeschwindigkeiten bis zu 45 m/min.

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Der Kettenkratzerförderer<br />

bildet die<br />

Maschinenfahrbahn<br />

für den Walzenlader<br />

mit s<strong>eine</strong>r Antriebseinheit.<br />

Er ist auf der<br />

Versatzseite auf dem<br />

Triebstock-Vorschubsystem<br />

und auf der<br />

Kohlenstoßseite mit<br />

Gleit- oder Rollenkufen<br />

gelagert.<br />

Entsprechend der<br />

geologischen Ablagerung<br />

<strong>eine</strong>s Flözes<br />

kann die Lage des<br />

Förderers horizontal<br />

kurvenförmig sein.<br />

Ein Kettenkratzerförderer<br />

besteht aus<br />

1,5 bis 1,75 m langen<br />

Segmentstücken, den<br />

Fördererrinnen, die<br />

über Knebelverbindungen<br />

miteinander<br />

verbunden sind. Die<br />

einzelnen Fördererrinnen<br />

untereinander erlauben horizontale<br />

Abwicklungen von bis zu +/- 5° und vertikale<br />

von bis zu +/- 1,5°. Diesen Abwinkelungen<br />

muß ein Walzenlader über das Triebstocksystem<br />

folgen können.<br />

Die Triebstockelemente, die das Triebstock-Vorschubsystem<br />

bilden, haben <strong>eine</strong><br />

komplizierte Form mit 6 innenliegenden<br />

Zähnen (siehe Bild oben).<br />

Dazu Gerhard Merten: „Ein Triebstockelement<br />

ist dem Element Förderrinne<br />

jeweils fest zugeordnet, während das andere<br />

den Rinnenstoß überbrückt.<br />

Dadurch ist<br />

die Abwinkelung der<br />

Triebstockelemente<br />

untereinander nur<br />

halb so groß wie die<br />

Abwinkelung der Fördererrinnen,<br />

so daß<br />

bei vertretbarem Teilungsfehler<br />

<strong>im</strong> Übergang<br />

von <strong>eine</strong>m Element<br />

zum anderen<br />

<strong>eine</strong> größtmögliche<br />

horizontale und vertikale<br />

Beweglichkeit<br />

des Förderers erhalten<br />

bleibt. Das den Rinnenstoßüberbrückende<br />

Triebstockelement<br />

ist in Langlöchern<br />

gelagert, so daß auch<br />

<strong>eine</strong> Längsverschiebung<br />

der Fördererrinnen<br />

möglich ist.<br />

Die Triebstöcke<br />

sind höchstbelastete<br />

Maschinenelemente,<br />

REPORT<br />

CAD-Bild des Triebstocks Bild: Ruhrtaler Gesenkschmiede<br />

einzelne Zähne werden bis zu 500 kN belastet;<br />

in Längsrichtung müssen Triebstöcke ca.<br />

3 000 kN in ihren Verbindungselementen aufnehmen.<br />

Hohe Anforderungen werden an die<br />

Maßgenauigkeit, an die Toleranz der Zähne<br />

untereinander und an die Festigkeit gestellt.<br />

Wurden die ersten Triebstöcke aufwendig aus<br />

Schweißkonstruktionen mit hohem mechanischen<br />

Fertigungsaufwand hergestellt, ist man<br />

später aus Kostengründen dazu übergegangen,<br />

diese Triebstöcke zu gießen. Erforderliche<br />

Toleranzmaße, gute Oberflächenbeschaffen-<br />

Toleranzen und Zahnauslauf Bild: Ruhrtaler Gesenkschmiede<br />

heit an den Zahnflanken<br />

und an Führungen<br />

konnten<br />

durch den Guß nicht<br />

<strong>im</strong>mer eingehalten<br />

werden.<br />

Die drei wesentlichen<br />

Aspekte: Qualität,<br />

Festigkeit und<br />

Kosten veranlaßten<br />

uns, Überlegungen<br />

anzustellen, diese<br />

Teile schmieden zu<br />

lassen.<br />

Gemeinsam mit der<br />

Ruhrtaler Gesenkschmiede,<br />

die, wie<br />

auch DBT, mit dem<br />

dreid<strong>im</strong>ensionalen<br />

Zeichnungssystem<br />

Pro Engineer arbeitet,<br />

wurden funktionstechnische<br />

Untertage-<br />

Erfordernisse mit den<br />

schmiedetechnischen<br />

Möglichkeiten verglichen<br />

und in Rekordzeit<br />

das neue Triebstocksystem „Jumbotrac“ –<br />

wie wir es nennen – aus <strong>Schmiedeteile</strong>n entwickelt.“<br />

Dipl.-Ing. Volkhard Schnitzler, Technischer<br />

Leiter der Ruhrtaler Gesenkschmiede, Witten:<br />

„Der Triebstock mit <strong>eine</strong>m Fertigteilgewicht<br />

von 110 kg ist <strong>eine</strong>s der größten Teile, welches<br />

bei der Ruhrtaler Gesenkschmiede derzeit<br />

hergestellt wird.<br />

Die Fertigung der Triebstöcke beginnt mit<br />

der Massenverteilung. Über ein 3 stufiges<br />

Vorstauchwerkzeug wird jene Querschnittsveränderungherbeigeführt,<br />

die für die<br />

Schmiedung benötigt<br />

wird. Aufgrund der<br />

komplizierten<br />

Massenverteilung an<br />

den Enden des Triebstocks<br />

müssen die 3<br />

Stufen sehr genau<br />

aufeinander abgest<strong>im</strong>mt<br />

sein. Danach<br />

werden die Teile<br />

nochmals speziell entzundert,<br />

da an die<br />

Oberflächenbeschaffenheit<br />

wegen dem<br />

Eingriff des Antriebsrads<br />

in den Triebstock<br />

<strong>im</strong> Hinblick auf das<br />

Gleiten des Walzenladers<br />

spezielle Anforderungen<br />

gestellt<br />

werden. Die nachfolgendeFertigschmiedung<br />

geschieht auf<br />

<strong>eine</strong>m 200 kJ-Bêché-<br />

Gegenschlaghammer.<br />

13 SCHMIEDE-JOURNAL SEPTEMBER 2000

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Eine spezielle Konstruktion der Gesenke<br />

wird benötigt, um Versatz und Fließverhalten<br />

des Materials so zu beeinflussen, daß die Verzahnung<br />

des Antriebsrads ohne Probleme<br />

über <strong>eine</strong> längere Strecke in die Zähne des<br />

Triebstocksystems eingreifen kann.<br />

Wichtig ist hierbei, daß be<strong>im</strong> Schmiedeprozeß<br />

die Gratbahn so gelegt wird, daß<br />

auch die Dickenunterschiede durch das austretende<br />

Material nicht übermäßig groß werden.<br />

Es wird <strong>eine</strong> Toleranz von +/- 2 mm prozeßsicher<br />

eingehalten. Ein komplizierter<br />

Abgrat-, Loch- und Kalibriervorgang beendet<br />

die Warmformgebung.<br />

Wichtig hierbei ist die Zahnteilung, die sehr<br />

eng toleriert ist, und der Auslauf der Zähne in<br />

die Seitenwand. Aus der Zahnskizze (siehe<br />

Bild Seite 13 unten) ist zu ersehen, daß hier<br />

für ein solch großes Schmiedeteil <strong>eine</strong> sehr<br />

geringe Toleranz gefordert wird. Einhaltbar<br />

ist diese Toleranz erst durch die genaue Anfertigung<br />

der Schmiedewerkzeuge in der<br />

Verkettung CAD – CNC“.<br />

Bei dem verwendeten Werkstoff handelt es<br />

sich um <strong>eine</strong> Sonderlegierung ähnlich<br />

33 NiCrMo 6, Werkstoff Nr. 1.6567. Die<br />

Triebstöcke werden vergütet auf <strong>eine</strong> Festigkeit<br />

von 1 100 bis 1 250 N/mm 2 .<br />

Die Qualitätssicherungsmaßnahmen umfassen,<br />

da es sich um <strong>eine</strong>n gesicherten Prozeß<br />

handelt, <strong>eine</strong> 10 %ige Rißprüfung, <strong>eine</strong><br />

10 %ige Überprüfung der Zahnkontur und<br />

<strong>eine</strong> 100 %ige Prüfung der Geradheit des<br />

Triebstocks in 2 Ebenen.<br />

Ein besonders wichtiger Punkt bei der<br />

Herstellung der einbaufertigen Triebstöcke ist<br />

die Oberflächenhärtung der Zahnprofile. Hier<br />

hat die Ruhrtaler Gesenkschmiede in der<br />

Härterei VTN Witten GmbH <strong>eine</strong>n kompetenten<br />

Partner gefunden, der in der Lage ist, wirtschaftlich<br />

<strong>eine</strong> Zahnhärtung vorzunehmen,<br />

die bei <strong>eine</strong>r Eindringtiefe von ca. 6 bis 8 mm<br />

<strong>eine</strong>n weichen Übergang gewährleistet und<br />

REPORT<br />

Einbaufertig bearbeiteter Triebstock (110 kg) aus 33NiCrMo6 Bild: Ruhrtaler Gesenkschmiede<br />

SCHMIEDE-JOURNAL SEPTEMBER 2000<br />

Verlauf der oberflächengehärteten Kontur an<br />

dem Zahnprofil<br />

Bild: Ruhrtaler Gesenkschmiede<br />

14<br />

<strong>eine</strong> Endhärte an der Oberfläche der Zähne<br />

von 52 + 4 HRC erreicht.<br />

Die Teile werden danach bei der Ruhrtaler<br />

Gesenkschmiede partiell mechanisch bearbeitet,<br />

wobei die genaue Lage der Löcher zur<br />

Zahnteilung wichtig ist, und einbaufertig an<br />

DBT geliefert (siehe Bild links).<br />

Die Leistungsfähigkeit der <strong>Bergbau</strong>technologie<br />

wird weiter zunehmen<br />

Heute kann die untertägige Kohleproduktion<br />

aus <strong>eine</strong>m Strebausbau bis zu 50 000 t<br />

pro Tag betragen. Den aktuellen Weltrekord<br />

mit <strong>eine</strong>r verwertbaren Förderung bis zu<br />

850 000 t Steinkohle pro Monat hält derzeit<br />

das Bergwerk Twentymile, USA, welches mit<br />

DBT-Technik arbeitet.<br />

In Deutschland wurde 1998 in dem Bergwerk<br />

Friedrich Heinrich <strong>im</strong> Rheinland mit<br />

430 m der zur Zeit längste Streb der Welt<br />

angefahren, der <strong>eine</strong> verwertbare Förderung<br />

von über 20 000 t pro Tag aus <strong>im</strong>merhin<br />

1 000 m Tiefe ergibt.<br />

Die Trends in den Strebausrüstungen gehen<br />

zu noch stärkeren Antrieben, schnelleren<br />

Gewinnungs- und Fördermaschinen und <strong>eine</strong>r<br />

weiteren Erhöhung der Betriebspunktfördermengen.<br />

Gerhard Merten: „Viel Wert wird<br />

nach wie vor auf die Erhöhung des Ausnutzungsgrads<br />

der Gewinnungsbetriebe gelegt.<br />

Und das bedeutet: Wir benötigen absolut zuverlässige<br />

<strong>Schmiedeteile</strong> an den Schlüsselpositionen<br />

unserer Ausrüstungen: Für hochwertige<br />

Triebstöcke, wie hier erläutert, aber<br />

auch für Knebel und Knebeltaschen sowie für<br />

Kratzer unserer Fördererrinnen oder für<br />

Stempeltöpfe für den Strebausbau, um nur<br />

einige wichtige Beispiele zu nennen, jedenfalls<br />

für die Sicherheitsteile aller Art in unseren<br />

Produkten!“ n<br />

430 m langer Streb mit Walzenlader und Kettenkratzerförderer Bild: DBT