Bei der Marktlage der vergangenen Jahre ist der Konkurrenzdruck hoch. In Zeiten sinkender Nachfrage, hoher Angebotsbestände und lauten Forderungen nach nachhaltigem Abbau gilt es, Rohstoffe so effizient wie möglich zu gewinnen. Die Firma Eickhoff hat sich dies verstärkt im Kohleabbau bei den in Bergwerken eingesetzten Walzenladern zum Ziel gesetzt. Die Maschinenreihe beginnt bei dem kleinen SL300, der eine kontinuierliche Förderleistung von 600.000 Tonnen monatlich dank 2x480 Kilowatt starken Schneidmotoren und 2x90 Kilowatt Windenantrieb aufweist. Versorgt mit 2015 Kilowatt schaufelt der nächst größere SL 500 in einem Schneidbereich von 2,5 – 6,0 Meter und 23 – 32 U/min Schneidwalzen-Drehzahl eine Million Tonnen bei einer Windengeschwindigkeit von bis zu 37 Meter pro Minute.
Der leistungsstärkste Walzenlader der Welt SL1000 liefert 2800 kW für einen Schneidbereich von bis zu 8,6 Metern bei Schneidwalzen Drehzahlen von 29 – 41 U/min und Windengeschwindigkeit von maximal 41 m/min. Die für die eigenen Maschinen eingesetzten, elektromechanischen Planetengetriebe werden für Kunden in acht verschiedenen Bauarten und insgesamt 19 verschiedenen Baugrößen mit jeweils Stirn-, Kegel- oder Schneckenradvorstufen angeboten. Bei zwei bis fünf Stufen können Nenndrehmomente von 220,5 bis 7280 kNm abgedeckt werden.
Das Hydrauliksystem der Walzenlader ist als Konstantvolumenstromsystem mit Innenzahnradpumpen (Konstantpumpen) ausgeführt und arbeitet mit Betriebsdrücken zwischen 260 und 280 bar. Als Wegeventile kommen schlagwettergeschützte elektrohydraulische proportional/On-Off-Ventile zum Einsatz. Im Hydraulikkreislauf befinden sich mehrere Filterstufen mit Grob- und Feinfiltern.
Je nach Anwendung werden Hydraulikzylinder in den unterschiedlichsten Baugrößen eingesetzt. Vereinzelt kommen für Peripherieanwendungen Hydraulikmotoren, auch Orbitalmotoren genannt, zum Einsatz. Die Übertragung der hydraulischen Energie erfolgt hauptsächlich über Schlauchleitungen mit Bergbauzulassung. Dabei kommen meist konventionelle Mineralöle wie HLP 100 als Hydraulikmedium zum Einsatz. Im Atex-Raum wird schwerentflammbares HFC-E auf Wasser-Glykol-Basis mit etwa 20 Prozent Wasseranteil und einer Viskosität von 68 cst angewendet.
Die Walzenladergeschwindigkeit wird in Abhängigkeit der Schneidmotorbelastung automatisch gesteuert. Um die Fahrt und Schnitthöhe der Walzenlader bestmöglich auf die unterschiedlichen Konturen des Strebs auszurichten, können die Schnittmuster und -zyklen mit dem Automatisierungsprogramm EiControlSB eingestellt werden. Erforderlich hierfür ist jedoch eine stabile Funkverbindung, damit die an den Geräten erfassten Sensorwerte unterbrechungsfrei an die Leitstelle übermittelt werden.
Neben der Auslegung der Vorschubgeschwindigkeit eines Walzenladers sind auch die Bewegungen der Deckenschilder und die dadurch bedingten Auswirkungen auf das Hydrauliksystem zu berücksichtigen. Im Normalfall folgt der Schildausbau dem Walzenlader sequenziell, wobei die hydraulischen Einzelfunktionen wie Senk-, Abstütz- und Vorwärtsbewegung über die schildeigene PLC angesteuert werden. Je nach Walzenlader oder Strebbeschaffenheit kann jedoch ein gleichzeitiges Nachrücken mehrerer Schilde erforderlich sein.
Ein im Normalfall auf 350 Bar ausgelegtes Hydrauliksystem des gesamten Strebs muss dies ohne beeinträchtigende Druckabfälle stemmen können. Sonst wird das System abgeschaltet und der Abbau-Prozess unterbrochen, was zu sicherheitskritischen Situationen führen kann. Caterpillar hat dazu zwischen 2011 und 2015 eigens eine Simulation entwickelt, mit der in Abhängigkeit von Zykluszeiten, in denen ein Schild sich senkt, vorwärts bewegt und den nächsten Deckenabschnitt abstützt, die Auswirkungen auf das gesamte Strebsystem berechnet werden können. So wird eine effiziente Auslegung des Hydrauliksystems samt Leitungen und Pumpen bei einer maximalen Anzahl von 300 Schilden ermöglicht. Bei der Simulation der Bewegungen wurde eine Toleranz von +/-10 Prozent gegenüber der tatsächlichen Ausführung berücksichtigt.
Um die Simulationsgeschwindigkeit mit einem vereinfachten Modell zu erhöhen, wurde nach Labortests die Annahme getroffen, dass mit Ausnahme des Übergangszustands beim Öffnen und Schließen der Ventile die Fließgeschwindigkeiten der Hydraulikflüssigkeit turbulent sind. Übergangszustände wurden als vernachlässigbar eingestuft. Der Durchflusskoeffizient wurde damit für alle Komponenten, die in Reihe geschaltet waren, für eine Dauerzustandsphase gleichgesetzt. Der Reibungsfaktor in den Hydraulikleitungen ging mit dem höchsten Wert als Konstante in die Berechnung ein.
Im Gegensatz zu bisherigen Systemauslegungen, bei denen die Pumpkapazitäten über Berechnung von Druckabfällen bestimmt wurden, kann über das neue Simulationsmodell das Verhalten des kompletten Strebsystems über die gesamte Schnittfläche unter verschiedenen Zuständen berechnet werden. Dadurch kann nicht nur das Pumpsystem samt Rohren und Schläuchen der Strebe, sondern auch die Hydraulik der einzelnen Schilde optimiert werden.
